1．引言
聲發(fā)射檢測AE(ACOtstic Emission)是利用缺陷在受載過程中發(fā)射瞬態(tài)彈性波的原理，應(yīng)用聲發(fā)射探頭將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)行缺陷檢測、定位和活性分析的技術(shù)方法。20世紀(jì)60年代初，Green等人首先開始了聲發(fā)射技術(shù)在無損檢測領(lǐng)域方面的應(yīng)用，Dunegan首次將聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于壓力容器檢測方面的研究；20世紀(jì)70年代，隨著Dunegan等人研制成功現(xiàn)代多通道聲發(fā)射檢測儀器系統(tǒng)，聲發(fā)射技術(shù)在化工容器、核容器和焊接過程控制方面的應(yīng)用取得了初步成功。通過四十多年的發(fā)展，目前聲發(fā)射技術(shù)已成為成熟的無損檢測手段，在國內(nèi)外壓力容器檢驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用。
2．聲發(fā)射檢測的基本原理
從聲發(fā)射源發(fā)射的彈性波最終傳播到達(dá)材料的表面，引起可以用聲發(fā)射傳感器探測的表面位移，這些探測器將材料的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后再被放大、處理和記錄。固體材料中內(nèi)應(yīng)力的變化產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)，在材料加工、處理和使用過程中有很多因素能夠引起內(nèi)應(yīng)力的變化，如位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、孿生、裂紋萌生與擴(kuò)展、斷裂、無擴(kuò)散型相變、磁疇壁運(yùn)動(dòng)、熱脹冷縮、外加負(fù)荷的變化等等。人們根據(jù)觀察到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行分析與推斷以了解材料產(chǎn)生聲發(fā)射的機(jī)制。
聲發(fā)射檢測的主要目的是：(1)確定聲發(fā)射源的部位；(2)分析聲發(fā)射源的性質(zhì)；(3)確定聲發(fā)射發(fā)生的時(shí)間或載荷；(4)評(píng)定聲發(fā)射源的嚴(yán)重性。一般而言，對(duì)超標(biāo)聲發(fā)射源，要用其他無損檢測方法進(jìn)行局部復(fù)檢，以精確確定缺陷的性質(zhì)與大小。
3．聲發(fā)射檢測實(shí)例
油田某凈化站4臺(tái)200m3。液化石油氣球罐，在全面檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁均已出現(xiàn)不同程度的鼓泡，通過超聲波抽查、硬度測試、金相檢驗(yàn)、鋼板化學(xué)成分分析、鼓泡內(nèi)氣體取樣及化驗(yàn)、液化氣與灌底凝結(jié)水取樣化驗(yàn)等方法分析得知：這些球罐內(nèi)壁的鼓泡是由于液化石油氣中的H2S含量過高，同時(shí)含有水分，從而產(chǎn)生大量吸附在球罐內(nèi)表面的原子態(tài)氫，這些氫由于體積很小而進(jìn)入金屬內(nèi)部，且在內(nèi)部夾渣物、分層等原始冶金缺陷處聚集，并復(fù)合成分子態(tài)氫H2，體積膨脹，再隨著聚集量的增多而產(chǎn)生巨大的壓力，使金屬從這些缺陷處開裂、分層，最終產(chǎn)生鼓泡現(xiàn)象。為進(jìn)一步確定這些在役含缺陷球罐能否繼續(xù)安全使用，可繼續(xù)安全使用的壓力范圍，制訂了以聲發(fā)射檢測為指導(dǎo)，通過常規(guī)無損檢測手段復(fù)驗(yàn)，找出可繼續(xù)安全運(yùn)行的工作壓力范圍的方案。
3．1 檢測實(shí)施
