壓力容器檢驗(yàn)中的聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)方法探討

鄭旭

摘 要：為滿足我國經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)要求，石油、化工等行業(yè)獲得了重要的發(fā)展機(jī)遇，而壓力容器作為其中必要的設(shè)備也因此獲得了廣泛應(yīng)用。作為承壓類特種設(shè)備的一種，壓力容器的安全性與可靠性是衡量壓力容器質(zhì)量的關(guān)鍵，因此，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)在壓力容器校驗(yàn)過程中具有極為重要的作用。鑒于此，文章從聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基本原理為切入點(diǎn)，對(duì)其技術(shù)特點(diǎn)以及其在壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行詳盡探討，以供專業(yè)人士借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)；壓力容器；檢驗(yàn)應(yīng)用

引言

在化工、石油以及食品等領(lǐng)域均會(huì)使用到壓力容器，由此可見，壓力容器作為特種設(shè)備與我國經(jīng)濟(jì)以及民生經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著極為緊密的聯(lián)系。此外，由于壓力容器使用環(huán)境惡劣，并且其內(nèi)部介質(zhì)具有腐蝕性高、劇毒等特點(diǎn)，所以若壓力容器出現(xiàn)質(zhì)量問題，不僅會(huì)破壞環(huán)境，而且會(huì)對(duì)生命與財(cái)產(chǎn)造成難以預(yù)估的風(fēng)險(xiǎn)。因此，為提升壓力容器的安全性，使用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)對(duì)壓力容器進(jìn)行檢驗(yàn)就顯得尤為重要。

1 聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基本原理

借助耦合在材料外部的壓電陶瓷探頭，將聲發(fā)射源放置在材料內(nèi)部，從而將彈性波轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，隨后將電信號(hào)用相應(yīng)電子設(shè)備放大和處理，待其特性化后便可對(duì)信號(hào)進(jìn)行記錄與顯示，最終得出材料內(nèi)部聲發(fā)射源的特征參數(shù)與波形圖，整個(gè)流程便是聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基本原理。材料內(nèi)部是否存在缺陷可以通過分析檢測(cè)過程中聲發(fā)射儀器獲得的各種特征參數(shù)與波形分析出來。若聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)為多通道，材料內(nèi)部的具體缺陷位置便可以分析出來。因此，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)可以定義為用儀器探測(cè)、記錄聲發(fā)射信號(hào)和利用聲發(fā)射信號(hào)推斷聲發(fā)射源的技術(shù)。作為一項(xiàng)動(dòng)態(tài)無損檢測(cè)措施，聲發(fā)射技術(shù)可以與射線、超聲、磁粉以及滲透等無損檢測(cè)區(qū)分開來，屬于比較前沿的一項(xiàng)無損檢測(cè)新技術(shù)。

2 聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)

在鋼制壓力容器的無損檢測(cè)措施中，聲發(fā)射技術(shù)由于可以動(dòng)態(tài)檢測(cè)活動(dòng)性缺陷，所以其已經(jīng)成為目前最為重要的檢測(cè)措施。其中，聲發(fā)射技術(shù)與其他傳統(tǒng)無損檢測(cè)技術(shù)相比，其具有以下特點(diǎn)：

（1）由于聲發(fā)射檢測(cè)方式為動(dòng)態(tài)檢測(cè)，所以被測(cè)物體是聲發(fā)射探測(cè)到的能量主要來源。

（2）聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)可以準(zhǔn)確的判斷線性缺陷，所以在外加結(jié)構(gòu)的應(yīng)力下，聲發(fā)射檢測(cè)方法可以對(duì)結(jié)構(gòu)中的缺陷情況準(zhǔn)確判斷。

（3）聲發(fā)射試驗(yàn)可以對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)中的缺陷加以探測(cè)以及評(píng)價(jià)。

（4）隨著時(shí)間、溫度以及載荷等外界條件的變化，聲發(fā)射檢測(cè)可以以此變量提供出相應(yīng)的連續(xù)信息，從而使其適用于預(yù)報(bào)早期或臨近破壞預(yù)報(bào)和工業(yè)過程在線監(jiān)控。

（5）聲發(fā)射檢測(cè)對(duì)被檢件無特殊要求，可在毒性高、核輻射以及高溫等特殊環(huán)境下完成檢測(cè)工作。

（6）聲發(fā)射檢測(cè)允許設(shè)備可以在線檢測(cè)，不需要停產(chǎn)或縮短檢測(cè)的停產(chǎn)時(shí)間。

（7）聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)可以避免由于連續(xù)缺陷而引發(fā)的系統(tǒng)災(zāi)難性失效以及無需設(shè)定系統(tǒng)的最高壓力。因此，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)與其它傳統(tǒng)檢測(cè)措施相比有著更好的適用性以及科學(xué)性。然而，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)與其他常規(guī)無損檢測(cè)一樣存在著局限性，需要彼此進(jìn)行補(bǔ)充。

主要原因?yàn)椋?/p>

（1）外部信號(hào)的干擾極易影響聲發(fā)射檢測(cè)的準(zhǔn)確性，因此在進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)前需要對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行分析與屏蔽。

