声发射技术在锅炉压力容器检测中的应用

摘 要：目前，针对锅炉压力容器检测的方法主要有外观目测法、灯光检测法、锤击检测法、拉线检测法、声发射检测法等，其中声发射技术在锅炉压力检测中得到了广泛的应用和发展。本文介绍了声发射技术的原理、应用、技术手段以及声发射技术在锅炉压力容器检测中的优势以及便利性，提出了要将声发射技术广泛应用到锅炉压力容器检测中的观点。

关键词：声发射技术；锅炉压力容器；检测；应用

中图分类号：TH49 文献标志码：A

锅炉压力容器在工业生产制造中具有广泛用途，尤其是在煤化工、石油化工、电力、能源等产业和军工科研中具有重要的应用地位。从生产的安全性方面来讲，锅炉压力容器是一个事故多发、安全隐患较高的设备，并且一旦发生事故，给生产单位带来的生命财产损失将是难以估量的。在锅炉压力容器检测中应用声发射技术可以大大减少压力容器检测探伤的时间成本和人力成本，能够高效、全面、可靠地完成压力容器探伤工作，提升生产效益。

1 声发射检测技术的应用

声发射技术作为一种无损检测技术，主要利用被检测材料本身受载而出现损伤裂纹时会释放应力应变波的原理来进行仪器探伤，声发射技术检测锅炉压力容器时，只要让锅炉压力容器处在轻微负载状态即可进行检测。声发射技术检测时由多通道换能器接收受压部件受载时，材料内部缺陷因屈服、开裂、裂纹扩展等强烈变形现象所发出的声波信号（应力波或能量波），从而对这些信号进行采集、处理、分析， 以得到产生声发射信号缺陷的情况参数，如应力波幅度大小、次数或个数的多少、应力波缺陷源的部位、出现应力波的载荷等，从而达到缺陷评定的目的。目前，声发射技术主要应用于锅炉压力容器定期检验中，通常采用水压试验声发射检测来探知容器中的动态缺陷，同时能够根据仪器分析所得的数据来确定损伤等级，从而为采取补救措施提供依据。

在锅炉压力容器的实际检测中，许多此类设备由于生产需求不能够中断运行再接受檢测，从这一方面考虑，许多锅炉压力容器的检测手段都受到了限制，而声发射技术能够对压力容器进行在线检测，只需要对工作介质进行升压加载即可。在经济效益的综合考量上，声发射技术可以在不影响生产的基础上完成压力容器的检测，同时又可以保证压力容器的安全使用。

在新制造的容器水压试验中，声发射技术也能够提供很好的技术支持。声发射技术在新制造容器的完整性和危险性方面能够给出可靠的决策性数据，这些数据也可以是判断次品和良品的直接参数。锅检中心曾对上锅厂的加氢反应容器和新制造的球罐体容器进行声发射技术检测，在实际的数据分析比较中，得到了满意的数据准确性。

2 声发射技术在锅炉压力容器检测中的技术手段

2.1 声发射技术检测的一般步骤

在锅炉压力容器检测的过程中声发射检测技术通常会与压力容器水压试验的过程同步进行，此过程是为了在锅炉使用初期确定活动发展性焊接缺陷的可能存在区域，以做好预防和后续重点检测计划。

第一步，根据水压试验所需的时间来进行相关的探伤检测，将检测数据保存于图表上，利用计算机控制缺陷自动数据采集，通过观察图表可以获得相关数据采集点在容器上的具体位置，数据可靠性表现较高，同时由于数据采集是计算机控制自动完成的过程，所以数据的人为干扰误差较小、定位性能表现良好。

第二步，对声发射源进行无损检测复检，通过复检来进一步判断声发射源的损伤类型，判定哪些是由焊接缺陷产生的，哪些是由噪声干扰源以及其他原因产生的。例如，某50m3储罐仅需对11个声发射源共约3m长的焊缝进行常规无损复验，通过第一步的检测，可以大致判断出11个声发射源中存在问题的个数以及类别，复验后就可以通过比对两次的数据来给出最终的判断。

