聲發射技術在壓力容器檢驗中的應用探索

李昌銀

（湖北特種設備檢驗檢測研究院襄陽分院，湖北 襄陽 441005）

壓力容器是一種承載具有一定壓力介質且空間密閉的設備，其所承載的介質一般具有易燃易爆、高腐蝕或高危害等特性，要想更好地使用壓力容器，就要降低其危險性。加強檢驗質量是降低壓力容器危險的有效手段，通過定期對壓力容器進行全方位的檢驗，能夠及時發現安全隱患，從而保證生產與使用過程的安全性。由于壓力容器本身材質和結構十分特殊，在對其監測過程中，必須探尋無損檢測的全新技術，而聲發射技術是利用聲發射源將彈性波發射到設備表面，借助聲發射檢測器監測聲波的表面位移，進而將機械信號轉化為電信號，通過分析判斷電信號來判斷壓力容器監測其內部是否存在損傷。聲發射技術固然對現階段壓力容器檢驗提供了良好的支持，但在實際應用過程中仍然存在很多困難，工作人員一定要在充分了解這項技術的基礎上，探尋該技術在壓力容器檢驗中的應用方法，借此快速及時地檢測出壓力容器的缺陷。

1 聲發射技術的原理

在壓力容器材料和結構在承受內部或外界壓力時，會產生變形或開裂現象，這個現象發生過程中的應變能會以瞬時彈性波的特征表現出來，這種現象便稱為聲發射現象，其中發射應變能的部位就是聲發射源。壓力容器聲發射源的產生原因有塑性變形、裂紋形成與擴展以及纖維增強復合材料的斷裂等因素，但由于容器內瞬間釋放因變量需要達到一定程度后才能被人耳聽到，所以需要借助高精度設備才能將彈性波檢測出來。聲發射檢測技術就是將聲發射源釋放出的在容器內部攜帶缺陷信息的彈性波轉化為電信號，進而借助電子放大設備進行處理、顯示和記錄，最終詳細了解容器的內部結構，除此以外，應用多通道的聲發射系統能夠及時檢測出容器內部的缺陷并明確缺陷位置。不同于常規的靜態無損檢測方法，聲發射檢測技術是一種動態的無損檢測方法，這是因為聲發射的信號來源于容器缺陷本身，如果容器內部的缺陷處于靜止狀態，缺陷便不會發生變形或開裂，自然也就沒有彈性能量波釋放，這點與主動發射能量的超聲、射線等檢測方法存在差異。

2 聲發射技術的優劣勢分析

2.1 聲發射技術的優勢

聲發射技術開發應用的時間不長，但在壓力容器檢驗過程中卻收獲了良好的效果，因此，聲發射技術是現階段壓力容器檢測的主要技術。常規無損檢測技術在對容器進行局部或全面檢測過程中，存在一定的局限性，無法準確判斷出容器內部的缺陷是否具有活性，因此檢測出來的缺陷也無法有效判定其危害程度。特別是對于年代較為久遠的壓力容器，由于當時技術水平較低，制造出來的壓力容器一般都具有一定的焊接缺陷，這些缺陷大多不具備活性，如果用傳統的檢測技術來判定，這些壓力容器只能報廢。實際上，這些不具備活性的缺陷并不影響壓力容器的使用，由此帶來的資源浪費是巨大的，加之傳統檢測設備實施工藝困難，在某些特殊工藝中需要停機檢驗壓力容器，給企業帶來了較大的經濟損失。而聲發射檢測技術是動態的檢測過程，相比傳統的檢測技術具有較大的優勢，具體如下：（1）聲發射技術的靈敏度較高，借助該技術可以對設備在外加應力過程中產生的缺陷進行探測，通過一次測量便可以全面地了解設備的所有缺陷，檢測效果十分優越。（2）聲發射技術可以探測設備缺陷隨著溫度和壓力的變化而變化的情況，借此可以實時了解設備的內部缺陷數據，為設備的在線監控提供一定的便利。（3）聲發射技術適用范圍較廣，由于聲發射技術的聲發射源來自設備本身的缺陷，其檢測結構受到外界的影響相對較小，如此在一些惡劣環境中也可以準確地檢測設備的安全性，減少了檢測人員在檢測過程中所受到的身體損害。除此以外，壓力容器的形狀與結構對聲發射技術檢測結構的影響較小，因此該技術可以應用各種復雜的壓力容器安全檢測。（4）聲發射技術可以應用于壓力容器的定期安全檢驗中，檢測過程中可以在設備正常運行過程中進行，無須設備停機便可以真實地檢測出壓力容器的缺陷。（5）聲發射技術在可以應用于壓力容器的耐壓試驗中，借此有效預防壓力容器出現的未知安全隱患，借此保證檢驗工作的安全性。

2.2 聲發射技術的劣勢

聲發射技術在應用過程中也存在一定的劣勢，主要體現在以下幾個方面：首先，是機電的噪聲會對聲發射技術的檢測結果造成一定影響，加之該技術在對具有聲發射特性的材料進行檢測時具有更高的敏感性，故此在該技術的應用過程中需要具備較高現場檢驗經驗的工作人員開展，企業也需要具備高水平的數據庫對檢測數據進行處理與解釋。其次，在聲發射技術檢測過程中，需要配合加載程序，在條件特殊的檢驗過程中需要提前準備，給檢測工作帶來一定的難度。最后，聲發射檢測并不能確定設備缺陷的基本性質和規格，在具體檢驗過程中，不僅需要反復實施，還需要借助其他檢測技術配合，這也變相增加了檢驗人員的工作內容。

