压力容器检验中的声发射检测技术方法探讨

郑旭

摘 要：为满足我国经济增长要求，石油、化工等行业获得了重要的发展机遇，而压力容器作为其中必要的设备也因此获得了广泛应用。作为承压类特种设备的一种，压力容器的安全性与可靠性是衡量压力容器质量的关键，因此，声发射检测技术在压力容器校验过程中具有极为重要的作用。鉴于此，文章从声发射检测技术的基本原理为切入点，对其技术特点以及其在压力容器检测中的应用进行详尽探讨，以供专业人士借鉴与参考。

关键词：声发射检测技术；压力容器；检验应用

引言

在化工、石油以及食品等领域均会使用到压力容器，由此可见，压力容器作为特种设备与我国经济以及民生经济的发展有着极为紧密的联系。此外，由于压力容器使用环境恶劣，并且其内部介质具有腐蚀性高、剧毒等特点，所以若压力容器出现质量问题，不仅会破坏环境，而且会对生命与财产造成难以预估的风险。因此，为提升压力容器的安全性，使用声发射检测技术对压力容器进行检验就显得尤为重要。

1 声发射检测技术的基本原理

借助耦合在材料外部的压电陶瓷探头，将声发射源放置在材料内部，从而将弹性波转化为电信号，随后将电信号用相应电子设备放大和处理，待其特性化后便可对信号进行记录与显示，最终得出材料内部声发射源的特征参数与波形图，整个流程便是声发射检测技术的基本原理。材料内部是否存在缺陷可以通过分析检测过程中声发射仪器获得的各种特征参数与波形分析出来。若声发射检测系统为多通道，材料内部的具体缺陷位置便可以分析出来。因此，声发射检测技术可以定义为用仪器探测、记录声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术。作为一项动态无损检测措施，声发射技术可以与射线、超声、磁粉以及渗透等无损检测区分开来，属于比较前沿的一项无损检测新技术。

2 声发射检测技术的特点

在钢制压力容器的无损检测措施中，声发射技术由于可以动态检测活动性缺陷，所以其已经成为目前最为重要的检测措施。其中，声发射技术与其他传统无损检测技术相比，其具有以下特点：

（1）由于声发射检测方式为动态检测，所以被测物体是声发射探测到的能量主要来源。

（2）声发射检测技术可以准确的判断线性缺陷，所以在外加结构的应力下，声发射检测方法可以对结构中的缺陷情况准确判断。

（3）声发射试验可以对整个结构中的缺陷加以探测以及评价。

（4）随着时间、温度以及载荷等外界条件的变化，声发射检测可以以此变量提供出相应的连续信息，从而使其适用于预报早期或临近破坏预报和工业过程在线监控。

（5）声发射检测对被检件无特殊要求，可在毒性高、核辐射以及高温等特殊环境下完成检测工作。

（6）声发射检测允许设备可以在线检测，不需要停产或缩短检测的停产时间。

（7）声发射检测技术可以避免由于连续缺陷而引发的系统灾难性失效以及无需设定系统的最高压力。因此，声发射检测技术与其它传统检测措施相比有着更好的适用性以及科学性。然而，声发射检测技术与其他常规无损检测一样存在着局限性，需要彼此进行补充。

主要原因为：

（1）外部信号的干扰极易影响声发射检测的准确性，因此在进行声发射检测前需要对噪声信号进行分析与屏蔽。

（2）加载合适的程序是声发射检测的必要条件，加载工作需根据实际情况进行特别准备。

（3）聲发射检测只可判断声发射源内部缺陷的大小与性质，难以精准判断声发射源的强度、位置与活性。

3 声发射检测技术在压力容器检验中的应用

在检验压力容器过程中，声发射检测技术由于其所具有的优越性，使得其在压力容器检测领域有着不可或缺的作用，下面将对此进行细致阐述。

3.1 声发射技术在化工压力容器定期检验中的应用

当拉伸试件时，当材料的塑性变形区域与该拉伸应力相一致后，最大化的增加声发射的发射率，待其处于最大值后便会慢慢减小。通常来讲，产生这一现象的原因主要是因为材料的位错移动。与此同时，当裂纹或其他缺陷存在于被检压力容器时，应力集中于裂纹顶端，从而导致缺陷部位进行塑性变形区域的时间早于非缺陷部位，从而缺陷部位会先将声发射信号发射出去。因此，我们可以根据此类现象提早发现容器内部的缺陷情况。此外，在不断卸载以及加压材料后发现，当材料受到一定载荷力后，待其卸去荷载前，使其产生声发射信号，当二次加载值小于第一次加载前的这个时间内是无任何声发射信号生成的。因此，“凯赛尔效应”是一不可逆过程。鉴于此，当压力容器做完水压试验后，当有要求进行二次水压时，如果水压压力小于设备工作状态下的最高压力，则声发射信号是不会发出的，所以有检测疏漏情况的发生。因此，为避免漏检的情况的发生，需要压力容器的设计压力应小于加载试验的压力。此外，在长时间使用压力容器后，会存在一些难以避免的腐蚀裂纹以及疲劳裂纹情况，所以声发射信号不会在压力低的情况下出现。因此，声发射检测技术可以在对压力容器的常规水压试验中采用，以便检查其是否存在裂纹的扩展信号。

3.2 声发射技术在核电站压力容器中的应用

随着世界各国对保护生态环境的意识加强以及迎合能源大量需求的要求，核电站正成为未来能源领域的发展核心。然而，核电站对安全性有着更为严格的要求，若有安全事故发生，所造成的灾难性后果将会是难以想象的。因此，反应堆中压力容器的可靠性与安全性将会是未来核电站所应注意的问题。采用声发射在线监控系统可以实时评价与检测核反应堆中的压力容器。

其中，声发射检测在以下几方面得以体现：

（1）监测核压力容器及回路系统的水压试验。

（2）监测定期检修后的水压试验。

（3）监测放射性物质的泄露。

（4）监测紧急事故下的对热冲击。

（5）在线实时监测其他关键位置。

核反应堆压力容器的运行情况可根据声发射监测数据进行整体分析与评估，从而第一时间防止严重事故的发生。

4 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。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，以提高检验、检测水平及效率，确保设备的安全和正常运行。随着工艺技术发展，结构复杂、运行条件苛刻的压力容器将会越来越多，这对检测技术和水平必然提出更高的要求，为适应这一快速发展的需要，开展声发射检测技术在压力容器检测中的应用研究已经成为一种势在必行的趋势。

参考文献

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