声发射技术在压力容器检验中的应用探索

李昌银

（湖北特种设备检验检测研究院襄阳分院，湖北 襄阳 441005）

压力容器是一种承载具有一定压力介质且空间密闭的设备，其所承载的介质一般具有易燃易爆、高腐蚀或高危害等特性，要想更好地使用压力容器，就要降低其危险性。加强检验质量是降低压力容器危险的有效手段，通过定期对压力容器进行全方位的检验，能够及时发现安全隐患，从而保证生产与使用过程的安全性。由于压力容器本身材质和结构十分特殊，在对其监测过程中，必须探寻无损检测的全新技术，而声发射技术是利用声发射源将弹性波发射到设备表面，借助声发射检测器监测声波的表面位移，进而将机械信号转化为电信号，通过分析判断电信号来判断压力容器监测其内部是否存在损伤。声发射技术固然对现阶段压力容器检验提供了良好的支持，但在实际应用过程中仍然存在很多困难，工作人员一定要在充分了解这项技术的基础上，探寻该技术在压力容器检验中的应用方法，借此快速及时地检测出压力容器的缺陷。

1 声发射技术的原理

在压力容器材料和结构在承受内部或外界压力时，会产生变形或开裂现象，这个现象发生过程中的应变能会以瞬时弹性波的特征表现出来，这种现象便称为声发射现象，其中发射应变能的部位就是声发射源。压力容器声发射源的产生原因有塑性变形、裂纹形成与扩展以及纤维增强复合材料的断裂等因素，但由于容器内瞬间释放因变量需要达到一定程度后才能被人耳听到，所以需要借助高精度设备才能将弹性波检测出来。声发射检测技术就是将声发射源释放出的在容器内部携带缺陷信息的弹性波转化为电信号，进而借助电子放大设备进行处理、显示和记录，最终详细了解容器的内部结构，除此以外，应用多通道的声发射系统能够及时检测出容器内部的缺陷并明确缺陷位置。不同于常规的静态无损检测方法，声发射检测技术是一种动态的无损检测方法，这是因为声发射的信号来源于容器缺陷本身，如果容器内部的缺陷处于静止状态，缺陷便不会发生变形或开裂，自然也就没有弹性能量波释放，这点与主动发射能量的超声、射线等检测方法存在差异。

2 声发射技术的优劣势分析

2.1 声发射技术的优势

声发射技术开发应用的时间不长，但在压力容器检验过程中却收获了良好的效果，因此，声发射技术是现阶段压力容器检测的主要技术。常规无损检测技术在对容器进行局部或全面检测过程中，存在一定的局限性，无法准确判断出容器内部的缺陷是否具有活性，因此检测出来的缺陷也无法有效判定其危害程度。特别是对于年代较为久远的压力容器，由于当时技术水平较低，制造出来的压力容器一般都具有一定的焊接缺陷，这些缺陷大多不具备活性，如果用传统的检测技术来判定，这些压力容器只能报废。实际上，这些不具备活性的缺陷并不影响压力容器的使用，由此带来的资源浪费是巨大的，加之传统检测设备实施工艺困难，在某些特殊工艺中需要停机检验压力容器，给企业带来了较大的经济损失。而声发射检测技术是动态的检测过程，相比传统的检测技术具有较大的优势，具体如下：（1）声发射技术的灵敏度较高，借助该技术可以对设备在外加应力过程中产生的缺陷进行探测，通过一次测量便可以全面地了解设备的所有缺陷，检测效果十分优越。（2）声发射技术可以探测设备缺陷随着温度和压力的变化而变化的情况，借此可以实时了解设备的内部缺陷数据，为设备的在线监控提供一定的便利。（3）声发射技术适用范围较广，由于声发射技术的声发射源来自设备本身的缺陷，其检测结构受到外界的影响相对较小，如此在一些恶劣环境中也可以准确地检测设备的安全性，减少了检测人员在检测过程中所受到的身体损害。除此以外，压力容器的形状与结构对声发射技术检测结构的影响较小，因此该技术可以应用各种复杂的压力容器安全检测。（4）声发射技术可以应用于压力容器的定期安全检验中，检测过程中可以在设备正常运行过程中进行，无须设备停机便可以真实地检测出压力容器的缺陷。（5）声发射技术在可以应用于压力容器的耐压试验中，借此有效预防压力容器出现的未知安全隐患，借此保证检验工作的安全性。

2.2 声发射技术的劣势

声发射技术在应用过程中也存在一定的劣势，主要体现在以下几个方面：首先，是机电的噪声会对声发射技术的检测结果造成一定影响，加之该技术在对具有声发射特性的材料进行检测时具有更高的敏感性，故此在该技术的应用过程中需要具备较高现场检验经验的工作人员开展，企业也需要具备高水平的数据库对检测数据进行处理与解释。其次，在声发射技术检测过程中，需要配合加载程序，在条件特殊的检验过程中需要提前准备，给检测工作带来一定的难度。最后，声发射检测并不能确定设备缺陷的基本性质和规格，在具体检验过程中，不仅需要反复实施，还需要借助其他检测技术配合，这也变相增加了检验人员的工作内容。

