關于高溫厚壁壓力容器聲發射技術聲源定位誤差的探討

撰文/張 峰 張廉正 孟 慶

■010020 內蒙古自治區鍋爐壓力容器檢驗研究院 內蒙古 呼和浩特市

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關于高溫厚壁壓力容器聲發射技術聲源定位誤差的探討

撰文/張 峰 張廉正 孟 慶

■010020 內蒙古自治區鍋爐壓力容器檢驗研究院 內蒙古 呼和浩特市

聲發射技術（Acoustic Emission，AE）是用來檢測壓力容器及壓力管道缺陷的一種重要手段。聲發射技術包括聲發射檢驗和評定結果兩個過程，在這兩個過程中聲源定位起著重要的作用，因此如何提高定位精度是目前相關工作人員的主要研究點。本文根據相關文獻和實際工作中的經驗，分析了高溫厚壁壓力容器中聲發射檢測的誤差，并探討了聲源定位產生誤差的相關因素。聲發射技術；高溫厚壁壓力容器；聲源定位；誤差

材料受到力的作用時將產生形變或裂紋，將應力以彈性波形式釋放出來，這就是聲發射（AE）。大多數的聲發射由于信號很弱，無法通過人耳直接聽到，需要通過靈敏的電子儀器探知。利用儀器檢測分析發射信號并利用發射信號確定聲源位置的技術就是所謂的聲發射技術。聲發射技術屬于無損檢測技術，與其他檢測技術相比，具有靈敏度高，可整體檢測大型設備等特點，自上世界五十年代起，已經在很多領域被廣泛的應用。聲源定位是聲發射技術的一項重要的參數指標，反映了出現活動缺陷位置。聲源定位的主要方法有：區域定位法和時差定位法。

聲源定位技術在高溫厚壁壓力容器探傷領域的使用也越來越廣泛。高溫厚壁壓力容器的特點是壁厚通常在10厘米以上，壁厚最厚的可達35厘米。對于這類高溫厚壁壓力容器的焊縫來說，使用聲發射技術確定其缺陷位置時，壁厚內表面缺陷增加或者缺陷深度的增加會導致定位誤差的增大。基于此，本文通過對相關文獻的閱讀并結合作者對聲發射技術理論的認知及對高溫厚壁壓力容器的聲發射檢測的經驗，及相關實驗研究結果，對高溫厚壁壓力容器聲發射檢測中的聲源定位問題進行探討。

聲源定位法原理探討

聲源定位法大致可分為兩類，點定位法和區域定位法。區域定位法對傳感器的具體位置沒有要求，傳感器之間的距離可以很大，但是被檢區域內任意位置處聲源發出的信號能被至少其中的一個傳感器所接受。區域定位法的特點是傳感器安裝靈活，可檢測的范圍比較大，但是其對聲源的位置確定僅確定為一個區域，誤差較大。

點定位法包括線定位法和面定位法，其中面定位法又分為平面三角形定位和平面矩形定位。平面三角形定位法是面定位中比較重要的組成部分，主要有三點定位法和角度定位法兩種。

三點定位法原理是首先測量聲源電到達三個非同一直線上的傳感器之間的距離，然后分別以三個傳感器點為圓心，以聲源點到傳感器間的距離為半徑作圓，三個圓焦點為聲源的位置坐標。

角度定位法原理是首先需要確定聲源電與兩個傳感器點之間的夾角和以這兩個傳感器點為端點的直線之間的距離，然后分別取聲源，量傳感器的圓來確定圓心電而進行定位。

由此可知雖然三角定位法比較簡單，但是在實際應用中由于各個方面的限制，需要對角度進行研究，通常由于各傳感點距離較大，因此誤差較大。

平面三角形聲源定位誤差實例

本節以平面三角形聲源定位的實例來對聲源定位誤差進行分析。

a測試儀器

本文通過聲源定位的實例來分析聲源定位所產生的誤差，具體應用于一系列不同厚度的壁板，聲發射系統由R31-AST傳感器及PAC公司出品的DiSP-56聲發射工作站組成。

b實例分析

實例樣板選用普通硅鋼板，使用0.5毫米普通硬度的鉛筆在硅鋼板某處按斷設此點為Oi， O點為聲發射源Oi的表面投影，其發出的聲波被平面三角形三個頂點處的傳感器偵得。

表1 理論誤差與實際誤差值

以傳感器為頂點的平面三角形各個邊長分別為4 m，5.5 m，5 m，樣板厚度取20 cm， ，30cm，40 cm，60 cm.可以使用AUTOCAD軟件得出B，C，O點的坐標。然后分別求得理論誤差值和實際誤差值，理論誤差值可通過相關文獻記載的公式計算得出，具體數值參見表1。從表1數據可以看出，平面三角形的理論計算值與試驗測試值比較吻合相對誤差較小，表明理論計算結果精確度較高。但是注意到當樣板厚度達到60 cm時，誤差接近20 cm，因此當壁厚在60 cm范圍內時，得到的聲源定位誤差要在20 cm內進行二次檢查。

軌跡誤差實例分析

a誤差點的移動軌跡

具體的誤差點移動軌跡實例可以使用CAD繪圖軟件進行繪圖來描述，可以得知壁厚的數值的大小也會導致誤差。

b誤差與壁厚值的關系分析

通過計算來分析壁厚與聲源定位誤差的關系，不同的壁厚可以計算出三個誤差值，具體見表2，壁厚在10 cm至100 cm范圍內取值。

表2 不同壁厚的缺陷誤差數值

從表2可以得知，三個誤差值均隨著壁厚的增加而增加，并且當壁厚超過60 cm 時誤差會明顯加大，這表明在此壁厚超過60 cm時，使用此方法獲得的聲源定位確定缺陷位置的誤差已經較大。

聲發射技術在壓力容器的缺陷檢測中優點明顯， 但是在高溫厚壁壓力容器檢測中由于容器壁厚較大， 經常會導致聲源定位出現較大誤差。本文列舉了厚壁壓力容器的聲探測方法并給出了具體實例，通過具體的試驗結果與理論公式值進行對比，探討了容器壁較厚情況下定位誤差的規律。得出結論使用用聲發射技術進行缺陷定位時， 建議對聲源位置小于20 cm范圍內使用另外的常規檢測方法進行二次檢驗進而確定聲源的具體位置。

參考：

［1］劉富君，胡東明，丁守寶等.厚壁壓力容器聲發射技術聲源定位誤差分析［J］.無損檢測，2009（11）：842-846.

［2］徐彥廷，孫茂成.聲源定位問題研究及誤差分析［J］.無損檢測，1999 （5）：199-200.