(1)球罐技術(shù)參數(shù) 設(shè)計(jì)壓力：1.6MPa；設(shè)計(jì)溫度：50℃；容積：200m3；材質(zhì)：16MnR；壁厚：30mm；介質(zhì)：液化石油氣；支柱數(shù)量：6；公稱直徑：7100mm；操作壓力：≤1.2MPa；操作溫度：≤40℃；投用日期：1983年1月。
(2)聲發(fā)射檢測儀的主要參數(shù)檢測儀器為聲華sDAES的15通道數(shù)字聲發(fā)射檢測系統(tǒng)，濾波帶寬為(100～300)kHz，聲發(fā)射信號(hào)峰值定義時(shí)間為1000μs，通道撞擊定義時(shí)間為2000μs，撞擊閉鎖定義時(shí)間為2000μs。主要參數(shù)如下：
前放增益：40dB；探頭型號(hào)：SRl50；前置放大器型號(hào)：PA—I；門檻值：40dB；耦合劑：真空樹脂；模擬信號(hào)源：采用Ф0.5mm，硬度為HB的鉛筆芯折斷信號(hào)作為模擬源。
(3)探頭布置方案 本次檢測需布置2圈，每圈5只，上下極板各布置1只，共計(jì)12只傳感器，采用球面展開的三角形定位對(duì)球罐進(jìn)行整體監(jiān)測，罐體結(jié)構(gòu)、探頭布置方案如圖1、2所示。
一次升壓：勻速升壓至最高工作壓力P(1.2MPa)，保壓lOmin；保壓結(jié)束后勻速升壓至試驗(yàn)壓力P2(1.5MPa)，保壓10min，降至P(1.2MPa)；
二次升壓：由P(1.2MPa)勻速升壓至P1(1.45MPa)，保壓10min，卸壓。
3．2 檢測過程
在確定了加壓程序、布點(diǎn)方案及布點(diǎn)完畢后，開始進(jìn)行水壓試驗(yàn)條件下的聲發(fā)射檢測。僅以具有代表性的2#球罐為例加以說明。試驗(yàn)各階段的聲發(fā)射源總圖見圖4～圖6。
在試驗(yàn)過程中，當(dāng)壓力小于1.2MPa時(shí)，聲源信號(hào)較為分散，且幅值較低，未發(fā)現(xiàn)高幅值的集中聲源。當(dāng)壓力升至1.2MPa時(shí)，信號(hào)增多，能量急劇增高，在鼓泡部位所在定位三角區(qū)出現(xiàn)了大量較為密集的低幅值信號(hào)，幅值集中于(40～50)dB，撞擊數(shù)為10～20，持續(xù)時(shí)間較長，停止升壓，保壓10min進(jìn)行監(jiān)測，并對(duì)周圍環(huán)境可能存在的干擾因素進(jìn)行排除。保壓結(jié)束，自1.2MPa繼續(xù)升壓至1.5MPa，期間，出現(xiàn)集中信號(hào)的部位明顯減少，且信號(hào)幅值和能量水平降低。對(duì)鼓泡所在的探頭陣列進(jìn)行分析,未發(fā)現(xiàn)集中的定位聲源信號(hào)，僅有一些零散的低幅值信號(hào)，表明鼓泡處未產(chǎn)生嚴(yán)重的裂紋等缺陷。升壓至1.5MPa結(jié)束，保壓10min后卸壓，進(jìn)行二次升壓及保壓。
距鼓泡部位較近的10#探頭處，在第一次升壓過程中曾出現(xiàn)較集中的定位信號(hào)，幅值在50dB左右，但在此后的各個(gè)過程中該處信號(hào)未再出現(xiàn)。卸壓后對(duì)該部位信號(hào)的定位校準(zhǔn)表明，該處是球殼體的對(duì)接焊縫，無損檢測復(fù)驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷。鼓泡部位在二次升壓和保壓過程中均未出現(xiàn)集中的定位信號(hào)。
3．3 檢測結(jié)果分析
材料的受載歷史，對(duì)重復(fù)加載聲發(fā)射特性有重要影響。重復(fù)載荷到達(dá)原先所加最大載荷以前不發(fā)生明顯聲發(fā)射，這種聲發(fā)射不可逆性質(zhì)稱為凱賽爾(Kaiser)效應(yīng)。但是，重復(fù)加載前，如產(chǎn)生新裂紋或其他可逆聲發(fā)射機(jī)制，則凱賽爾效應(yīng)會(huì)消失。材料重復(fù)加載時(shí)，重復(fù)載荷到達(dá)原先所加最大載荷前發(fā)生明顯聲發(fā)射的現(xiàn)象，稱為費(fèi)利西蒂(Felicity)效應(yīng)，也可認(rèn)為是反凱賽爾效應(yīng)。
