聲發射技術在鍋爐壓力容器檢測中的應用

李冀

摘 要：目前，針對鍋爐壓力容器檢測的方法主要有外觀目測法、燈光檢測法、錘擊檢測法、拉線檢測法、聲發射檢測法等，其中聲發射技術在鍋爐壓力檢測中得到了廣泛的應用和發展。本文介紹了聲發射技術的原理、應用、技術手段以及聲發射技術在鍋爐壓力容器檢測中的優勢以及便利性，提出了要將聲發射技術廣泛應用到鍋爐壓力容器檢測中的觀點。

關鍵詞：聲發射技術；鍋爐壓力容器；檢測；應用

中圖分類號：TH49 文獻標志碼：A

鍋爐壓力容器在工業生產制造中具有廣泛用途，尤其是在煤化工、石油化工、電力、能源等產業和軍工科研中具有重要的應用地位。從生產的安全性方面來講，鍋爐壓力容器是一個事故多發、安全隱患較高的設備，并且一旦發生事故，給生產單位帶來的生命財產損失將是難以估量的。在鍋爐壓力容器檢測中應用聲發射技術可以大大減少壓力容器檢測探傷的時間成本和人力成本，能夠高效、全面、可靠地完成壓力容器探傷工作，提升生產效益。

1 聲發射檢測技術的應用

聲發射技術作為一種無損檢測技術，主要利用被檢測材料本身受載而出現損傷裂紋時會釋放應力應變波的原理來進行儀器探傷，聲發射技術檢測鍋爐壓力容器時，只要讓鍋爐壓力容器處在輕微負載狀態即可進行檢測。聲發射技術檢測時由多通道換能器接收受壓部件受載時，材料內部缺陷因屈服、開裂、裂紋擴展等強烈變形現象所發出的聲波信號（應力波或能量波），從而對這些信號進行采集、處理、分析， 以得到產生聲發射信號缺陷的情況參數，如應力波幅度大小、次數或個數的多少、應力波缺陷源的部位、出現應力波的載荷等，從而達到缺陷評定的目的。目前，聲發射技術主要應用于鍋爐壓力容器定期檢驗中，通常采用水壓試驗聲發射檢測來探知容器中的動態缺陷，同時能夠根據儀器分析所得的數據來確定損傷等級，從而為采取補救措施提供依據。

在鍋爐壓力容器的實際檢測中，許多此類設備由于生產需求不能夠中斷運行再接受檢測，從這一方面考慮，許多鍋爐壓力容器的檢測手段都受到了限制，而聲發射技術能夠對壓力容器進行在線檢測，只需要對工作介質進行升壓加載即可。在經濟效益的綜合考量上，聲發射技術可以在不影響生產的基礎上完成壓力容器的檢測，同時又可以保證壓力容器的安全使用。

在新制造的容器水壓試驗中，聲發射技術也能夠提供很好的技術支持。聲發射技術在新制造容器的完整性和危險性方面能夠給出可靠的決策性數據，這些數據也可以是判斷次品和良品的直接參數。鍋檢中心曾對上鍋廠的加氫反應容器和新制造的球罐體容器進行聲發射技術檢測，在實際的數據分析比較中，得到了滿意的數據準確性。

2 聲發射技術在鍋爐壓力容器檢測中的技術手段

2.1 聲發射技術檢測的一般步驟

在鍋爐壓力容器檢測的過程中聲發射檢測技術通常會與壓力容器水壓試驗的過程同步進行，此過程是為了在鍋爐使用初期確定活動發展性焊接缺陷的可能存在區域，以做好預防和后續重點檢測計劃。

第一步，根據水壓試驗所需的時間來進行相關的探傷檢測，將檢測數據保存于圖表上，利用計算機控制缺陷自動數據采集，通過觀察圖表可以獲得相關數據采集點在容器上的具體位置，數據可靠性表現較高，同時由于數據采集是計算機控制自動完成的過程，所以數據的人為干擾誤差較小、定位性能表現良好。

第二步，對聲發射源進行無損檢測復檢，通過復檢來進一步判斷聲發射源的損傷類型，判定哪些是由焊接缺陷產生的，哪些是由噪聲干擾源以及其他原因產生的。例如，某50m3儲罐僅需對11個聲發射源共約3m長的焊縫進行常規無損復驗，通過第一步的檢測，可以大致判斷出11個聲發射源中存在問題的個數以及類別，復驗后就可以通過比對兩次的數據來給出最終的判斷。

