声发射动态无损检测技术探究

声发射动态无损检测技术探究

郑伟康喜

浙江省工业设备安装集团有限公司浙江杭州310001

摘要：本文简要阐述了声发射检测技术的概念和基本原理，分析了声发射检测技木的特点和应用领域，并结合工程说明了整体快速检测、动态或在线检测的运用。

关键词：声发射；无损检测；在线；离线

1声发射的概念

声发射是一种常见的物理现象，是来自于材料内部由于突然释放应变能而形成的一种弹性应力波。材料中裂纹的开裂与扩展、断裂、应力再分配、撞击及摩擦等都可以释放这种应变能。在腐蚀过程中氢脆裂纹的产生及腐蚀引起的断裂和分层也产生声发射，各种材料声发射信号的频率范围和幅度范围很宽，通常情况下，来自压力容器、管道及储罐等的声发射信号强度很弱，频率也很高，人耳不能直接听见，需要借助于灵敏的电子仪器才能检测出来。利用仪器探测、记录、分析声发射信号，进而推断声发射源、对被检测对象的活性缺陷情况评价的技术称为声发射检测技术。

2声发射检测的基本原理

来自声发射源的弹性应力波不仅在它所产生的材料内部传播，也能传到材料表面并沿表面传播，直至其能量完全衰减为止。通过按某种阵列耦合在材料表面上的声发射传感器来接收这些信号，并对其进行放大、滤波、处理和分析，以确定声发射源的部位、严重性级别，进而达到对被检结构的安全性做出评价的目的。

3声发射检测技术的特点

3.1动态检验。探测到的声发射信号能量来自于声源本身，而不是像超声或射线探伤方法那样由检测仪器提供。

3.2检测的是“活性"缺陷，对线性缺陷更为敏感。在承载条件下不“活动”的静缺陷检测不到，事实上，只有活性缺陷才是最危险的缺陷。

3.3检测速度快。通过一次试验过程，就可对整个结构的缺陷情况进行整体检测和评价。可提供缺陷随载荷、时间、温度等外变量而变化的实时或连续信息。对于特别重要的结构、不便于停产的设备或“带病'运行的设备等可进行运行条件下的在线监测，做到早期或临近破坏的预报，以保证其安全运行。

3.4检测时与被检结构的接近程度要求不高。传感器安装在被检结构的外表面，信号可被传输到几十至几百米外的声发射仪上。因而更适用于难于或不能接近环境下的检测，如高低温、核辐射、易燃易爆及极毒等环境。

3.5对于被检结构的几何形状不敏感。适用于其它方法检测受到限制的形状复杂的结构。

3.6在役压力容器的定期检验，声发射检验方法可以大大缩短停产检修时间，一般不需要开罐，可直接进行耐压试验、声发射检验同步完成。

3.7声发射检测一般只能给出声源的部位、活性、强度及严重性级别，不能明确给出缺陷的性质和大小。通常对“超标"声源需再进行局部常规无损检测方法复验。

3.8声发射检测一般需要在加载过程中同步进行。有时易受到外来干扰信号或噪声的影响，但通过设置仪器的软硬件滤波功能和数据的事后分析处理可以有效地解决。

4声发射检测技术的应用领域

4.1在用压力容器及压力管道的声发射检测

在压力容器的运行过程中，许多到了检验周期但由于生产工艺的限制不能停产，而声发射检测技术是目前较成熟的在线无损检测方法，采用声发射检测技术进行在线监测，可及时对压力容器的安全性进行评价，从而决定是否延长压力容器的检验周期。这样，一方面及时排除了压力容器带缺陷运行的事故隐患，避免了恶性事故的发生，确保压力容器的安全运行；另一方面可大大缩短压力容器的检验周期，并减少盲目返修和报废压力容器所带来的损失。