凱塞爾效應(yīng)和菲利西蒂效應(yīng)表明：(1)在材料未受到損傷的前提下，當(dāng)升壓達(dá)到以前所承受的最大載荷前，不出現(xiàn)聲發(fā)射信號(hào)；(2)對(duì)已發(fā)生損傷的材料，在低于以前所承受的最大載荷時(shí)就會(huì)發(fā)生顯著的聲發(fā)射。聲發(fā)射出現(xiàn)的應(yīng)力水平越低，說明材料受到的損傷越嚴(yán)重，該球罐最高工作壓力為1.2MPa。因此，我們把1.2MPa作為重點(diǎn)監(jiān)控的壓力范圍。
依據(jù)GB/T 18182—2000《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結(jié)果評(píng)價(jià)方法》，對(duì)整體檢測過程中出現(xiàn)的信號(hào)源進(jìn)行了評(píng)定，有意義的信號(hào)有兩處：2，6，7陣列內(nèi)信號(hào)及4，8，9陣列內(nèi)信號(hào)。根據(jù)信號(hào)在升壓、保壓過程中出現(xiàn)的頻率均被定為C級(jí)聲源[2]。按標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)信號(hào)密集處采用常規(guī)無損檢測方法進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，復(fù)驗(yàn)結(jié)果表明：2，6，7定位陣列內(nèi)的聲源為一處表面裂紋源，經(jīng)打磨消除；4，8，9陣列內(nèi)的聲源為球罐扶梯與罐體連接的角焊縫存在大量氧化皮而產(chǎn)生，去除氧化皮后，角焊縫處未發(fā)現(xiàn)其他缺陷。在聲發(fā)射試驗(yàn)中，當(dāng)壓力低于1．2MPa時(shí)，鼓泡部位信號(hào)較少，能量／時(shí)間較??；當(dāng)壓力高于1．2MPa時(shí)，該兩項(xiàng)指標(biāo)呈上升趨勢，但在二次保壓時(shí)鼓泡處相對(duì)安靜。根據(jù)凱塞爾效應(yīng)與菲利西蒂效應(yīng)，鼓泡處材質(zhì)沒有發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷，能夠保證在1.2MPa下安全使用。此前的金相檢測結(jié)果也表明：鼓泡處金相組織為鐵素體+珠光體，鐵素體晶粒度7～8級(jí)，與內(nèi)壁為鼓泡處及外壁對(duì)應(yīng)部位組織相同，在正常范圍之內(nèi)，也可說明材質(zhì)并未劣化。由此得出結(jié)論：(1)該液化石油氣球罐仍可安全運(yùn)行；(2)壓力低于1．2MPa時(shí)可保證安全運(yùn)行。因此，此液化石油氣球罐應(yīng)在壓力不高于1．2MPa的情況下監(jiān)控使用。
4．結(jié)束語
通過對(duì)該站液化石油氣球罐的聲發(fā)射檢測表明：聲發(fā)射檢測技術(shù)可以監(jiān)測缺陷的動(dòng)態(tài)發(fā)展情況，并找出使容器相對(duì)安靜的使用壓力，為常規(guī)無損檢測做出指導(dǎo)，大大縮短檢驗(yàn)時(shí)間，因此聲發(fā)射檢測技術(shù)在確定壓力容器的安全使用的條件中起到了關(guān)鍵性的作用。
聲發(fā)射檢測雖然能夠確定監(jiān)控使用的壓力，保證球罐的安全運(yùn)行，但對(duì)于鼓泡現(xiàn)象，應(yīng)該在了解成因和機(jī)理的基礎(chǔ)上采取有效措施如：在系統(tǒng)中增加脫氫裝置以控制介質(zhì)中硫化氫的濃度、對(duì)有修復(fù)價(jià)值鼓泡處理后作內(nèi)壁防腐涂層等，從根本上消除材料的氫脆現(xiàn)象，才是確保此類容器長周期安全運(yùn)行的主要途徑。
天沃-電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，與您資料共享！
