探讨声发射技术在锅炉压力容器检测中的应用 锅炉压力容器压力管道安全管理

　　摘要声发射又称应力波发射,当材料或零部件受外力作用发生变形、断裂或内部应力超过屈服极限而进入不可逆的塑性变形阶段,都会以瞬态弹性波形式释放出应变能,这种现象称为声发射(AE)。在外部条件作用下,材料或零部件的缺陷或潜在缺陷改变状态而自动发出瞬态弹性波的现象亦称为声发射。由于这种声发射弹性波能反映出材料的一些性质,故采用检测声发射信号的方法,可以判断材料或设备的某种状态。运用仪器检测、记录、分析声发射信号,并利用声发射信号诊断发射源状态的技术称为声发射检测技术。主要介绍声发射技术在锅炉压力容器检测中的原理及其应用。
　　关键词声发射;锅炉压力容器;原理;应用;检测
　　中图分类号TH49 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)042-0133-01
　　
　　1声发射检测技术
　　一般常规的无损检测方法,都只能检测“静态”缺陷,而发展中的缺陷才是锅炉压力容器中最危险的隐患。声发射检测是基于金属材料在应力作用下发生塑性变形和缺陷扩展时会发出声信号的物理现象为原理,采用多通道换能器并利用现代的电子处理技术进行信号采集和分析,从而得到部件在加载时缺陷的动态信息。用声发射对承载设备的监听,对结构材料中的“动态”缺陷进行检测和定位,以评定结构的完整性。声发射检测不必像其他常规探伤方法“必须充分接近缺陷位置”和“逐一扫描”才能进行检验,而是靠有限的几个“固定不动的”传感器就有可能对整个设备的完整性做出评定。
　　事实上,大多数压力容器事故是由焊接缺陷引起的。因此,有效地进行焊接缺陷的检验和缺陷评定在相当程度上也就是有效地进行了压力容器的检验。常规压力容器检测方法是焊缝的全面常规无损检测如超声波探伤、X射线、γ射线、磁粉探伤和着色探伤等。一般情况要对压力容器的所有焊缝进行不少于20%比例的X射线焊缝内部探伤,有时甚至要进行100%焊缝常规无损探伤(超声波或射线探伤),必要时还要对焊缝缺陷部位进行断裂力学评定,工作量大、检测时间长、劳动强度大。而声发射技术检测时由多通道换能器接收受压部件受载时材料内部缺陷因屈服、开裂、裂纹扩展等强烈变形现象所发出的声波信号(应力波或能量波),从而对这些信号进行采集、处理、分析,以得到产生声发射信号缺陷的情况参数,如应力波幅度大小、次数或个数的多少、应力波缺陷源的部位、出现应力波的载荷等,从而达到缺陷评定的目的。
　　2声发射检测技术原理与应用
　　2.1声发射检测技术基本原理
　　声发射(ACOUSTIC EMISSION,简称AE)是指材料局部因能量的快速释放而发出瞬态弹性波的现象,也称为应力波发射。声发射是一种常见的物理现象,大多数工程材料变形和断裂时都有声发射产生,如果释放的应变能足够大,还可产生人耳听得见的声音。例如坐在椅子上晃动身体时,可以听见嘎吱声。
　　在检测实践中,通常我们需要借助灵敏的电子仪器来探测从缺陷处发出的声发射信号,这种利用仪器探测、记录、分析声发射信号并利用声发射信号进一步推断声发射源性质的技术称为声发射检测技术。该技术涉及声发射源、波的传播、声电转换、信号处理、数据显示与记录、解释与评定等基本概念。
　　由于声发射的产生机制不同,传统意义所讲的声发射检测技术主要是采集并分析突发型声发射信号来推断结构损伤严重性的技术。而分析由于泄漏介质与漏孔摩擦产生的连续型声发射信号推断泄漏的部位、大小的技术称为声发射泄漏检测技术。
　　2.2声发射泄漏检测技术原理
　　声发射泄漏检测技术是声发射技术应用的重要分支之一。其原理是:当气体或液体在一定压力作用下从漏孔泄漏时会在漏孔处激发出连续的机械波,通过示波器观察泄漏激发的声发射波形,其形状为幅度波动很小的、连续的、几乎无任何规律的波动。泄漏声发射波的频带范围分布随漏孔大小、泄漏速度、泄漏介质不同可从几Hz到几百kHz不等。利用适合的声发射传感器接收这些来自泄漏部位的声发射波,然后将机械波转变成电信号并放大后传送至声发射主机,经过分析处理就可以确定并得到泄漏的位置和泄漏量的大小等信息。
