聲發(fā)射技術(shù)在鍋爐壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用

李冀

摘 要：目前，針對(duì)鍋爐壓力容器檢測(cè)的方法主要有外觀目測(cè)法、燈光檢測(cè)法、錘擊檢測(cè)法、拉線檢測(cè)法、聲發(fā)射檢測(cè)法等，其中聲發(fā)射技術(shù)在鍋爐壓力檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。本文介紹了聲發(fā)射技術(shù)的原理、應(yīng)用、技術(shù)手段以及聲發(fā)射技術(shù)在鍋爐壓力容器檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)以及便利性，提出了要將聲發(fā)射技術(shù)廣泛應(yīng)用到鍋爐壓力容器檢測(cè)中的觀點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：聲發(fā)射技術(shù)；鍋爐壓力容器；檢測(cè)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TH49 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

鍋爐壓力容器在工業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)業(yè)和軍工科研中具有重要的應(yīng)用地位。從生產(chǎn)的安全性方面來(lái)講，鍋爐壓力容器是一個(gè)事故多發(fā)、安全隱患較高的設(shè)備，并且一旦發(fā)生事故，給生產(chǎn)單位帶來(lái)的生命財(cái)產(chǎn)損失將是難以估量的。在鍋爐壓力容器檢測(cè)中應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)可以大大減少壓力容器檢測(cè)探傷的時(shí)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(chǎn)效益。

1 聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

聲發(fā)射技術(shù)作為一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，主要利用被檢測(cè)材料本身受載而出現(xiàn)損傷裂紋時(shí)會(huì)釋放應(yīng)力應(yīng)變波的原理來(lái)進(jìn)行儀器探傷，聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)鍋爐壓力容器時(shí)，只要讓鍋爐壓力容器處在輕微負(fù)載狀態(tài)即可進(jìn)行檢測(cè)。聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)時(shí)由多通道換能器接收受壓部件受載時(shí)，材料內(nèi)部缺陷因屈服、開裂、裂紋擴(kuò)展等強(qiáng)烈變形現(xiàn)象所發(fā)出的聲波信號(hào)（應(yīng)力波或能量波），從而對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行采集、處理、分析， 以得到產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)缺陷的情況參數(shù)，如應(yīng)力波幅度大小、次數(shù)或個(gè)數(shù)的多少、應(yīng)力波缺陷源的部位、出現(xiàn)應(yīng)力波的載荷等，從而達(dá)到缺陷評(píng)定的目的。目前，聲發(fā)射技術(shù)主要應(yīng)用于鍋爐壓力容器定期檢驗(yàn)中，通常采用水壓試驗(yàn)聲發(fā)射檢測(cè)來(lái)探知容器中的動(dòng)態(tài)缺陷，同時(shí)能夠根據(jù)儀器分析所得的數(shù)據(jù)來(lái)確定損傷等級(jí)，從而為采取補(bǔ)救措施提供依據(jù)。

在鍋爐壓力容器的實(shí)際檢測(cè)中，許多此類設(shè)備由于生產(chǎn)需求不能夠中斷運(yùn)行再接受檢測(cè)，從這一方面考慮，許多鍋爐壓力容器的檢測(cè)手段都受到了限制，而聲發(fā)射技術(shù)能夠?qū)毫θ萜鬟M(jìn)行在線檢測(cè)，只需要對(duì)工作介質(zhì)進(jìn)行升壓加載即可。在經(jīng)濟(jì)效益的綜合考量上，聲發(fā)射技術(shù)可以在不影響生產(chǎn)的基礎(chǔ)上完成壓力容器的檢測(cè)，同時(shí)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(yàn)中，聲發(fā)射技術(shù)也能夠提供很好的技術(shù)支持。聲發(fā)射技術(shù)在新制造容器的完整性和危險(xiǎn)性方面能夠給出可靠的決策性數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)也可以是判斷次品和良品的直接參數(shù)。鍋檢中心曾對(duì)上鍋廠的加氫反應(yīng)容器和新制造的球罐體容器進(jìn)行聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)，在實(shí)際的數(shù)據(jù)分析比較中，得到了滿意的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

