壓力容器檢驗中的聲發射檢測技術方法探討

鄭旭

摘 要：為滿足我國經濟增長要求，石油、化工等行業獲得了重要的發展機遇，而壓力容器作為其中必要的設備也因此獲得了廣泛應用。作為承壓類特種設備的一種，壓力容器的安全性與可靠性是衡量壓力容器質量的關鍵，因此，聲發射檢測技術在壓力容器校驗過程中具有極為重要的作用。鑒于此，文章從聲發射檢測技術的基本原理為切入點，對其技術特點以及其在壓力容器檢測中的應用進行詳盡探討，以供專業人士借鑒與參考。

關鍵詞：聲發射檢測技術；壓力容器；檢驗應用

引言

在化工、石油以及食品等領域均會使用到壓力容器，由此可見，壓力容器作為特種設備與我國經濟以及民生經濟的發展有著極為緊密的聯系。此外，由于壓力容器使用環境惡劣，并且其內部介質具有腐蝕性高、劇毒等特點，所以若壓力容器出現質量問題，不僅會破壞環境，而且會對生命與財產造成難以預估的風險。因此，為提升壓力容器的安全性，使用聲發射檢測技術對壓力容器進行檢驗就顯得尤為重要。

1 聲發射檢測技術的基本原理

借助耦合在材料外部的壓電陶瓷探頭，將聲發射源放置在材料內部，從而將彈性波轉化為電信號，隨后將電信號用相應電子設備放大和處理，待其特性化后便可對信號進行記錄與顯示，最終得出材料內部聲發射源的特征參數與波形圖，整個流程便是聲發射檢測技術的基本原理。材料內部是否存在缺陷可以通過分析檢測過程中聲發射儀器獲得的各種特征參數與波形分析出來。若聲發射檢測系統為多通道，材料內部的具體缺陷位置便可以分析出來。因此，聲發射檢測技術可以定義為用儀器探測、記錄聲發射信號和利用聲發射信號推斷聲發射源的技術。作為一項動態無損檢測措施，聲發射技術可以與射線、超聲、磁粉以及滲透等無損檢測區分開來，屬于比較前沿的一項無損檢測新技術。

2 聲發射檢測技術的特點

在鋼制壓力容器的無損檢測措施中，聲發射技術由于可以動態檢測活動性缺陷，所以其已經成為目前最為重要的檢測措施。其中，聲發射技術與其他傳統無損檢測技術相比，其具有以下特點：

（1）由于聲發射檢測方式為動態檢測，所以被測物體是聲發射探測到的能量主要來源。

（2）聲發射檢測技術可以準確的判斷線性缺陷，所以在外加結構的應力下，聲發射檢測方法可以對結構中的缺陷情況準確判斷。

（3）聲發射試驗可以對整個結構中的缺陷加以探測以及評價。

（4）隨著時間、溫度以及載荷等外界條件的變化，聲發射檢測可以以此變量提供出相應的連續信息，從而使其適用于預報早期或臨近破壞預報和工業過程在線監控。

（5）聲發射檢測對被檢件無特殊要求，可在毒性高、核輻射以及高溫等特殊環境下完成檢測工作。

（6）聲發射檢測允許設備可以在線檢測，不需要停產或縮短檢測的停產時間。

（7）聲發射檢測技術可以避免由于連續缺陷而引發的系統災難性失效以及無需設定系統的最高壓力。因此，聲發射檢測技術與其它傳統檢測措施相比有著更好的適用性以及科學性。然而，聲發射檢測技術與其他常規無損檢測一樣存在著局限性，需要彼此進行補充。

主要原因為：

（1）外部信號的干擾極易影響聲發射檢測的準確性，因此在進行聲發射檢測前需要對噪聲信號進行分析與屏蔽。

（2）加載合適的程序是聲發射檢測的必要條件，加載工作需根據實際情況進行特別準備。

（3）聲發射檢測只可判斷聲發射源內部缺陷的大小與性質，難以精準判斷聲發射源的強度、位置與活性。

3 聲發射檢測技術在壓力容器檢驗中的應用

在檢驗壓力容器過程中，聲發射檢測技術由于其所具有的優越性，使得其在壓力容器檢測領域有著不可或缺的作用，下面將對此進行細致闡述。

3.1 聲發射技術在化工壓力容器定期檢驗中的應用

當拉伸試件時，當材料的塑性變形區域與該拉伸應力相一致后，最大化的增加聲發射的發射率，待其處于最大值后便會慢慢減小。通常來講，產生這一現象的原因主要是因為材料的位錯移動。與此同時，當裂紋或其他缺陷存在于被檢壓力容器時，應力集中于裂紋頂端，從而導致缺陷部位進行塑性變形區域的時間早于非缺陷部位，從而缺陷部位會先將聲發射信號發射出去。因此，我們可以根據此類現象提早發現容器內部的缺陷情況。此外，在不斷卸載以及加壓材料后發現，當材料受到一定載荷力后，待其卸去荷載前，使其產生聲發射信號，當二次加載值小于第一次加載前的這個時間內是無任何聲發射信號生成的。因此，“凱賽爾效應”是一不可逆過程。鑒于此，當壓力容器做完水壓試驗后，當有要求進行二次水壓時，如果水壓壓力小于設備工作狀態下的最高壓力，則聲發射信號是不會發出的，所以有檢測疏漏情況的發生。因此，為避免漏檢的情況的發生，需要壓力容器的設計壓力應小于加載試驗的壓力。此外，在長時間使用壓力容器后，會存在一些難以避免的腐蝕裂紋以及疲勞裂紋情況，所以聲發射信號不會在壓力低的情況下出現。因此，聲發射檢測技術可以在對壓力容器的常規水壓試驗中采用，以便檢查其是否存在裂紋的擴展信號。

3.2 聲發射技術在核電站壓力容器中的應用

隨著世界各國對保護生態環境的意識加強以及迎合能源大量需求的要求，核電站正成為未來能源領域的發展核心。然而，核電站對安全性有著更為嚴格的要求，若有安全事故發生，所造成的災難性后果將會是難以想象的。因此，反應堆中壓力容器的可靠性與安全性將會是未來核電站所應注意的問題。采用聲發射在線監控系統可以實時評價與檢測核反應堆中的壓力容器。

其中，聲發射檢測在以下幾方面得以體現：

（1）監測核壓力容器及回路系統的水壓試驗。

（2）監測定期檢修后的水壓試驗。

（3）監測放射性物質的泄露。

（4）監測緊急事故下的對熱沖擊。

（5）在線實時監測其他關鍵位置。

核反應堆壓力容器的運行情況可根據聲發射監測數據進行整體分析與評估，從而第一時間防止嚴重事故的發生。

4 結束語

聲發射檢測是無損檢測的新技術，作為在役壓力容器定期檢驗的一種主要方法是非常有效和完全可行的。我們應該大力推廣這一高新技術，使聲發射檢測這一方法更廣泛地應用到我們的檢驗工作中，以提高檢驗、檢測水平及效率，確保設備的安全和正常運行。隨著工藝技術發展，結構復雜、運行條件苛刻的壓力容器將會越來越多，這對檢測技術和水平必然提出更高的要求，為適應這一快速發展的需要，開展聲發射檢測技術在壓力容器檢測中的應用研究已經成為一種勢在必行的趨勢。

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