4.2立式储罐底板的声发射在线检测

传统的储罐罐底腐蚀检测通常都是离线检测，需要停工置换、清理罐底、逐点扫描式检查。尽管这些定期例行检测可以避免一些腐蚀引起的泄漏事故，但检测的费用高、时间长，例如大罐的全部检修操作过程就可能要超过30天。而在例行开罐检查的储罐中，约有一半以上的储罐罐底是不需要立即维修的“好”罐，这就意味着在人力、物力和生产时间上造成了浪费。实际上，对于一些储罐公司来说，做如此大批量的清罐检查往往受到费用或时间的限制，而采用抽查的办法，这客上造成了漏检的可能性，埋下了安全隐患。储罐罐底采用声发射检测方法则是一种在线、高效、经济的方法，大型立式储罐罐底的声发射在线检测技术是近年来开发出来并己得到应用的新技术，具有良好的应用前景。储罐罐底的声发射检测过程非常简单和方便，可在不开罐的条件下，通过在储罐罐底附近的筒体外壁沿圆周方向布置一定数量的传感器，就能在1~2个小时内对罐底是否有泄漏以及腐蚀损伤情况做出判断，并能对泄漏的位置和严重腐蚀的区域进行定位，最终对储罐的安全性等级做出评价。

储罐罐底的声发射检测方法与上述的压力容器的声发射检测方法有所区别。通常储罐罐底尺寸较大，且除边缘外其它地方不能接近，腐蚀信号强度相对较弱，这就需要使用中心频率较低的传感器来接收由罐底腐蚀引起的声发射信号，这些信号可通过油等介质传播到数十米远的地方。由于一个声发射源信号可被几个不同的声发射传感器接收到，因而可以根据接收时差对声发射源进行定位计算。

根据罐底腐蚀情况可将储罐腐蚀状况进行A~E的5级分类。每个等级都有相应的维修处理方法，具体见表1。

大量的国内外检验经验表明，大部分到定检周期的储罐不需要立即维修。超过50%的罐为不必立即维修的A类、B类罐，这意味着占总数50%以上的A类和B类罐不需要开罐而可继续投入使用。需进一步采取行动的只是C~E级罐，优先维修的计划可基于C~E等级及维修费用。基于这种策略所带来的经济效益是非常可观的。

4.3新制造压力容器的声发射监测

在容器出厂前的耐压试验过程中同步进行声发射检验，能够及时发现可能的漏检活性缺陷，并能够及时发现和防止加压过程中容器可能出现的意外损伤或破坏，因而可提高检测的安全可靠性，确保新制造容器设备的高质量，从而也提高了产品的竞争力。

5声发射检测步骤

5.1耐压试验准备和声发射检测准备，后者包括检测方案和设备器材准备。

5.2布置换能器和校准声发射仪器。包括确定使用通道数；换能器布置方式和位置；施加耦合剂；固定换能器；用模拟声发射检查和校正耦合质量、信号衰减特性、换能器间距、各通道增益、源定位精度，根据背景噪声调整门槛电压。

5.3升压并进行声发射检测。试验应尽可能采用两次加压循环过程。在升压和保压过程中应连续测量和记录声发射各参数，声发射检测参数至少应包括以下三个参数：声发射事件数、声发射源位置、声发射信号的幅度。

5.4检测结果的分析与评价。按活度和强度划分声发射源的等级，并确定源的综合等级。

6声发射信号特征数据

6.1活度：是指声发射源的事件数随着加压过程或时间变化的程度。分强活性、活性、弱活性、非活性四级。如果事件数随着升压或保压呈快速增加时，则认为该部位的源具有强活性；如果在升压和保压过程中事件数是离散的或间断出现，则认为该部位的源弱活性或非活性的。

6.2源的强度：用能量、幅度或计数参数来表示。声发射信号的幅度Q与材料特性有关，标准规定，对16MnR，Q>80dB为高强度源，60dB≤Q≤80dB为中强度源。

6.3声发射源的等级：源的综合等级根据活度和强度分为6级。其中A级声发射源不需复验，B、C级由检验人员决定是否复验，D、E、F级声发射源必须采用常规无损检测方法复验。

参考文献

[1]李少飞.在压力容器无损检测中声发射技术的运用[J].城市建设理论研究:电子版,2016(1).

[2]梅明星.基于声发射技术的损伤检测应用研究[D].东南大学,2016.