探究声发射技术在压力容器定期检验中的应用

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摘 要：作为金属压力容器检验和安全评定的主要检测方法之一，声发射技术在其检测上有着明显的优势和特点。本文通过对声发射技术的简单介绍以及其发展历程，再结合其检测的技术原理，研究其使用优点以及在压力容器定期检验中的应用状况，以其对读者有所帮助。

关键词：声发射技术压力容器定期检验

中图分类号： TB565+.3 文献标识码： A

正文：

在制造压力容器时候，很多部位的连接是采用焊接连接的，这些焊接的部位存在一些缺陷，在高温、高压的情况下，易损伤由于了产生腐蚀、裂纹，若因此当发生泄漏或爆炸，后果将十分严重。为了确生产的安全，压力容器的设备一定要进行在线的检测。由于其容器设备的检测必须是无损的在线检测，因此工作的介质和一般相比具有很大的特殊性，危险性较高，最好是要远程控制测量。除此之外，在役压力容器的检测的工作量比较大，在实施起来难度比较大，同时要求其诊断要具有前瞻性和预警性，这就进一步加大了难度。

基于以上在线检测的要求和特点，传统的检测方法是无法满足这些要求的，此时，声发射技术就应运而生，作为一个新兴的技术，在经过了几十年的不断实践和改进后，此项技术已经趋于成熟。所谓的声发射源，指的是一种直接与变形和断裂机制有关的源。

一、声发射检测技术的基本原理

利用藕合在材料表面上的压电陶瓷探头把材料内声发射源产生的弹性波转变为电信号，然后利用电子设备把这些电信号放大，再经过处理后使之特性化，然后并加以显示和记录，从而获得材料内声发射源的波形及特征参数，这就是声发射检测技术的基本原理。在检测过程中，声发射仪器会获得一些参数和波形，这些参数和波形是不同的，根据其不同性可以发现材料内部出现的缺陷的状况。此外，还能确定缺陷的具置，不过要采用多道声发射检测系统。所谓声发射检测技术指的就是，一种采用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术。

