聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器無損檢測中的應(yīng)用

陳志強(qiáng)

（中石化工程質(zhì)量監(jiān)測有限公司鄭州分公司，河南 濮陽 457001）

壓力容器的檢測至關(guān)重要，其作為特種設(shè)備具有較高的危險性，會嚴(yán)重威脅人們的生命財產(chǎn)安全，稍有差池就會造成泄露、爆炸等嚴(yán)重后果。因此，需要采取一定的檢測技術(shù)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(zhì)量，有效預(yù)防危險事故的發(fā)生。而聲發(fā)射技術(shù)作為一種新興技術(shù)是檢測壓力容器質(zhì)量的常用檢測手段之一，其應(yīng)用越來越廣泛，這也直接關(guān)系到了壓力容器的檢測結(jié)果，利用聲發(fā)射技術(shù)對壓力容器進(jìn)行檢測可以提供其工作的安全性，從而有效減少事故的發(fā)生。[1]

1 聲發(fā)射技術(shù)的基本內(nèi)容

1.1 聲發(fā)射技術(shù)的主要原理

聲發(fā)射技術(shù)的原理是利用聲發(fā)射源檢測壓力容器內(nèi)部的泄露情況，從而獲得壓力容器內(nèi)部的相關(guān)數(shù)據(jù)和參數(shù)。這一技術(shù)優(yōu)勢明顯，作為一種動態(tài)檢測技術(shù)，能夠使用多通道聲發(fā)射系統(tǒng)，還能夠確定壓力容器內(nèi)部問題出現(xiàn)的位置，該技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，在多個領(lǐng)域都有所應(yīng)用。工業(yè)生產(chǎn)過程中聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用比較廣泛，在壓力容器無損檢測方面的應(yīng)用效果也比較好，能夠?qū)毫θ萜鞯男孤肚闆r進(jìn)行精準(zhǔn)檢測。聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器無損檢測中應(yīng)用的機(jī)理有利于分析和解釋壓力容器聲發(fā)射信號源，其中比較典型的就是裂紋擴(kuò)展。裂紋擴(kuò)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(kuò)展。聲發(fā)射技術(shù)的工作原理就是通過壓力容器內(nèi)壓力的作用檢測是否有液體或者氣體溢出，如果出現(xiàn)機(jī)械波則證明壓力容器存在泄露孔。聲發(fā)射技術(shù)就可以檢測和顯示機(jī)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(jìn)行壓力容器的相關(guān)修理。在實際應(yīng)用中，聲發(fā)射主機(jī)將波形自動轉(zhuǎn)化為電信號，并通過放大之后再次傳給主機(jī)，從而使主機(jī)能夠?qū)π盘栠M(jìn)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(fā)射技術(shù)的特點

與常規(guī)的檢測技術(shù)相比，其具有以下幾個特點：第一，檢測結(jié)果的靈敏度和精準(zhǔn)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(fā)現(xiàn)壓力容器的缺陷和存在的問題，進(jìn)一步提高判斷的準(zhǔn)確性。第二，具有便利性，這一技術(shù)是動態(tài)監(jiān)測，可以減少停產(chǎn)時間，甚至是不需要停產(chǎn)就可以檢測壓力容器的情況，能夠節(jié)省時間。而且這種檢測技術(shù)對距離的要求不高，尤其是在對危險環(huán)境下的壓力容器進(jìn)行檢測時，檢測的安全性大大提高。[2]

1.3 聲發(fā)射技術(shù)的主要優(yōu)點

聲發(fā)射技術(shù)用于壓力容器檢測時具有明顯的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是對壓力容器進(jìn)行無損檢測，降低檢測技術(shù)對壓力容器造成的破壞。二是聲發(fā)射技術(shù)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?qū)毫θ萜鞯木€性缺陷進(jìn)行有效檢測，而且準(zhǔn)確度以及靈敏度都比較高。三是利用聲發(fā)射技術(shù)可以減少等待時間，不需要停產(chǎn)進(jìn)行檢驗，能夠有效降低停產(chǎn)時間，甚至可以在不停產(chǎn)的情況下進(jìn)行檢測，從而有利于確保工業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性以及持續(xù)性。四是對于密閉系統(tǒng)的耐壓試驗，聲發(fā)射技術(shù)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(xiàn)的線性缺陷問題。此外，聲發(fā)射技術(shù)檢測有利于及時消除壓力容器發(fā)生爆炸隱患的可能性，有效降低惡性事件的發(fā)生，使壓力容器的運(yùn)行更加有保障，進(jìn)而取得較大的社會效益。

