聲發射技術在壓力容器無損檢測中的應用

陳志強

（中石化工程質量監測有限公司鄭州分公司，河南 濮陽 457001）

壓力容器的檢測至關重要，其作為特種設備具有較高的危險性，會嚴重威脅人們的生命財產安全，稍有差池就會造成泄露、爆炸等嚴重后果。因此，需要采取一定的檢測技術和方法全面檢測壓力容器的泄露情況，從而確保壓力容器的質量，有效預防危險事故的發生。而聲發射技術作為一種新興技術是檢測壓力容器質量的常用檢測手段之一，其應用越來越廣泛，這也直接關系到了壓力容器的檢測結果，利用聲發射技術對壓力容器進行檢測可以提供其工作的安全性，從而有效減少事故的發生。[1]

1 聲發射技術的基本內容

1.1 聲發射技術的主要原理

聲發射技術的原理是利用聲發射源檢測壓力容器內部的泄露情況，從而獲得壓力容器內部的相關數據和參數。這一技術優勢明顯，作為一種動態檢測技術，能夠使用多通道聲發射系統，還能夠確定壓力容器內部問題出現的位置，該技術應用越來越廣泛，在多個領域都有所應用。工業生產過程中聲發射技術應用比較廣泛，在壓力容器無損檢測方面的應用效果也比較好，能夠對壓力容器的泄露情況進行精準檢測。聲發射技術在壓力容器無損檢測中應用的機理有利于分析和解釋壓力容器聲發射信號源，其中比較典型的就是裂紋擴展。裂紋擴展的形成過程包括三個步驟，分別是裂紋形成、裂紋尖端的塑形變形以及裂紋擴展。聲發射技術的工作原理就是通過壓力容器內壓力的作用檢測是否有液體或者氣體溢出，如果出現機械波則證明壓力容器存在泄露孔。聲發射技術就可以檢測和顯示機械波的波形，與此同時還能夠清晰地顯示波形的大小等信息，從而判斷壓力容器泄露孔的大小，便于進行壓力容器的相關修理。在實際應用中，聲發射主機將波形自動轉化為電信號，并通過放大之后再次傳給主機，從而使主機能夠對信號進行分析。一般情況下，信號的變化幅度大且明顯則說明壓力容器的泄漏量比較大，泄露口比較大，需要引起高度重視。

1.2 聲發射技術的特點

與常規的檢測技術相比，其具有以下幾個特點：第一，檢測結果的靈敏度和精準度都比較高，在檢測壓力容器的缺陷性問題時效果明顯，能夠及時發現壓力容器的缺陷和存在的問題，進一步提高判斷的準確性。第二，具有便利性，這一技術是動態監測，可以減少停產時間，甚至是不需要停產就可以檢測壓力容器的情況，能夠節省時間。而且這種檢測技術對距離的要求不高，尤其是在對危險環境下的壓力容器進行檢測時，檢測的安全性大大提高。[2]

1.3 聲發射技術的主要優點

聲發射技術用于壓力容器檢測時具有明顯的優勢，主要體現在以下幾個方面：一是對壓力容器進行無損檢測，降低檢測技術對壓力容器造成的破壞。二是聲發射技術的能量并不是來自于外部，而且來自于壓力容器，這種來源方式能夠對壓力容器的線性缺陷進行有效檢測，而且準確度以及靈敏度都比較高。三是利用聲發射技術可以減少等待時間，不需要停產進行檢驗，能夠有效降低停產時間，甚至可以在不停產的情況下進行檢測，從而有利于確保工業生產的穩定性以及持續性。四是對于密閉系統的耐壓試驗，聲發射技術可以通過不斷加壓的方式探究壓力容器所能承載的最大工作壓力以及可能出現的線性缺陷問題。此外，聲發射技術檢測有利于及時消除壓力容器發生爆炸隱患的可能性，有效降低惡性事件的發生，使壓力容器的運行更加有保障，進而取得較大的社會效益。

