摘要：材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射（AE），现代声发射技术的开始以20世纪50年代初Kaiser在德国所做的研究工作为标志。作为目前越来越成熟的声发射检测技术，因具有简捷、经济、灵敏度高，又能检测“动态”缺陷等特点，已发展成为金属压力容器检测和安全评定的主要无损检测方法之一。基于此，本文主要对现场压力容器检验的声发射源进行分析探讨。
关键词：现场；压力容器检验；声发射源
1、前言
无损检测是石油化工设备进行定期和异常检测的重要方法。尤其是对运行中的设备进行检测，可及时发现缺陷，对提高石油化工设备安全性具有重要的意义。声发射检测由于是在容器受载的过程中进行动态整体监测，所以特别适用于那些无法进行内部检验和焊缝中存在大量超标缺陷的压力容器的检验和安全评定。
2、声发射检测技术的内容
材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射（AcousticEmission），有时也称为应力波发射。声发射是一种常见的物理现象。大多数材料变形和断裂时有声发射发生。利用仪器探测、记录、分析声发射信号，进而推断声发射源、对被检测对象的活性缺陷情况评价的技术称为声发射检测（AcousticEmissionTesting简称AET）技术。声发射检测是一种动态无损检测方法，即：使构件或材料的内部结构，缺陷或潜在缺陷处在运动变化的过程中进行无损检测。声发射信号处理的最终目的是得到对声发射源的描述，其主要内容是源的位置、源的性质和源的严重性程度。
声发射检测应用于储气罐的在线检测，可对罐身是否存在泄漏或潜在泄漏作出一定的判断，并对其进行定位；对罐壁上可能存在的活性缺陷和泄漏源进行检测和定位。通过对常压储罐的声发射在线检测可以对罐壁和罐底的腐蚀严重程度和泄漏作出判断，并确定其位置，结合国标中金属压力容器声发射评价标准，从而对储气罐的缺陷作出完整的评价，从而保证储罐的安全运行。
3、声发射技术的检测方法
通常的无损常规检测方法一般都只是对静态进行检测，而在锅炉压力容器中存在的最危险的隐患通常是发展中的缺陷，声发射检测是在金属材料在应力作用之下发生变形塑性和扩展缺陷时，产生物理现象的声信号。信号的采集和分析使用换能器多通道同时使用电子现代处理技术，进而获得加载部件中的信息动态缺陷。使用声发射监听设备，定位检测材料结构中的动态缺陷以此对结构的完整性进行评测。声发射技术不同于其他的探视方法，必须在缺陷部位的附近进行逐一扫描，主要是依靠几个固定不变的传感器对整个设备进行比较完整的测定。此方法最显著的优势是可以随时进行在线检测。
实际上，锅炉压力容器事故大多是因缺陷所引发的。有效的检验焊接缺陷和评定缺陷在一定程度上对容器压力进行了检测。正常的检测容器压力的方法是焊接无损全面检测和探伤超声波等。一般情况内部焊接探伤不能少于X射线内缝的20%，有时甚至要对其进行100%无损检测，并且对焊接存在的缺陷部位进行断裂力学评定，这项工作往往需要较大的工作量并且需要较长的检测时间。声发射技术检测时发出信号是由换能器的多通道对受压部件产生受载时材料内部缺陷变形现象所发出，进而对这些信号实行搜集和整理，最终获得信号产生的缺陷参数。例如应力的波幅大小，个数或次数以及应力缺陷的部位，出现应力缺陷的荷载等，最终达到评定缺陷的目的。因为声发射技术能对焊接缺陷实行全面的定量定位，同时声发射检测速度较快，资金较低，声发射已发展成为压力容器缺陷检测的重要手段之一。