第三步，根據聲發射檢測數據進行無損檢測數據、壓力事故分析數據以及有關數據標準來評定聲發射源焊接缺陷，一是缺陷類型，二是損傷程度。

2.2 技術比較

傳統的靜態常規無損探傷技術，如射線、超聲波、磁粉等檢測技術多是在檢查材料本聲的缺陷，漏檢的情況也是時有發生，同時在檢測的全面性、損傷評價、數據分析等方面都存在較大的局限性。聲發射技術由于計算機控制的技術特點，具備實時性、動態性、監測性等多種優勢，同時在檢測的整體性和準確性等方面都具備絕對的優勢，并且還能給出準確的損傷評定，大大減少人工操作帶來的誤差。提升了無損檢測的效率和可靠性。

聲發射技術能夠與力相結合，判斷缺陷的類型和嚴重性，反映材料內部的缺陷信息，一次性進行整體結構的檢測，不需要使用傳感器探頭，減少了檢測過程中的不便利條件。聲發射技術最大的優點是省時、省力、檢測效率較高，檢測所需的時間大約為傳統檢測方式的1/5，例如，采用常規無損檢測對1000m3的液化石油氣球罐進行檢測，大約需要一個月的時間，僅焊縫探傷的長度就達到幾百米，采用人工檢測將是一個非常耗時耗力的過程，而采用聲發射技術則可以將檢測周期縮短為4天～7天，在這樣的技術支持下，生產單位可以減少檢測時間，提升生產效率，生產壓力容器的單位也可以實現大規模的量產，降低生產成本。

3 聲發射技術的發展

現代聲發射技術始于20世紀50年代，德國科學家Kaiser觀察到銅、鋅、鋁、鉛、錫、黃銅、鑄鐵及鋼等金屬和合金在形變過程中都有聲發射現象。隨后才慢慢開始將這種現象轉化為一種探傷技術應用到各類壓力容器探傷上。到目前為止，聲發射技術從檢測儀器到檢驗標準都有了長足的發展。

3.1 聲發射通用型儀器的發展

我國在聲發射儀器的開發和生產方面具備較高的國際水準，目前研制生產了各種雙通道、4通道、8通道和多通道（32通道）聲發射儀器，這些儀器的聲發射參數通過模擬電路和A/D轉換器變換為數字量，再通過數據總線進行處理和輸出。在數字信號的處理方面，由于全部信號處理是在離散信號的基礎上完成的，系統可能會存在較高的信噪比和非常寬的動態范圍，這也表示聲發射儀的研發要配備相應的支持軟件，以此來支持儀器的模式識別，提升發射儀可提供的信息量。

3.2 聲發射技術在標準化方面的發展

目前，聲發射技術在壓力容器的檢測中應用頗廣，檢驗標準也趨于成熟，全世界大約有數萬臺大型壓力容器采用聲發射技術來進行探傷檢驗，目前聲發射技術在使用中有了標準化的數據支持，但大多數的聲發射檢測數據是在實驗室中獲得的，結果不具備普遍的應用意義。另外，在檢驗標準方面也不能根據實驗室數據一概而論，多數的壓力容器會存在露天使用的需求，考慮到室外使用的損耗程度偏高，所以要將部分檢測指標提升，具體指標仍然在實踐中不斷完善。在聲發射技術的實踐過程中，我國30多家專業檢測單位、科研院所不斷開展了壓力容器現場聲發射檢測數據的分析，對于壓力容器在使用過程中會出現的裂紋、夾渣、殘余應力釋放、結構摩擦、雨滴撞擊等多種發射源數據有了較為豐富的積累，在聲發射技術標準化方面取得了長足的發展與進步。標準的形成主要是根據源區的事件數與一次加壓循環后升壓或保壓的出現頻度和變化來判斷的，同時劃分了嚴格的源強度等級和源區綜合等級，便于在實際應用聲發射技術時快速準確地判斷壓力容器損傷。

結語

聲發射技術在鍋爐壓力容器檢驗方面有著良好的應用前景，隨著技術的完善、應用儀器的升級、檢測技術的標準化，壓力容器的檢測逐漸變得高效、全面、可靠，能夠最大限度地確保壓力容器設備的安全和正常工作，隨著工藝和檢測水平的提升，生產單位的生產安全得到了有效的保障，經濟效益和社會效益也得到了顯著的提升。

參考文獻

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[2]邵利軍.無損檢測技術應用于鍋爐壓力容器檢驗的技術分析[J].中國高新技術企業，2013（31）：47-48.