TÜV SÜD, mezinárodní společnost zabývající se testováním, inspekcí a certifikací (TIC), je v současné době jedinou v České republice, která nabízí metodu snímání akustických emisí akreditovanou cestou. Jaké jsou výhody této metody, pro jaké aplikace je vhodná a na jakém principu je založena, vysvětluje v rozhovoru Peter Palička, inspektor a gestor pro nedestruktivní testování.
Nedestruktivní metody testování hrají čím dál větší roli v klasických průmyslových odvětvích i v nových oblastech, jako je vodíková energetika. Obor, který kdysi nabízel jen šest základních metod testování (mimo jiné rentgen, ultrazvuk, kapilární a magnetické metody), se rozšířil o nové postupy jako neutronová radiografie, termografie, holografické zobrazování, magnetická rezonance či tomografie. A také o metodu snímání akustických emisí (AE). Ta byla sice vyvinuta v USA již v 50. letech minulého století, její širší uplatnění však přišlo až s nástupem počítačů a elektronických programů schopných rychle a podrobně analyzovat detekované signály.
Jak tato metoda funguje?
Obdobně jako u detekce seismických vln jde o pasivní metodu měření toho, co se za určitých podmínek děje v objemu materiálu. Pracujeme ovšem s daleko menšími tělesy.
Při zatěžování materiálů vnitřními nebo vnějšími silami vznikají elastické napěťové vlny. Lze je označit také jako akustické, byť jsou pro lidské ucho neslyšitelné. Jejich frekvenční pásmo leží mezi cca 20 kHz a 1 MHz. Vlny se šíří tělesem, na jehož povrchu jsou při testování umístěny speciální piezoelektrické snímače připojené k počítači, kde jsou přijaté signály zpracovávány prahovými a amplitudovými analyzátory.
Vyhodnocujeme řadu hodnot, jako je četnost tzv. emisních událostí nebo počet překmitů s amplitudou překračující stanovený práh, stupeň deformace signálu a mnoho dalších. Obecně lze ale AE rozdělit do dvou hlavních typů detekcí vad: spojitá AE ukazuje např. na netěsnosti (úniky média z tlakového systému) nebo plastickou deformaci materiálu, nespojitá AE na trhliny nebo korozní úbytky.
Metoda využívající akustické emise umožňuje jednodušší testování bez nutnosti rozebírat svazky lahví
Kde nachází uplatnění?
Prakticky všude, kde dochází ke statickému či dynamickému namáhání materiálů. Třeba u mostních a jiných periodicky namáhaných konstrukcí.
U nás má největší uplatnění především v oblasti tlakových nádob a systémů na nejrůznější technické plyny. Konkrétně se to týká přepravitelných tlakových nádob, kde předpis ADR [Accord Européen relatif au transport international des marchandises dangereuses par route — mezinárodní dohoda o silniční přepravě nebezpečných věcí — pozn. red.] umožňuje nahradit hydrostatické tlakové zkoušky bezešvých ocelových lahví odpovídajícím postupem (podle normy EN ISO 16148:2016) metodou AE.
Jaké jsou výhody AE oproti hydrostatické zkoušce?
Hydrostatická zkouška probíhá, zjednodušeně řečeno, tak, že testovanou nádobu či potrubí natlakujete vodou na 1,35× provozního tlaku. Jediným výsledkem takové zkoušky ovšem je, zda nádoba vydrží, nebo ne (praskne). Případně se někde objeví netěsnosti. Nic jiného ovšem nezjistíte.
Metodou akustických emisí lze zjistit daleko více, navíc je k danému zařízení šetrnější. Tlakování potřebné k namáhání materiálu a tím i generování akustických vln se provádí jen do úrovně 1,1× provozního tlaku. Výsledkem je přitom zjištění aktivních vad, které hydrostatická zkouška neodhalí: zárodky vznikajících trhlin či prasklin, netěsností i korozních úbytků. Metodou AE sice neumíme určit jejich přesný tvar či objem, ale dokážeme spolehlivě lokalizovat jejich polohu a posléze případně provést další defektoskopická měření pomocí jiných neinvazních diagnostických metod, jako je rentgen, ultrazvuk atp.
Další výhodou je, že tlakování se může provádět i pomocí provozního média. Odpadá tedy nutnost jej před zkouškou vypustit, naplnit systém vodou a tu pak následně vypustit a ekologicky zlikvidovat. A nadto ještě celou nádobu dokonale vysušit, protože u mnoha aplikací by zpětně napuštěné provozní médium mohlo s vodou reagovat. Typicky třeba u zásobníků na oxid siřičitý by došlo k reakci na kyselinu sírovou a tím i k mohutné korozi vnitřního povrchu. U vodíkových nádob pak může při nedostatečném vysušení lahve dojít k rozvoji mezikrystalické koroze. Tato rizika AE spolehlivě eliminuje, čímž šetří nejen zákazníkův čas, ale i peníze.
Jak dlouho zkouška metodou AE trvá?
Záleží na typu a množství tlakových nádob (lahví), které testujeme. Disponujeme mobilním zařízením, s nímž vyjíždíme do terénu přímo za zákazníky. Má 38 kanálů, najednou jsme tak schopni snímat signály z 38 sond, přičemž na každou tlakovou lahev umisťujeme dvě sondy. Jsme tedy schopni testovat 19 lahví současně.
Montáž snímačů a nastavení celého měřicího systému trvá asi hodinu a půl. Poté zahájíme samotnou zkoušku. Začínáme tlakováním na 80 % provozního tlaku a postupně jej zvyšujeme rychlostí cca 1—2 bar/min. až na již zmíněný 1,1násobek (což zabere další asi hodinu a půl). Nakonec ještě necháváme 15 minut tzv. výdrž za konstantního tlaku.
Obecně lze říci, že jsme tímto způsobem schopni denně otestovat cca 120 tlakových lahví. Například u bateriových vozů je tak možné otestovat najednou celý návěs/přívěs bez nutnosti rozebírat svazky lahví. U tlakových nádob o větších velikostech, na něž je potřeba umístit více sond, je tato doba samozřejmě delší.
Jaké jsou perspektivy této metody do budoucna?
U nás je zatím tahle zkouška uznávána za plnohodnotnou náhradu hydrostatické tlakové zkoušky pouze u přepravitelných tlakových zařízení. Stejně jako v západní Evropě se však tato metoda již uplatňuje i v mnoha dalších oborech: u elektrárenských a plynárenských společností, v chemickém a petrochemickém průmyslu, u výrobců i uživatelů kotlů a obecně všech tlakových nádob a zásobníků. A jak jsem již uvedl, dá se využít například také u mostních konstrukcí k odhalování skrytých vad či potenciálních rizik v nosných materiálech.
Proto jsme také jako TÜV SÜD usilovali o akreditaci této nedestruktivní metody zkoušení a do budoucna ji chceme nabízet zákazníkům v ČR jako rychlejší a spolehlivější způsob periodického ověřování bezpečnosti jimi provozovaných zařízení v mnoha oblastech, nejen u tlakových nádob.