（2）加載合適的程序是聲發(fā)射檢測(cè)的必要條件，加載工作需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行特別準(zhǔn)備。

（3）聲發(fā)射檢測(cè)只可判斷聲發(fā)射源內(nèi)部缺陷的大小與性質(zhì)，難以精準(zhǔn)判斷聲發(fā)射源的強(qiáng)度、位置與活性。

3 聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)在壓力容器檢驗(yàn)中的應(yīng)用

在檢驗(yàn)壓力容器過程中，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)由于其所具有的優(yōu)越性，使得其在壓力容器檢測(cè)領(lǐng)域有著不可或缺的作用，下面將對(duì)此進(jìn)行細(xì)致闡述。

3.1 聲發(fā)射技術(shù)在化工壓力容器定期檢驗(yàn)中的應(yīng)用

當(dāng)拉伸試件時(shí)，當(dāng)材料的塑性變形區(qū)域與該拉伸應(yīng)力相一致后，最大化的增加聲發(fā)射的發(fā)射率，待其處于最大值后便會(huì)慢慢減小。通常來講，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因主要是因?yàn)椴牧系奈诲e(cuò)移動(dòng)。與此同時(shí)，當(dāng)裂紋或其他缺陷存在于被檢壓力容器時(shí)，應(yīng)力集中于裂紋頂端，從而導(dǎo)致缺陷部位進(jìn)行塑性變形區(qū)域的時(shí)間早于非缺陷部位，從而缺陷部位會(huì)先將聲發(fā)射信號(hào)發(fā)射出去。因此，我們可以根據(jù)此類現(xiàn)象提早發(fā)現(xiàn)容器內(nèi)部的缺陷情況。此外，在不斷卸載以及加壓材料后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)材料受到一定載荷力后，待其卸去荷載前，使其產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)，當(dāng)二次加載值小于第一次加載前的這個(gè)時(shí)間內(nèi)是無任何聲發(fā)射信號(hào)生成的。因此，“凱賽爾效應(yīng)”是一不可逆過程。鑒于此，當(dāng)壓力容器做完水壓試驗(yàn)后，當(dāng)有要求進(jìn)行二次水壓時(shí)，如果水壓壓力小于設(shè)備工作狀態(tài)下的最高壓力，則聲發(fā)射信號(hào)是不會(huì)發(fā)出的，所以有檢測(cè)疏漏情況的發(fā)生。因此，為避免漏檢的情況的發(fā)生，需要壓力容器的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)小于加載試驗(yàn)的壓力。此外，在長(zhǎng)時(shí)間使用壓力容器后，會(huì)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(fā)射信號(hào)不會(huì)在壓力低的情況下出現(xiàn)。因此，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)可以在對(duì)壓力容器的常規(guī)水壓試驗(yàn)中采用，以便檢查其是否存在裂紋的擴(kuò)展信號(hào)。

3.2 聲發(fā)射技術(shù)在核電站壓力容器中的應(yīng)用

隨著世界各國對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境的意識(shí)加強(qiáng)以及迎合能源大量需求的要求，核電站正成為未來能源領(lǐng)域的發(fā)展核心。然而，核電站對(duì)安全性有著更為嚴(yán)格的要求，若有安全事故發(fā)生，所造成的災(zāi)難性后果將會(huì)是難以想象的。因此，反應(yīng)堆中壓力容器的可靠性與安全性將會(huì)是未來核電站所應(yīng)注意的問題。采用聲發(fā)射在線監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)與檢測(cè)核反應(yīng)堆中的壓力容器。

其中，聲發(fā)射檢測(cè)在以下幾方面得以體現(xiàn)：

（1）監(jiān)測(cè)核壓力容器及回路系統(tǒng)的水壓試驗(yàn)。

（2）監(jiān)測(cè)定期檢修后的水壓試驗(yàn)。

（3）監(jiān)測(cè)放射性物質(zhì)的泄露。

（4）監(jiān)測(cè)緊急事故下的對(duì)熱沖擊。

（5）在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其他關(guān)鍵位置。

核反應(yīng)堆壓力容器的運(yùn)行情況可根據(jù)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分析與評(píng)估，從而第一時(shí)間防止嚴(yán)重事故的發(fā)生。

4 結(jié)束語

聲發(fā)射檢測(cè)是無損檢測(cè)的新技術(shù)，作為在役壓力容器定期檢驗(yàn)的一種主要方法是非常有效和完全可行的。我們應(yīng)該大力推廣這一高新技術(shù)，使聲發(fā)射檢測(cè)這一方法更廣泛地應(yīng)用到我們的檢驗(yàn)工作中，以提高檢驗(yàn)、檢測(cè)水平及效率，確保設(shè)備的安全和正常運(yùn)行。隨著工藝技術(shù)發(fā)展，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行條件苛刻的壓力容器將會(huì)越來越多，這對(duì)檢測(cè)技術(shù)和水平必然提出更高的要求，為適應(yīng)這一快速發(fā)展的需要，開展聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)在壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用研究已經(jīng)成為一種勢(shì)在必行的趨勢(shì)。

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