2 聲發射技術的發展歷史和研究現狀

聲發射技術最早出現于上世紀五十年代，這一技術出現的主要標志就是德國人Kaiser 研究了金屬材料的聲發射現象。在這個過程中其發現聲發射現象只在第一次加載的時候出現，在重新加載時，如果應力值達不到上一次的最大值的情況下就不會產生聲發射現象，這個結論被稱為Kaiser 效應。這一效應在工業領域被廣泛應用，也逐漸發展成為了聲發射檢測技術的主要依據。1963 年美國的Dunegan 首次將聲發射技術應用于壓力容器檢驗中。經過了多年的發展后，聲發射技術己獲得了巨大的發展，先后在歐美和中國等國家得到了廣泛使用，并且確定了相應的聲發射的檢測標準。通過有關報告能夠了解到，現階段聲發射技術用于壓力容器檢測的數量已經達到了上萬臺，應用逐漸普及。我國聲發射技術的引進和研究比較晚，源于上世紀七十年代，在經過了多年的研制和使用后，我們國家的聲發射技術己得到了長足的發展和進步。依據資料的顯示，在我國，有30 多家的研究單位、科研院等從事壓力容器的聲發射技術的研究。

聲發射技術雖然有了一定的應用，而且具有明顯的優勢，但是也存在著一些問題，比如未焊透、夾渣、未融合等焊接的缺陷問題，氧化皮剝落和泄露等發射源檢測的問題。這些問題會影響壓力容器的質量，通過相關數據分析聲發射技術應用過程中的問題并不能完全杜絕，尤其是在復合材料的檢測中，檢測的準確性大受影響，以往的檢測積累了豐富的經驗，但是并不應該止步于此，還需要不斷根據實際需要完善聲發射技術，使得其在壓力容器檢測中的應用效果更好，進一步降低對壓力容器的破壞，提高檢測的準確性。[3]

3 聲發射檢測技術在壓力無損檢測中的應用程序

聲發射技術在壓力容器無損檢測中的應用程序主要有兩個方面的內容，分別是在線檢測評定程序以及缺陷評定程序，具體內容分析如下。

3.1 在線檢測評定程序

在線檢測評定程序應用于壓力容器存在部分隱患，但是無法進行停產檢驗的情況，這就可以利用聲發射技術進行評定。第一，要控制壓力容器的工作壓力，在壓力容器的最高工作壓力范圍之內不斷進行加壓，加到設備最大工作壓力停止。第二，在第一環節的基礎上收集和分析加壓過程中的聲發射信號，從而得出壓力容器工作的最大安全壓力。

3.2 缺陷評定程序

缺陷評定程序的應用也是重要的一個環節，主要是從以下幾個方面著手：第一，應該在進行評定之前排凈壓力容器內部的介質，之后按照順序分別開展耐壓試驗以及聲發射檢驗，得出聲發射檢測結果，并對結果進行細致分析，從而找出壓力容器的缺陷性問題。第二，利用其他多種無損檢測技術檢驗聲發射技術的檢測結果，在這個過程中需要進一步排除干擾聲發射源，從而才能確定壓力容器的缺陷問題所在。第三，壓力容器的焊縫需要進行嚴格的檢測，尤其是在聲發射技術應用過程中發現的缺陷部位，再進一步進行復檢。第四，要根據我國的有關規范和標準對壓力容器內外表面進行超聲波測厚檢驗。第五，對于檢查過程中出現的問題要及時進行維修，返修后也需要進行氣密試驗以及耐壓試驗。第六，在檢驗合格之后出具相對應的安全等級評價報告。

4 聲發射技術在壓力容器無損檢測中的應用

聲發射技術在壓力容器檢測中的應用主要體現在四個方面的檢測，分別是裂紋擴展檢測、機器摩擦聲檢測、焊接殘余的檢測以及壓力容器關聯性檢測，通過對這四個方面的具體闡述進一步深入了解聲發射技術在這四個方面檢測的優勢，切實提高壓力容器的質量，減少事故的發生。

4.1 裂紋擴展檢測

聲發射技術在壓力容器檢測方面的應用廣泛，其可以在一定程度上提高壓力容器無損檢測的可靠性和準確性，而裂紋擴展檢測就是其重要應用之一。壓力容器在工業生產中的作用就是通過加壓實現生產，在實際工作過程中，壓力容器不可避免地會受到外部作用的影響而導致磨損，從而導致壓力容器內部出現裂痕，影響壓力容器使用的安全性，進而影響壓力容器的正常使用。通過聲發射技術可以對壓力容器的使用情況進行全方面的檢測，可以及時反饋檢測過程中的異常數值，從而判斷壓力容器出現裂紋。