　　一般而言,泄漏量越大,激发的声发射信号幅度也越高。对于声发射泄漏检测技术而言,所用的传感器频率越低,则能监听更远距离的泄漏源。由于受到环境噪声的影响,声发射泄漏检测的频率范围多数在几十KHz～几百KHz之间。资料显示,目前声发射泄漏检测的灵敏度最高可以达到10-2～10-3P.m3/s。因此,可以看出声发射泄漏检测技术是一种相对灵敏度较低的检测技术,目前其主要应用在航空航天、石油化工、电力、核电等行业的管路、阀门、容器、贮罐等。
　　2.3声发射检测技术的应用
　　声发射检测通常与压力容器水压试验过程中同步进行,以确定活动发展性焊接缺陷可能存在的区域。第一步检测所需的时间大约是水压试验所需时间,检测结果数据保存在计算机的磁盘和有关图表上,并在容器壳体上可推算出声发射源的位置。由于声发射检测是计算机控制缺陷自动数据采集,数据可靠性高,人为因素干扰小,数据可长期保存,结果显示简单明了,对查出的声发射源定位性能极佳。应用声发射技术进行缺陷检测与评定的第二步是对已查出的声发射源进行常规无损检测复验。根据定位结果通过复验来确认哪些声发射源是与焊接缺陷有关的,哪些是噪声干扰源和其它原因产生的源。第二步工作量一般较小,例如某50m3储罐仅需对11个声发射源共约3m长的焊缝进行常规无损复验。应用声发射技术进行焊接缺陷检验与评定的第三步是在第一步声发射检测结果和第二步常规无损检测复验结果的基础上进行缺陷评定。第三步的具体内容就是根据声发射压力容器检测数据和有关标准以及常规无损检测数据、有关标准和压力容器事故失效分析的数据对声发射源焊接缺陷进行评定。
　　以往的静态常规无损探伤技术,如射线、超声波、磁粉等均只能检查材料已产生的缺陷,并常有漏检的现象,而且不能及时全面地检查、评价容器在受压过程中裂纹的产生、发展以至断裂的趋势,不能在容器发生灾难性爆炸前及时报警。然而,声发射检测由于技术上的特点,具有在动态条件下活动性缺陷主动参与检测的独到之处,可以整体全方位进行,从而可以预测缺陷的有害度和发展的趋势,做出准确的安全评定,具有广泛的客观性,“不受操作者主观臆断的干扰”。同时,在声发射检测结果的基础上进行常规无损检测复验,大大减少了常规无损检测抽查的局限性,提高了检验效率和可靠性,减少了漏检的可能,减轻了劳动强度。
　　3声发射检测技术在我国的发展
　　在我国,声发射检测技术已越来越多地被应用于压力容器的检测方面。有一些声发射技术研究应用机构,从事声发射技术的引进、消化、吸收、研究和应用推广,其目的就是采用高新技术,改善压力容器现场检验的繁重劳动,提高检验质量,更快、更好地为广大用户服务。
　　声发射是材料在受载情况下,主动反映材料内部缺陷活动信息,一次性对结构进行整体检测,并且无须使探头(传感器)在被测结构表面扫描,变传统无损检测方法的“被动”检出为“主动”检出。从检查范围看,声发射是全方位检测,且缺陷所处的位置和方向不会影响声发射对缺陷的检出率。
　　4结束语
　　声发射检测技术是一种动态无损检测方法,它可以对检测对象进行实时监测,且检测灵敏度高。此外,几乎所有材料都具有声发射特性,所以声发射检测不受材料限制,且不受检测对象的尺寸、几何形状、工作环境等因素的影响。我们应该大力推广这一高新技术,使声发射检测这一方法更广泛地应用到我们的检验工作中,提高检验、检测水平及效率,确保设备的安全和正常运行。
　　参考文献
　　[1]杨明纬.声发射检测[M].北京:机械工业出版社,2005.
　　[2]叶琳.声发射技术在设备故障诊断中的应用[J].新技术新工艺,2000,8.
　　[3]袁振明.声发射技术及其应用[M].北京:机械工业出版社,1985.