2 聲發(fā)射技術(shù)的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀

聲發(fā)射技術(shù)最早出現(xiàn)于上世紀(jì)五十年代，這一技術(shù)出現(xiàn)的主要標(biāo)志就是德國人Kaiser 研究了金屬材料的聲發(fā)射現(xiàn)象。在這個過程中其發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射現(xiàn)象只在第一次加載的時候出現(xiàn)，在重新加載時，如果應(yīng)力值達(dá)不到上一次的最大值的情況下就不會產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象，這個結(jié)論被稱為Kaiser 效應(yīng)。這一效應(yīng)在工業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，也逐漸發(fā)展成為了聲發(fā)射檢測技術(shù)的主要依據(jù)。1963 年美國的Dunegan 首次將聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于壓力容器檢驗中。經(jīng)過了多年的發(fā)展后，聲發(fā)射技術(shù)己獲得了巨大的發(fā)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(yīng)的聲發(fā)射的檢測標(biāo)準(zhǔn)。通過有關(guān)報告能夠了解到，現(xiàn)階段聲發(fā)射技術(shù)用于壓力容器檢測的數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了上萬臺，應(yīng)用逐漸普及。我國聲發(fā)射技術(shù)的引進(jìn)和研究比較晚，源于上世紀(jì)七十年代，在經(jīng)過了多年的研制和使用后，我們國家的聲發(fā)射技術(shù)己得到了長足的發(fā)展和進(jìn)步。依據(jù)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(fā)射技術(shù)的研究。

聲發(fā)射技術(shù)雖然有了一定的應(yīng)用，而且具有明顯的優(yōu)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(fā)射源檢測的問題。這些問題會影響壓力容器的質(zhì)量，通過相關(guān)數(shù)據(jù)分析聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用過程中的問題并不能完全杜絕，尤其是在復(fù)合材料的檢測中，檢測的準(zhǔn)確性大受影響，以往的檢測積累了豐富的經(jīng)驗，但是并不應(yīng)該止步于此，還需要不斷根據(jù)實際需要完善聲發(fā)射技術(shù)，使得其在壓力容器檢測中的應(yīng)用效果更好，進(jìn)一步降低對壓力容器的破壞，提高檢測的準(zhǔn)確性。[3]

3 聲發(fā)射檢測技術(shù)在壓力無損檢測中的應(yīng)用程序

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

3.1 在線檢測評定程序

在線檢測評定程序應(yīng)用于壓力容器存在部分隱患，但是無法進(jìn)行停產(chǎn)檢驗的情況，這就可以利用聲發(fā)射技術(shù)進(jìn)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(nèi)不斷進(jìn)行加壓，加到設(shè)備最大工作壓力停止。第二，在第一環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上收集和分析加壓過程中的聲發(fā)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(yīng)用也是重要的一個環(huán)節(jié)，主要是從以下幾個方面著手：第一，應(yīng)該在進(jìn)行評定之前排凈壓力容器內(nèi)部的介質(zhì)，之后按照順序分別開展耐壓試驗以及聲發(fā)射檢驗，得出聲發(fā)射檢測結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行細(xì)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(shù)檢驗聲發(fā)射技術(shù)的檢測結(jié)果，在這個過程中需要進(jìn)一步排除干擾聲發(fā)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(jìn)行嚴(yán)格的檢測，尤其是在聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)的缺陷部位，再進(jìn)一步進(jìn)行復(fù)檢。第四，要根據(jù)我國的有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對壓力容器內(nèi)外表面進(jìn)行超聲波測厚檢驗。第五，對于檢查過程中出現(xiàn)的問題要及時進(jìn)行維修，返修后也需要進(jìn)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(yīng)的安全等級評價報告。

4 聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器無損檢測中的應(yīng)用

聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器檢測中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在四個方面的檢測，分別是裂紋擴(kuò)展檢測、機(jī)器摩擦聲檢測、焊接殘余的檢測以及壓力容器關(guān)聯(lián)性檢測，通過對這四個方面的具體闡述進(jìn)一步深入了解聲發(fā)射技術(shù)在這四個方面檢測的優(yōu)勢，切實提高壓力容器的質(zhì)量，減少事故的發(fā)生。

4.1 裂紋擴(kuò)展檢測

聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器檢測方面的應(yīng)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(zhǔn)確性，而裂紋擴(kuò)展檢測就是其重要應(yīng)用之一。壓力容器在工業(yè)生產(chǎn)中的作用就是通過加壓實現(xiàn)生產(chǎn)，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(dǎo)致磨損，從而導(dǎo)致壓力容器內(nèi)部出現(xiàn)裂痕，影響壓力容器使用的安全性，進(jìn)而影響壓力容器的正常使用。通過聲發(fā)射技術(shù)可以對壓力容器的使用情況進(jìn)行全方面的檢測，可以及時反饋檢測過程中的異常數(shù)值，從而判斷壓力容器出現(xiàn)裂紋。

4.2 機(jī)器摩擦聲的檢測

聲發(fā)射技術(shù)還可以用于機(jī)器摩擦聲的檢測，具有較好的效果，一般而言，聲發(fā)射技術(shù)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(jìn)行圖像分析，對壓力容器使用過程中的磨損情況進(jìn)行有效判斷，判斷壓力容器是否有必要立刻進(jìn)行維修等。聲發(fā)射技術(shù)在機(jī)器摩擦方面的檢測安全性以及檢測質(zhì)量大大提高，通過對檢測聲波的數(shù)值變化的觀察和分析，對壓力容器進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，從而有利于提高生產(chǎn)效率，促進(jìn)我國工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4.3 焊接殘余的檢測

