Diagnostika mostních konstrukcí metodou akustické emise

Postavení a význam metody AE mezi ostatními metodami nedestruktivního testování metodami NDT spočívá především v jejich vzájemném doplňování. Metoda AE podává principiálně odlišnou informaci oproti ostatním NDT metodám. Akustická emise pracuje s cílem „odposlechu“ varovné aktivity procesů, rozvíjejících se v materiálu v důsledku zatěžování konstrukce. Metoda detekuje defekty akusticky aktivní. Defekty jsou aktivní díky komplexu příčin jako vysoké namáhání, oslabená struktura materiálu, korozní napadení apod. Detekujeme tedy nejen přítomnost defektu, ale též přítomnost podmínek pro jeho rozvoj. AE je integrální.

Síť snímačů monitoruje konstrukci nebo její oblast jako celek v reálném čase zatěžování, a to i v provozu. Metoda AE vypovídá o přítomnosti, průběhu a rozvoji akustické emise detekovaných procesů, o přítomnosti defektů zároveň s podmínkami pro jejich rozvoj. Procesy a jevy, detekované metodou AE:

• pohyb dislokací,
• dekoheze a lom strukturních složek materiálu,
• dekoheze zrn, vznik mikrokrystalických mikrotrhlin,
• růst trhliny,
• svírání a rozevírání stěn trhliny,
• úniky média pod tlakem z trhliny.

Vzájemné doplnění AE a vhodné NDT metody se uplatní v tom, že:

• metoda AE identifikuje kritická místa konstrukce, detekuje a lokalizuje varování o přítomnosti aktivního defektu, a tím i přítomnosti pro jeho rozvoj,
• vhodná NDT metoda upřesní informace o původu emisní aktivity kritického místa, charakterizuje velikost, orientaci a geometrii defektu, poskytne podklady pro upřesnění hodnocení a interpretaci detekovaného zdroje AE,
• obě metody tak společně poskytují ucelený obraz a komplexní nezávislou informaci o závažnosti kritického místa konstrukce a snižují riziko „přehlédnutí defektu“, a tím zefektivňují celou NDT kontrolu.

VYUŽITÍ AKUSTICKÉ EMISE NA MOSTU MMT PŘES LABE
Jedná se o spojitý příhradový most, složený ze tří polí o rozpětí 30, 48 a 30 m. Konstrukce mostu je sestavena z inventárních dílů soupravy MMT, 2 × 36 příhrad délky 3 m a výšky 3,12 m. Spojení jednotlivých příhrad je u dolních a horních pásů hlavního nosníku realizováno prostřednictvím zubových zámků s trny, svislice jsou připevněny speciálními šroubovými svorníky. Ortotropní mostovka šířky 7,8 m je dvoupruhová. Při diagnostice mostu byly vizuální a kapilární zkouškou zjištěny vady typu trhlina ve spojení příčníku s ortotropní mostovkou. Proto se diagnostika metodou AE zaměřila pouze na chování těchto trhlin při zatížení mostu přejezdy nákladních automobilů a nebyla diagnostikována celá konstrukce.

ROZSAH MEŘENÍ
Měření AE v oblasti svarových spojů podélná korýtková výztuha ortotropní mostovky – příčník bylo realizováno na 15 měřicích místech. Celkem 13 sond AE bylo umístěno v blízkosti zjištěných defektů typu trhlina, dvě sondy byly pro porovnání umístěny v oblastech svarových spojů bez zjištěných defektů.

POUŽITÁ EXPERIMENTÁLNÍ TECHNIKA
K měření AE byla použita následující sestava měřicí techniky:

• 1 ks vícekanálové měřicí aparatury akustické emise SAENV-16,
• piezoelektrické sondy AE, typ VS-E-1F, propojovací koaxiální kabely,
• předzesilovače se zesílením G = 40 dB, f_h = 100 kHz,
• řídící počítač s procesorem Pentium II, 160 MHz.

Analogový signál ze sondy AE je po zesílení v předzesilovači přiveden koaxiálním kabelem do měřicí aparatury SAENV-16, kde je dále zesílen a je provedena obálková analýza signálu – tj. u signálu tvaru tlumených kmitů je změřen počet překmitů přes prahovou hodnotu – Nc, šířka pulzu – Width, amplituda signálu – Ampl a doba náběhu na maximální amplitudu – R.time. Při měření v režimu lineární nebo plošné lokalizace je zaznamenána posloupnost příchodu signálu k jednotlivým sondám měřící sítě včetně ΔT časů a na základě znalosti podmínek šíření signálu a znalosti geometrie rozmístění sond AE je provedena v reálném čase lokalizace zdroje signálu.

POSTUP MĚŘENÍ A PRŮBĚH
Měření AE bylo realizováno ve dvou etapách. V první etapě proběhlo měření v režimu detekce signálů AE jednotlivými sondami AE bez měření ΔT časů a posloupnosti příchodů emisního signálu k jednotlivým sondám, tj. v režimu zónové lokalizace. Měření proběhlo při 14 přejezdech nákladních automobilů, sedm přejezdů bylo s naloženým popílkem a sedm přejezdů s prázdným nákladním automobilem, přičemž nebyla známa skutečná celková hmotnost jednotlivých nákladních automobilů a jejich rychlost při přejezdu.

Ve druhé etapě proběhlo měření v režimu lineární lokalizace zdroje emisního signálu, tj. byla při jednotlivých přejezdech zaznamenána posloupnost příchodů ke dvojici sousedních sond a změřena hodnota ΔT. Měření v této etapě bylo realizováno při zatěžování mostu přejezdem jednoho plně naloženého nákladního automobilu o celkové hmotnosti 42 tuny při různých rychlostech. Měření proběhlo celkem při sedmi přejezdech.

Naměřené hodnoty – etapa 1
Na grafech č. 1 a 2 je porovnání celkové a filtrované emisní aktivity pro nejaktivnější měřicí místo 11 při jednotlivých přejezdech naloženého a prázdného nákladního automobilu.

Naměřené hodnoty – etapa 2
Měření v této etapě potvrdilo zvýšenou emisní aktivitu v oblasti měřicích míst 6–7, 8–9 a 11–12, což koresponduje s měřením v 1. etapě v režimu zónové lokalizace. Protože filtrované emisní události zahrnují pouze EU z oblasti defektů, je třeba provést pro danou dvojici sond AE rozdělení emisní aktivity podle posloupnosti příchodů k jednotlivým sondám a určit příspěvek emisní aktivity jednotlivých defektů do celkové emisní aktivity, detekované příslušnou dvojicí sond.

Celý nezkrácený článek včetně všech tabulek si můžete přečíst v časopise KONSTRUKCE v čísle 3/2005.

Autoři

• Vařák Emil
• Ing. Žemlička František
• Ing. Petrásek Pavel
• Ing. Svoboda Václav