2 聲發(fā)射技術(shù)在鍋爐壓力容器檢測(cè)中的技術(shù)手段

2.1 聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)的一般步驟

在鍋爐壓力容器檢測(cè)的過(guò)程中聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)通常會(huì)與壓力容器水壓試驗(yàn)的過(guò)程同步進(jìn)行，此過(guò)程是為了在鍋爐使用初期確定活動(dòng)發(fā)展性焊接缺陷的可能存在區(qū)域，以做好預(yù)防和后續(xù)重點(diǎn)檢測(cè)計(jì)劃。

第一步，根據(jù)水壓試驗(yàn)所需的時(shí)間來(lái)進(jìn)行相關(guān)的探傷檢測(cè)，將檢測(cè)數(shù)據(jù)保存于圖表上，利用計(jì)算機(jī)控制缺陷自動(dòng)數(shù)據(jù)采集，通過(guò)觀察圖表可以獲得相關(guān)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)在容器上的具體位置，數(shù)據(jù)可靠性表現(xiàn)較高，同時(shí)由于數(shù)據(jù)采集是計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)完成的過(guò)程，所以數(shù)據(jù)的人為干擾誤差較小、定位性能表現(xiàn)良好。

第二步，對(duì)聲發(fā)射源進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)復(fù)檢，通過(guò)復(fù)檢來(lái)進(jìn)一步判斷聲發(fā)射源的損傷類型，判定哪些是由焊接缺陷產(chǎn)生的，哪些是由噪聲干擾源以及其他原因產(chǎn)生的。例如，某50m3儲(chǔ)罐僅需對(duì)11個(gè)聲發(fā)射源共約3m長(zhǎng)的焊縫進(jìn)行常規(guī)無(wú)損復(fù)驗(yàn)，通過(guò)第一步的檢測(cè)，可以大致判斷出11個(gè)聲發(fā)射源中存在問(wèn)題的個(gè)數(shù)以及類別，復(fù)驗(yàn)后就可以通過(guò)比對(duì)兩次的數(shù)據(jù)來(lái)給出最終的判斷。

第三步，根據(jù)聲發(fā)射檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)數(shù)據(jù)、壓力事故分析數(shù)據(jù)以及有關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)定聲發(fā)射源焊接缺陷，一是缺陷類型，二是損傷程度。

2.2 技術(shù)比較

傳統(tǒng)的靜態(tài)常規(guī)無(wú)損探傷技術(shù)，如射線、超聲波、磁粉等檢測(cè)技術(shù)多是在檢查材料本聲的缺陷，漏檢的情況也是時(shí)有發(fā)生，同時(shí)在檢測(cè)的全面性、損傷評(píng)價(jià)、數(shù)據(jù)分析等方面都存在較大的局限性。聲發(fā)射技術(shù)由于計(jì)算機(jī)控制的技術(shù)特點(diǎn)，具備實(shí)時(shí)性、動(dòng)態(tài)性、監(jiān)測(cè)性等多種優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在檢測(cè)的整體性和準(zhǔn)確性等方面都具備絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，并且還能給出準(zhǔn)確的損傷評(píng)定，大大減少人工操作帶來(lái)的誤差。提升了無(wú)損檢測(cè)的效率和可靠性。

聲發(fā)射技術(shù)能夠與力相結(jié)合，判斷缺陷的類型和嚴(yán)重性，反映材料內(nèi)部的缺陷信息，一次性進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的檢測(cè)，不需要使用傳感器探頭，減少了檢測(cè)過(guò)程中的不便利條件。聲發(fā)射技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是省時(shí)、省力、檢測(cè)效率較高，檢測(cè)所需的時(shí)間大約為傳統(tǒng)檢測(cè)方式的1/5，例如，采用常規(guī)無(wú)損檢測(cè)對(duì)1000m3的液化石油氣球罐進(jìn)行檢測(cè)，大約需要一個(gè)月的時(shí)間，僅焊縫探傷的長(zhǎng)度就達(dá)到幾百米，采用人工檢測(cè)將是一個(gè)非常耗時(shí)耗力的過(guò)程，而采用聲發(fā)射技術(shù)則可以將檢測(cè)周期縮短為4天～7天，在這樣的技術(shù)支持下，生產(chǎn)單位可以減少檢測(cè)時(shí)間，提升生產(chǎn)效率，生產(chǎn)壓力容器的單位也可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的量產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。