壓力容器的材質(zhì)一般都是鋼材材質(zhì)，可以通過聲發(fā)射技術(shù)中聲波的應(yīng)變值變化判定壓力容器內(nèi)部焊接處的殘余部分是否存在損耗，了解壓力容器的應(yīng)用情況。運(yùn)用這一技術(shù)主要是因為焊接處的應(yīng)用材質(zhì)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(fù)使用過程中可能存在斷裂的風(fēng)險，這也就無疑增大了壓力容器應(yīng)用的危險。而利用聲發(fā)射技術(shù)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(jìn)行安全性檢測，查看其是否符合安全生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，這也為工業(yè)生產(chǎn)中壓力容器的安全使用提供先進(jìn)的技術(shù)支持和保障。

4.4 壓力容器關(guān)聯(lián)性檢測

工業(yè)生產(chǎn)過程中，壓力容器作為重要的生產(chǎn)工具之一，其作用不容忽視，而聲發(fā)射技術(shù)可以通過壓力容器的關(guān)聯(lián)性檢測檢查壓力容器的質(zhì)量，為壓力容器無損檢測提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。壓力容器關(guān)聯(lián)性檢測主要是對形成應(yīng)變值和屈服值的檢測數(shù)值進(jìn)行合理分析，形成壓力容器的檢測數(shù)值的關(guān)聯(lián)性分析，合理把握壓力容器與聲波信號之間的關(guān)聯(lián)性，從而便于分析壓力容器無損檢測中的各項參數(shù)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

5 聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器中無損檢測的應(yīng)用效果和發(fā)展趨勢

5.1 聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器中無損檢測的應(yīng)用效果

一般情況下，材料的性能和缺陷危害程度以及應(yīng)力水平關(guān)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(yīng)力大小的評價和分析進(jìn)行壓力容器缺陷危害問題的判斷，并據(jù)此確定壓力容器缺陷的大小、性質(zhì)和危害程度，這是壓力容器正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前不可缺少的一個環(huán)節(jié)。聲發(fā)射技術(shù)作為動態(tài)無損檢測技術(shù)，以其動態(tài)性、經(jīng)濟(jì)性、實效性和整體性的特點而廣泛應(yīng)用于壓力容器的無損檢測中。壓力容器的檢測標(biāo)準(zhǔn)我國已經(jīng)有了相應(yīng)的規(guī)范，要嚴(yán)格按照規(guī)定執(zhí)行。根據(jù)有關(guān)研究可以發(fā)現(xiàn)，利用聲發(fā)射技術(shù)與應(yīng)力測定兩種相結(jié)合的檢測方式更能夠提升對壓力容器檢測的準(zhǔn)確度。

5.2 聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器無損檢測中的發(fā)展趨勢

隨著聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，在壓力容器中無損檢測的應(yīng)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(fā)射技術(shù)是壓力容器進(jìn)行無損檢測的重要發(fā)展方向。聲發(fā)射技術(shù)在金屬壓力容器檢測中的應(yīng)用處于世界領(lǐng)先地位，在進(jìn)行無損檢測方面具有傳統(tǒng)檢測方法所不可比擬的優(yōu)勢，但是評價標(biāo)準(zhǔn)的可操作性還沒有達(dá)到令人滿意的程度，比較難以根據(jù)聲發(fā)射技術(shù)判斷裂紋等危險性缺陷，無法對壓力容器進(jìn)行完整評價。與此同時，壓力容器的材質(zhì)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(fù)合材料的應(yīng)用，以便進(jìn)一步提升壓力容器的各項指標(biāo)。在未來，應(yīng)該進(jìn)一步完善聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器中的應(yīng)用，尤其是不同材質(zhì)壓力容器中的應(yīng)用效果，聲發(fā)射技術(shù)要能夠適應(yīng)壓力容器材質(zhì)的變化，不斷提高檢測的準(zhǔn)確性。

6 結(jié)語

綜上所述，聲發(fā)射檢測技術(shù)是隨著科技的發(fā)展而出現(xiàn)的，其在工業(yè)壓力容器無損檢測中有著廣泛的應(yīng)用，尤其是在壓力容器的安全使用方面發(fā)揮著不可替代的作用。但是也不可避免地出現(xiàn)一些問題，比如，存在難以判定壓力容器缺陷形態(tài)等，這就會影響壓力容器無損檢測的結(jié)果。因此，新的發(fā)展時期，要不斷加大對聲發(fā)射技術(shù)的研究，進(jìn)一步深入其在壓力容器無損檢測中的應(yīng)用，不斷完善檢測方法，從而使壓力容器無損檢測的結(jié)果更加準(zhǔn)確，讓壓力容器的質(zhì)量也更有保障。