4.2 機器摩擦聲的檢測

聲發射技術還可以用于機器摩擦聲的檢測，具有較好的效果，一般而言，聲發射技術是通過壓力容器檢測過程中形成的聲波的情況而判斷壓力容器是否存在問題和缺陷，從而利用聲波進行圖像分析，對壓力容器使用過程中的磨損情況進行有效判斷，判斷壓力容器是否有必要立刻進行維修等。聲發射技術在機器摩擦方面的檢測安全性以及檢測質量大大提高，通過對檢測聲波的數值變化的觀察和分析，對壓力容器進行合理調節，從而有利于提高生產效率，促進我國工業的可持續發展。

4.3 焊接殘余的檢測

壓力容器的材質一般都是鋼材材質，可以通過聲發射技術中聲波的應變值變化判定壓力容器內部焊接處的殘余部分是否存在損耗，了解壓力容器的應用情況。運用這一技術主要是因為焊接處的應用材質與壓力容器的整體融合性，但還是存在一定的差異，在后期壓力容器不斷反復使用過程中可能存在斷裂的風險，這也就無疑增大了壓力容器應用的危險。而利用聲發射技術可以及時有效地檢測壓力容器焊接處殘余的損耗情況，對壓力容器的使用進行安全性檢測，查看其是否符合安全生產的標準，這也為工業生產中壓力容器的安全使用提供先進的技術支持和保障。

4.4 壓力容器關聯性檢測

工業生產過程中，壓力容器作為重要的生產工具之一，其作用不容忽視，而聲發射技術可以通過壓力容器的關聯性檢測檢查壓力容器的質量，為壓力容器無損檢測提供強有力的技術支持。壓力容器關聯性檢測主要是對形成應變值和屈服值的檢測數值進行合理分析，形成壓力容器的檢測數值的關聯性分析，合理把握壓力容器與聲波信號之間的關聯性，從而便于分析壓力容器無損檢測中的各項參數，實現可持續發展。

5 聲發射技術在壓力容器中無損檢測的應用效果和發展趨勢

5.1 聲發射技術在壓力容器中無損檢測的應用效果

一般情況下，材料的性能和缺陷危害程度以及應力水平關系到了對壓力容器的破壞程度，而壓力容器無損檢測就是通過容器的材料性能和應力大小的評價和分析進行壓力容器缺陷危害問題的判斷，并據此確定壓力容器缺陷的大小、性質和危害程度，這是壓力容器正常運轉之前不可缺少的一個環節。聲發射技術作為動態無損檢測技術，以其動態性、經濟性、實效性和整體性的特點而廣泛應用于壓力容器的無損檢測中。壓力容器的檢測標準我國已經有了相應的規范，要嚴格按照規定執行。根據有關研究可以發現，利用聲發射技術與應力測定兩種相結合的檢測方式更能夠提升對壓力容器檢測的準確度。

5.2 聲發射技術在壓力容器無損檢測中的發展趨勢

隨著聲發射技術應用的不斷深入，在壓力容器中無損檢測的應用效果越來越好，能夠避免以往材料的性能和缺陷不足，減少對壓力容器的破壞，無損檢測的精確度也有明顯提升，聲發射技術是壓力容器進行無損檢測的重要發展方向。聲發射技術在金屬壓力容器檢測中的應用處于世界領先地位，在進行無損檢測方面具有傳統檢測方法所不可比擬的優勢，但是評價標準的可操作性還沒有達到令人滿意的程度，比較難以根據聲發射技術判斷裂紋等危險性缺陷，無法對壓力容器進行完整評價。與此同時，壓力容器的材質也越來越多樣化，為了提高壓力容器的各項性能，也在積極探索復合材料的應用，以便進一步提升壓力容器的各項指標。在未來，應該進一步完善聲發射技術在壓力容器中的應用，尤其是不同材質壓力容器中的應用效果，聲發射技術要能夠適應壓力容器材質的變化，不斷提高檢測的準確性。

6 結語

綜上所述，聲發射檢測技術是隨著科技的發展而出現的，其在工業壓力容器無損檢測中有著廣泛的應用，尤其是在壓力容器的安全使用方面發揮著不可替代的作用。但是也不可避免地出現一些問題，比如，存在難以判定壓力容器缺陷形態等，這就會影響壓力容器無損檢測的結果。因此，新的發展時期，要不斷加大對聲發射技術的研究，進一步深入其在壓力容器無損檢測中的應用，不斷完善檢測方法，從而使壓力容器無損檢測的結果更加準確，讓壓力容器的質量也更有保障。