声发射技术在锅炉压力容器检测中的应用

一、声发射技术的发展现状

20世纪70 年代中期由机械研究所开展了压力容器的声发射检测。20世纪80 年代中国特种设备检测研究中心对压力容器的声发射检测和评定方法进行了较深入的研究 ,开展了复合材料压力容器的声发射特性研究及检测应用工作。进入20世纪90年代至今,声发射技术在我国的研究和应用呈快速发展的趋势。至今,许多技术监督系统锅炉压力容器检验所购买了多通道声发射仪开展压力容器的检验工作。2003 年 8月国家质量监督检验检疫总局颁布检测机构管理规定将声发射检测技术作为压力容器检测常用的无损检测方法之一，并设置专业的无损检测公司可以从事压力容器的声发射检测工作。自此，压力容器的声发射检测工作已正式纳入我国的特种设备安全监察法规体系，得到政府的正式认可。

二、声发射技术的性质

声发射概念：

在应力到达塑性域时，声发射的频率会迅速增加，达到最大值之后又会逐渐的减少。通常情况下认为产生声发射的原因是错位移动引起的，当需要检测的锅炉容器出现了裂痕，在裂痕的顶部会有集中应力的产生，导致这个部位更早于其他部位进入到塑性域从而产生声发射。应当在锅炉容器上事先制造裂痕数毫米然后进行伸拉的实验，切好的裂痕包括四种，其中最长裂痕的锅炉容器处于最小载荷情况下就产生了断裂。这样表明因为裂痕影响，物体在几分之一的极限荷载下发生断裂。此时产生的声发射振幅就会增加，并且会随着裂痕的扩张而有所间断。

三、声发射技术的检测方法

通常的无损常规检测方法一般都只是对静态进行检测，而在锅炉压力容器中存在的最危险的隐患通常是发展中的缺陷，声发射检测是在金属材料在应力作用之下发生变形塑性和扩展缺陷时，产生物理现象的声信号。信号的采集和分析使用换能器多通道同时使用电子现代处理技术，进而获得加载部件中的信息动态缺陷。使用声发射监听设备，定位检测材料结构中的动态缺陷。这样对结构的完整性进行评测。声发射技术不同于其他的探视方法，必须在缺陷部位的附近进行逐一扫描，主要是依靠几个固定不变的传感器对整个设备进行比较完整的测定。此方法最显著的优势是可以随时进行在线检测。

实际上，锅炉压力容器事故大多是因缺陷所引发的。有效的检验焊接缺陷和评定缺陷在一定程度上对容器压力进行了检测。正常的检测容器压力的方法是焊接无损全面检测和探伤超声波等。一般情况内部焊接探伤不能少于X射线内缝的20%，有时甚至要对其进行100% 无损检测，并且对焊接存在的缺陷部位进行断裂力学评定，这项工作往往需要较大的工作量并且需要较长的检测时间。声发射技术检测时发出信号是由换能器的多通道对受压部件产生受载时材料内部缺陷变形现象所发出，进而对这些信号实行搜集和整理，最终获得信号产生的缺陷参数。例如应力的波幅大小，个数或次数以及应力缺陷的部位，出现应力缺陷的荷载等，最终达到评定缺陷的目的。因为声发射技术能对焊接缺陷实行全面的定量定位，同时声发射检测速度较快，资金较低，声发射已发展成为压力容器缺陷检测的重要手段之一。

声发射检测技术经常和压力容器水压试验过程同时进行，这样是为了确定发展性焊接缺陷有可能出现的区域。第一步检测需要的时间大概是水压试验需要的时间。检测结果得出的数据在计算机硬盘中进行保存，同时在容器壳表体上对发射源的位置进行预测。因为声发射检测利用计算机来控制自动缺陷数据采集，数据的可靠性较高，人为因素造成的干扰小，数据可以长期进行保存。结果表明了对查出的声发射源定位性能极佳。在我国声发射检测技术被广泛的用于检测压力容器方面。一些研究声发射技术机构将发射技术进行了引进、消化、吸收、研究和应用，最终目的是采用高新技术，将压力容器现场检验的劳动量进行改进，更快、更好地服务于广大用户。声发射在受载状况下，主动对材料内部缺陷进行信息反映，无需使用探头在被测的表面进行扫描,这种方式将传统无损检测方法的被动检测变为主动检测。从检查范围来看，声发射是全方位进行的检测,，缺陷位置和方向不会影响声发射对缺陷的检出率。声发射检测是一种动态无损检测，它同应力相结合，在应力的影响下，能够判断这个缺陷的严重性。

四、声发射技术的检测机理

了解现场压力容器的声发射源特性是进行压力容器声发射信号源分析和解释的基础,通过对声发射检验数据的综合分析，以及对发现的声发射源进行的常规无损检测复验结果，现场压力容器声发射检验可能遇到的典型声发射源分为七类，以下介绍这些声发射源产生的部位和机理。

压力容器焊缝上表面裂纹及内部深埋裂纹的尖端塑性形变钝化和扩展而产生声发射信号。压力容器焊缝内存在的气孔、夹渣、未熔合和未焊透等缺陷的开裂和扩展及非金属夹渣物的断裂可产生声发射信号。容器外部脚手架的碰撞、内部塔板、外部保温及平台支撑等部件均可产生机械摩擦声发射信号。另外,立式容器的裙座和卧式容器的马鞍型支座均由垫板连接容器壳体和支撑板，一般垫板与容器壳体采用全部或部分角焊缝焊接。在加压过程中，垫板与壳体膨胀不一致引起的摩擦可产生大量的声发射信号。对于新制压力容器。首次加压易出现此类信号;对于在用压力容器, 焊缝返修部位易出现此类声发射源。另外容器的裙座、支座、支柱和接管等角焊缝部位易产生焊接残余应力和应力集中。在升压过程中应力的重新分布可产生大量声发射信号。在气压或水压试验过程中容器上接管、法兰、人孔以及缺陷穿透部位的泄漏,可产生大量的声发射信号。长期使用的钢制压力容器,在内外部均易产生氧化。有时内部介质腐蚀性严重、外部环境潮湿、酸雨和海风等可产生较严重的腐蚀，在水压试验过程中,这些氧化皮的破裂剥落过程会产生大量的声发射信号。

五、发展趋势

现在使用的压力容器在设计、制造、检验和使用等环节的严格管理下，已很少发现较严重的缺陷,因此在保证压力容器安全运行的情况下，如何延长压力容器的运行周期，并且尽量缩短检验的时间，是广大压力容器用户最关心的问题。由于声发射技术的优点, 因此声发射检测技术在在用压力容器在线监测方面拥有巨大的应用市场。由于在线运行的压力容器在大多数情况下无法对发现的声发射源进行常规无损检测方法复验。因此压力容器声发射源性质的识别和危险程度的确定的研究和完善必然是压力容器声发射检验技术的发展方向。

六、结束语

声发射检测是无损检测的新技术，作为在役压力容器定期检验的一种主要方法是非常有效和完全可行的。这种技术能满足在设备运行状态下，及时对设备进行检测，及时发现事故隐患，进可能降低设备的事故危险。我们应该大力推广这一高新技术，使声发射检测这一方法更广泛地应用到我们的检验工作中。提高检验、检测水平及效率，确保设备的安全和正常运行。