声发射技术是压力容器定期检验的一种新方法，它于常规无损检测如超声波、X－射线等其它无损检测技术不同，是一种动态无损检测的新方法。

二、声发射技术的主要优点和特点

根据结构内部发出的应力波情况，从而可以判断内部损伤程度，声发射技术是一种新型动态无损检测方法。在许多方面不同于其它常规无损检测技术，其优点主要是：

（1）作为以一种动态的检测方法，声发射探测到的能量来自被测试物体本身，与超声或射线探伤方法有较大差别，他们探测的能量来自于无损检测仪器；

（2）对线性缺陷，声发射检测技术十分敏感，它能探测到在外加结构应力下这些缺陷的活动情况；

（3）在进行一次实验中，正个结构中的缺陷状态都能够被声发射技术检测和评价；

（4）鉴于其能够随时根据缺陷的载荷、时间、温度等外变量而变化，在工业过程在线监控及早期或临近破坏预报的应用十分合适；

（5）声发射检验技术对于被检验的物件要求不高，因此对于一些特殊的环境中，其余检测难以实施的情况下，可以广泛应用，比如高低温、核辐射、易燃、易爆及极毒等环境；

（6）在对容器进行耐压试验时，声发射检验方法可以预防由未知不连续缺陷引起系统的灾难性失效和限定系统的最高工作压力；

（7）由于对构件的几何形状不敏感，而适用于检测其它方法受到限制的形状复杂的构件。

由于声发射检测是一种动态检测方法，而且探测的是机械波，因此具有如下的特点：

（1）对于材料，声发射特别敏感，又特别容易受到机电噪声的干扰，因此在对数据进行分析时，需要丰富的数据库和现场检测经验；

（2）在经过适当的加载程序后，才能进行声发射检测。虽然多数情况，可以利用现有的加载条件，但是，有时候还是要专门做好准备的；

（3）目前的声发射检测，最多只能对声发射源的部位、活性和强度做出检验，但是不能检测出缺陷的性质和大小，仍然需要其余无损检测方法的辅助。

三、国内外声发射技术进展情况

在上世纪五十年代，声发射研究工作开始，德国人Kaiser首先提出了材料在重复加载时具有“Kaiser效应”，后来Felicity经反复试验，在Kaiser效应的基础上进行了完善，提出了材料同时具有“Felicity效应”，基于这两个基本原理声，发射技术的研究就此展开的。20世纪60年代末期，声发射技术作为压力容器的无损检测方法开始应用。通过近40年的发展，目前在欧美一些发达国家已经成为成熟的无损检测手段。

我国的声发射技术的研究和应用开始于20世纪70年代，但是，由于当时的设备和仪器较落后以及其它因素的影响，压力容器的声发检测技术发展的十分缓慢。80年代后期，由于加大了再声发射技术领域的投入，设备和仪器不断的更新，我国的声发射技术得到了快速的发展。特别是90年代末期，随着具有我国自主知识产权的声发射检测仪器的开发和应用，使得我国声发射检测技术得到前所未有的快速发展。近几年来，声发射技术在压力容器检测方面的成功应用，为该项技术的发展提供了宝贵经验。在声发射专业委员会的推动下，我国已经开始颁布和执行了一些新的声发射检测及评定标准。

四、声发射检测技术在压力容器检验中的应用

鉴于声发射技术所具有的优越性，它应用到了很多的领域范围。在压力容器中的应用情况，大部分是针对大型的构建完整性的检测以及评价，或者是在线安全检测大型设备的运行。

当我们做试件的拉伸试验时候，应力到达材料塑性变形区域时，声发射的发射率急剧增加，经过最大值后又逐步减少。一般认为这一声发射是由于材料的位错移动而产生的。在对设备进行检测时，假如存在裂纹等缺陷时，裂纹的顶端会产生应力集中现象，从而使得此处比其他部位能够更早的进入到塑性变形区域，从而引发声发射信号，

这为我们对压力容器定期检验发现一些裂纹等危害性缺陷提供了一个前提条件。

当材料在经过反复的加载和卸压之后，会出现一种现象，这是一种不可逆的情况，我们称之为“凯赛尔效应”，即当加了一次载荷使材料产生声发射信号之后卸去载荷，第二次再加载载荷时则在所加载荷未超过第一次加载时的应力值之前，便没有声发射信号产生，常被用于压力容器的定期检验。

由于声发射不可逆效应，对压力容器的定期检测时可能会造成缺陷的漏检，这是因为在进行定期的检验时，再次进行水压试验，压力小于使用时的最高工作压力，就不会出现声发射信号。这就要求我们在进行加载试验时，压力一定要比工作时的最高值大，这样才不会造成缺陷的漏测。假如当压力容器的使用时间较长，则疲劳裂纹或应力腐蚀裂纹缺陷会产生，这样即使在较低的压力情况下，也会产生声发射信号。这样，在进行检测时，声发声检测技术就会及时有效的发现裂纹的扩展信号。

结束语：作为一种新型的无损检测技术，声发射检测在压力容器定期检验中的应用将是十分成功的，同时操作起来可行性也较高。这一新技术应该得到大力的推广和应用，把这种新技术尽快的应用到我们定期检测工作中，把检验和检测的水平以及检测的效率提高，从而可以保证设备能够安全的运行。伴随着工艺的不断发展，压力容器的运行条件会越来越苛刻，结构也会越来越复杂，这就对检测的水平提出了新的要求和新的高度，为了能够尽快的适应这样的要求，要更快速的研究声发射检测技术在压力容器检测中的应用。

参考文献：

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［2］ 何泽云，关卫和，周宗海，等．在用承压设备声发射评价技术进展［J］．承压设备，2002(9):41－42．

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