3 声发射技术在压力容器检验中的应用分析

随着现代社会的不断发展，压力容器的使用范围逐渐增大，极大程度地提升了我国的科技研发水平。然而，压力容器的制造与应用还存在一定问题，需要进一步对其性能与安全性进行优化，因此对压力容器进行检验是十分重要的。声发射技术作为压力容器检验的关键技术，对压力容器的安全性提升有着重大意义。现代部分研发企业对声发射技术进行了进一步优化，使得声发射检测系统的运行状态更加良好，下面是对声发射技术在压力容器检验过程中的应用。

3.1 声发射技术在压力容器检验中的具体过程

声发射技术的具体应用过程如下：首先，做好检验前的准备工作，制定好检验方案。检验人员需要对压力容器的具体情况进行详细了解，据此选择合适的声波发生器，使得检测设备符合检验要求。另外，检测人员确定检测任务和检测方案，确定检测所需的设备、配件、工具等内容，在正式检测前对设备进行标定。其次，制定检验工作程序。工作程序具体如下：（1）检测人员根据检测方案确定压力容器安全检测过程中传感器的安装位置，清晰地标明各通道的序号，让检验人员更加清楚地观察到传感器的方位和大小。需要注意的是，传感器的安装位置需要具备代表性，对于压力容器的焊缝位置可选择三角形布置方式，借此全方位地展示出压力容器的整体情况。（2）根据传感器的安装位置对计算机中的设置文件进行修改，确保传感器的数量与布置位置能够全方位展示压力容器的内部情况。（3）按照操作规范正确连接检测设备并对其进行标定。（4）在检测开始后，检测人员应该在测试过程中对设备进行定期标定，结合采集的数据对设备进行调整，借此保证数据采集的准确性。（5）检测结束后，对设备进行再次标定，将检测的原始数据进行记录整理，进而给出检验报告。（6）对检测数据进行进一步分析，定位出容器的缺陷位置。检验人员根据检测报告数据获取容器内部缺陷信息，通过分析得出缺陷的具体位置。通过定期地对压力容器进行系统检测，能够有效推动压力容器的规范使用，确保容器能够时刻处于良好的运行状态。

3.2 借助声发射技术评定压力容器的缺陷

评定压力容器的缺陷可以借助声发射技术实现，检测过程如下：首先，让压力容器停产并倒空容器，在不开罐的情况下，对其进行耐压检验，进而进行声发射检验，借助声发射检验结果分析出压力容器中活性声发射源部件。进而对声发射源部件进行复查，在这个过程中，借助其他无损检测手段对容器进行全面检测，借助超声波技术、宏观检测等技术判断压力容器是否存在缺陷，在排除干扰声的影响后，可以准确排除干扰声来准确定位压力容器活性缺陷。进而借助磁粉检验压力容器的焊接处，借助声发射技术检验来排除非活性裂纹。其次，结合操作流程对压力容器的内外表面进行超声波和宏观检测，得到压力容器壁厚的详细参数，进而借助声发射技术发现的超标缺陷，判断出压力容器是否存在非活动性的缺陷，从而尽早处理缺陷。最后，在对压力容器安全检验完毕后，检测人员要对压力容器进行二次耐压测试和气密性测试，结合检测数据给出最终的安全评定报告，判断压力容器的安全等级。总体来讲，应用声发射技术进行检测能够让整个安全检验过程更为便捷，提高压力容器安全检验质量，同时也能有效降低检验成本。

3.3 借助声发射技术规范压力容器安全评定流程

现阶段，很多企业在压力容器安全检测过程中经常存在超期现象，以至于压力容器在使用过程中不能保证其质量，由此导致的安全风险严重影响了社会经济的平稳发展。造成这种现象的原因主要是部分企业不能接受停产为代价的安全检验，而应用声发射技术可以实现对压力容器的在线监测，尤其对于压力容器检验已经到期的企业来讲，可以借助在线监测对其进行安全评定。

应用声发射技术开展在线监测的步骤如下：首先，调整压力容器压力窗口的工作压力，在生产工艺允许的基础上将压力调至最大。其次，借助声发射技术收集压力容器的反馈信号，进一步延长压力容器的工作时间，借此更好地整理并分析反馈信息。借助声发射技术开展在线检测能够很好地判断压力容器的安全使用周期，延长了压力容器接受安全检验的周期，在保证安全生产的基础上实现了经济效益的最大化。

4 结语

总而言之，声发射技术是一种新兴技术，在检测过程中不受检测材料的大小、形状以及所处环境等诸多方面因素的影响，在压力容器安全检验过程中发挥了极其重要的作用。在压力容器安全检测过程中，加强对声发射技术的应用不仅可以有效降低压力容器的使用风险，也能有效提升企业的经济效益。目前，声发射技术的应用仍存在很多困难，相关单位要继续加强对该项技术的研究与推广，尽快攻克技术上的难点，促使声发射技术能够更好地为国民经济发展与安全生产服务。