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声发射检测技术经常和压力容器水压试验过程同时进行，这样是为了确定发展性焊接缺陷有可能出现的区域。第一步检测需要的时间大概是水压试验需要的时间。检测结果得出的数据在计算机硬盘中进行保存，同时在容器壳表体上对发射源的位置进行预测。因为声发射检测利用计算机来控制自动缺陷数据采集，数据的可靠性较高，人为因素造成的干扰小，数据可以长期进行保存。结果表明了对查出的声发射源定位性能极佳。在我国声发射检测技术被广泛的用于检测压力容器方面。一些研究声发射技术机构将发射技术进行了引进、消化、吸收、研究和应用，最终目的是采用高新技术，将压力容器现场检验的劳动量进行改进，更快、更好地服务于广大用户。声发射在受载状况下，主动对材料内部缺陷进行信息反映，无需使用探头在被测的表面进行扫描，这种方式将传统无损检测方法的被动检测变为主动检测。从检查范围来看，声发射是全方位进行的检测，，缺陷位置和方向不会影响声发射对缺陷的检出率。声发射检测是一种动态无损检测，它同应力相结合，在应力的影响下，能够判断这个缺陷的严重性。
4、声发射技术的检测机理
压力容器焊缝上表面裂纹及内部深埋裂纹的尖端塑性形变钝化和扩展而产生声发射信号。压力容器焊缝内存在的气孔、夹渣、未熔合和未焊透等缺陷的开裂和扩展及非金属夹渣物的断裂可产生声发射信号。容器外部脚手架的碰撞、内部塔板、外部保温及平台支撑等部件均可产生机械摩擦声发射信号。在加压过程中，垫板与壳体膨胀不一致引起的摩擦可产生大量的声发射信号。对于新制压力容器。首次加压易出现此类信号；对于在用压力容器，焊缝返修部位易出现此类声发射源。另外容器的裙座、支座、支柱和接管等角焊缝部位易产生焊接残余应力和应力集中。在升压过程中应力的重新分布可产生大量声发射信号。在气压或水压试验过程中容器上接管、法兰、人孔以及缺陷穿透部位的泄漏，可产生大量的声发射信号。长期使用的钢制压力容器，在内外部均易产生氧化。有时内部介质腐蚀性严重、外部环境潮湿、酸雨和海风等可产生较严重的腐蚀，在水压试验过程中，这些氧化皮的破裂剥落过程会产生大量的声发射信号。
5、发展趋势
目前为止已经很少发现压力容器有比较严重的缺陷了，因为其在设计、制造以及检验使用环境管理严格，所以在压力容器安全运行的前提下如何更好的使压力容器的运行周期得到延长，并且尽可能的使检验的时间缩短成为了压力容器用户最关心的问题。声发射技术有其特有的优势，应用在压力容器的在线监测方面有着广阔的市场空间。由于在线运行的压力容器在大多数情况下无法对发现的声发射源进行常规无损检测方法复验。因此压力容器声发射源性质的识别和危险程度的确定的研究和完善必然是压力容器声发射检验技术的发展方向。
6、结语
声发射检测技术目前是发现压力容器上存在活性缺陷的最有效的方法。进行现场压力容器检验时，裂纹、夹渣、未熔合、未焊透等焊接缺陷的开裂和增长、残余应力释放、氧化皮的剥落、结构摩擦、泄漏、风吹、雨滴撞击和电子噪音等均可产生大量的声发射信号。声发射源的平面定位是确定声发射源位置最重要和最直接的方法，通过平面定位分析基本可以区分裂纹、夹渣、未熔合、未焊透等焊接缺陷的开裂和增长与残余应力释放、氧化皮的剥落、结构摩擦、风吹、雨滴和冰雹撞击产生的声发射源，泄漏和电子噪音的声发射信号不能定位。除泄漏和电子噪音源外，几乎所有其他源声发射参数的分布特性是相似。声发射参数之间的关联图可以明显区分泄漏、电子噪音和其他声发射源，但不能识别裂纹、夹渣、未熔合、未焊透等焊接缺陷的开裂和增长与残余应力释放、氧化皮的剥落、结构摩擦、风吹、雨滴和冰雹撞击产生的声发射源。
参考文献：
［1］郭奎建.年特种设备安全监察统计分析［J］.中国锅炉压力容器安全，2009（14）.
［2］刘时风.焊接缺陷声发射检测信号谱估计及人工神经网络模式识别研究［J］.北京：清华大学机械工程系，2010（1）.
论文作者:吴旭景
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/17
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