3 聲發射技術在壓力容器檢驗中的應用分析

隨著現代社會的不斷發展，壓力容器的使用范圍逐漸增大，極大程度地提升了我國的科技研發水平。然而，壓力容器的制造與應用還存在一定問題，需要進一步對其性能與安全性進行優化，因此對壓力容器進行檢驗是十分重要的。聲發射技術作為壓力容器檢驗的關鍵技術，對壓力容器的安全性提升有著重大意義。現代部分研發企業對聲發射技術進行了進一步優化，使得聲發射檢測系統的運行狀態更加良好，下面是對聲發射技術在壓力容器檢驗過程中的應用。

3.1 聲發射技術在壓力容器檢驗中的具體過程

聲發射技術的具體應用過程如下：首先，做好檢驗前的準備工作，制定好檢驗方案。檢驗人員需要對壓力容器的具體情況進行詳細了解，據此選擇合適的聲波發生器，使得檢測設備符合檢驗要求。另外，檢測人員確定檢測任務和檢測方案，確定檢測所需的設備、配件、工具等內容，在正式檢測前對設備進行標定。其次，制定檢驗工作程序。工作程序具體如下：（1）檢測人員根據檢測方案確定壓力容器安全檢測過程中傳感器的安裝位置，清晰地標明各通道的序號，讓檢驗人員更加清楚地觀察到傳感器的方位和大小。需要注意的是，傳感器的安裝位置需要具備代表性，對于壓力容器的焊縫位置可選擇三角形布置方式，借此全方位地展示出壓力容器的整體情況。（2）根據傳感器的安裝位置對計算機中的設置文件進行修改，確保傳感器的數量與布置位置能夠全方位展示壓力容器的內部情況。（3）按照操作規范正確連接檢測設備并對其進行標定。（4）在檢測開始后，檢測人員應該在測試過程中對設備進行定期標定，結合采集的數據對設備進行調整，借此保證數據采集的準確性。（5）檢測結束后，對設備進行再次標定，將檢測的原始數據進行記錄整理，進而給出檢驗報告。（6）對檢測數據進行進一步分析，定位出容器的缺陷位置。檢驗人員根據檢測報告數據獲取容器內部缺陷信息，通過分析得出缺陷的具體位置。通過定期地對壓力容器進行系統檢測，能夠有效推動壓力容器的規范使用，確保容器能夠時刻處于良好的運行狀態。

3.2 借助聲發射技術評定壓力容器的缺陷

評定壓力容器的缺陷可以借助聲發射技術實現，檢測過程如下：首先，讓壓力容器停產并倒空容器，在不開罐的情況下，對其進行耐壓檢驗，進而進行聲發射檢驗，借助聲發射檢驗結果分析出壓力容器中活性聲發射源部件。進而對聲發射源部件進行復查，在這個過程中，借助其他無損檢測手段對容器進行全面檢測，借助超聲波技術、宏觀檢測等技術判斷壓力容器是否存在缺陷，在排除干擾聲的影響后，可以準確排除干擾聲來準確定位壓力容器活性缺陷。進而借助磁粉檢驗壓力容器的焊接處，借助聲發射技術檢驗來排除非活性裂紋。其次，結合操作流程對壓力容器的內外表面進行超聲波和宏觀檢測，得到壓力容器壁厚的詳細參數，進而借助聲發射技術發現的超標缺陷，判斷出壓力容器是否存在非活動性的缺陷，從而盡早處理缺陷。最后，在對壓力容器安全檢驗完畢后，檢測人員要對壓力容器進行二次耐壓測試和氣密性測試，結合檢測數據給出最終的安全評定報告，判斷壓力容器的安全等級。總體來講，應用聲發射技術進行檢測能夠讓整個安全檢驗過程更為便捷，提高壓力容器安全檢驗質量，同時也能有效降低檢驗成本。

3.3 借助聲發射技術規范壓力容器安全評定流程

現階段，很多企業在壓力容器安全檢測過程中經常存在超期現象，以至于壓力容器在使用過程中不能保證其質量，由此導致的安全風險嚴重影響了社會經濟的平穩發展。造成這種現象的原因主要是部分企業不能接受停產為代價的安全檢驗，而應用聲發射技術可以實現對壓力容器的在線監測，尤其對于壓力容器檢驗已經到期的企業來講，可以借助在線監測對其進行安全評定。

應用聲發射技術開展在線監測的步驟如下：首先，調整壓力容器壓力窗口的工作壓力，在生產工藝允許的基礎上將壓力調至最大。其次，借助聲發射技術收集壓力容器的反饋信號，進一步延長壓力容器的工作時間，借此更好地整理并分析反饋信息。借助聲發射技術開展在線檢測能夠很好地判斷壓力容器的安全使用周期，延長了壓力容器接受安全檢驗的周期，在保證安全生產的基礎上實現了經濟效益的最大化。

4 結語

總而言之，聲發射技術是一種新興技術，在檢測過程中不受檢測材料的大小、形狀以及所處環境等諸多方面因素的影響，在壓力容器安全檢驗過程中發揮了極其重要的作用。在壓力容器安全檢測過程中，加強對聲發射技術的應用不僅可以有效降低壓力容器的使用風險，也能有效提升企業的經濟效益。目前，聲發射技術的應用仍存在很多困難，相關單位要繼續加強對該項技術的研究與推廣，盡快攻克技術上的難點，促使聲發射技術能夠更好地為國民經濟發展與安全生產服務。