3 聲發(fā)射技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代聲發(fā)射技術(shù)始于20世紀(jì)50年代，德國(guó)科學(xué)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(guò)程中都有聲發(fā)射現(xiàn)象。隨后才慢慢開始將這種現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為一種探傷技術(shù)應(yīng)用到各類壓力容器探傷上。到目前為止，聲發(fā)射技術(shù)從檢測(cè)儀器到檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)都有了長(zhǎng)足的發(fā)展。

3.1 聲發(fā)射通用型儀器的發(fā)展

我國(guó)在聲發(fā)射儀器的開發(fā)和生產(chǎn)方面具備較高的國(guó)際水準(zhǔn)，目前研制生產(chǎn)了各種雙通道、4通道、8通道和多通道（32通道）聲發(fā)射儀器，這些儀器的聲發(fā)射參數(shù)通過(guò)模擬電路和A/D轉(zhuǎn)換器變換為數(shù)字量，再通過(guò)數(shù)據(jù)總線進(jìn)行處理和輸出。在數(shù)字信號(hào)的處理方面，由于全部信號(hào)處理是在離散信號(hào)的基礎(chǔ)上完成的，系統(tǒng)可能會(huì)存在較高的信噪比和非常寬的動(dòng)態(tài)范圍，這也表示聲發(fā)射儀的研發(fā)要配備相應(yīng)的支持軟件，以此來(lái)支持儀器的模式識(shí)別，提升發(fā)射儀可提供的信息量。

3.2 聲發(fā)射技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)化方面的發(fā)展

目前，聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器的檢測(cè)中應(yīng)用頗廣，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)也趨于成熟，全世界大約有數(shù)萬(wàn)臺(tái)大型壓力容器采用聲發(fā)射技術(shù)來(lái)進(jìn)行探傷檢驗(yàn)，目前聲發(fā)射技術(shù)在使用中有了標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)支持，但大多數(shù)的聲發(fā)射檢測(cè)數(shù)據(jù)是在實(shí)驗(yàn)室中獲得的，結(jié)果不具備普遍的應(yīng)用意義。另外，在檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方面也不能根據(jù)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)一概而論，多數(shù)的壓力容器會(huì)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(cè)指標(biāo)提升，具體指標(biāo)仍然在實(shí)踐中不斷完善。在聲發(fā)射技術(shù)的實(shí)踐過(guò)程中，我國(guó)30多家專業(yè)檢測(cè)單位、科研院所不斷開展了壓力容器現(xiàn)場(chǎng)聲發(fā)射檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析，對(duì)于壓力容器在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)的裂紋、夾渣、殘余應(yīng)力釋放、結(jié)構(gòu)摩擦、雨滴撞擊等多種發(fā)射源數(shù)據(jù)有了較為豐富的積累，在聲發(fā)射技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化方面取得了長(zhǎng)足的發(fā)展與進(jìn)步。標(biāo)準(zhǔn)的形成主要是根據(jù)源區(qū)的事件數(shù)與一次加壓循環(huán)后升壓或保壓的出現(xiàn)頻度和變化來(lái)判斷的，同時(shí)劃分了嚴(yán)格的源強(qiáng)度等級(jí)和源區(qū)綜合等級(jí)，便于在實(shí)際應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)時(shí)快速準(zhǔn)確地判斷壓力容器損傷。

結(jié)語(yǔ)

聲發(fā)射技術(shù)在鍋爐壓力容器檢驗(yàn)方面有著良好的應(yīng)用前景，隨著技術(shù)的完善、應(yīng)用儀器的升級(jí)、檢測(cè)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，壓力容器的檢測(cè)逐漸變得高效、全面、可靠，能夠最大限度地確保壓力容器設(shè)備的安全和正常工作，隨著工藝和檢測(cè)水平的提升，生產(chǎn)單位的生產(chǎn)安全得到了有效的保障，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也得到了顯著的提升。

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