第三步，根据声发射检测数据进行无损检测数据、压力事故分析数据以及有关数据标准来评定声发射源焊接缺陷，一是缺陷类型，二是损伤程度。

2.2 技术比较

传统的静态常规无损探伤技术，如射线、超声波、磁粉等检测技术多是在检查材料本声的缺陷，漏检的情况也是时有发生，同时在检测的全面性、损伤评价、数据分析等方面都存在较大的局限性。声发射技术由于计算机控制的技术特点，具备实时性、动态性、监测性等多种优势，同时在检测的整体性和准确性等方面都具备绝对的优势，并且还能给出准确的损伤评定，大大减少人工操作带来的误差。提升了无损检测的效率和可靠性。

声发射技术能够与力相结合，判断缺陷的类型和严重性，反映材料内部的缺陷信息，一次性进行整体结构的检测，不需要使用传感器探头，减少了检测过程中的不便利条件。声发射技术最大的优点是省时、省力、检测效率较高，检测所需的时间大约为传统检测方式的1/5，例如，采用常规无损检测对1000m3的液化石油气球罐进行检测，大约需要一个月的时间，仅焊缝探伤的长度就达到几百米，采用人工检测将是一个非常耗时耗力的过程，而采用声发射技术则可以将检测周期缩短为4天～7天，在这样的技术支持下，生产单位可以减少检测时间，提升生产效率，生产压力容器的单位也可以实现大规模的量产，降低生产成本。

3 声发射技术的发展

现代声发射技术始于20世纪50年代，德国科学家Kaiser观察到铜、锌、铝、铅、锡、黄铜、铸铁及钢等金属和合金在形变过程中都有声发射现象。随后才慢慢开始将这种现象转化为一种探伤技术应用到各类压力容器探伤上。到目前为止，声发射技术从检测仪器到检验标准都有了长足的发展。

3.1 声发射通用型仪器的发展

我国在声发射仪器的开发和生产方面具备较高的国际水准，目前研制生产了各种双通道、4通道、8通道和多通道（32通道）声发射仪器，这些仪器的声发射参数通过模拟电路和A/D转换器变换为数字量，再通过数据总线进行处理和输出。在数字信号的处理方面，由于全部信号处理是在离散信号的基础上完成的，系统可能会存在较高的信噪比和非常宽的动态范围，这也表示声发射仪的研发要配备相应的支持软件，以此来支持仪器的模式识别，提升发射仪可提供的信息量。

3.2 声发射技术在标准化方面的发展

目前，声发射技术在压力容器的检测中应用颇广，检验标准也趋于成熟，全世界大约有数万台大型压力容器采用声发射技术来进行探伤检验，目前声发射技术在使用中有了标准化的数据支持，但大多数的声发射检测数据是在实验室中获得的，结果不具备普遍的应用意义。另外，在检验标准方面也不能根据实验室数据一概而论，多数的压力容器会存在露天使用的需求，考虑到室外使用的损耗程度偏高，所以要将部分检测指标提升，具体指标仍然在实践中不断完善。在声发射技术的实践过程中，我国30多家专业检测单位、科研院所不断开展了压力容器现场声发射检测数据的分析，对于压力容器在使用过程中会出现的裂纹、夹渣、残余应力释放、结构摩擦、雨滴撞击等多种发射源数据有了较为丰富的积累，在声发射技术标准化方面取得了长足的发展与进步。标准的形成主要是根据源区的事件数与一次加压循环后升压或保压的出现频度和变化来判断的，同时划分了严格的源强度等级和源区综合等级，便于在实际应用声发射技术时快速准确地判断压力容器损伤。

结语

声发射技术在锅炉压力容器检验方面有着良好的应用前景，随着技术的完善、应用仪器的升级、检测技术的标准化，压力容器的检测逐渐变得高效、全面、可靠，能够最大限度地确保压力容器设备的安全和正常工作，随着工艺和检测水平的提升，生产单位的生产安全得到了有效的保障，经济效益和社会效益也得到了显著的提升。

参考文献

[1]王桂珍.声发射技术[J].电讯技术，1983（6）：69-79，87.

[2]邵利军.无损检测技术应用于锅炉压力容器检验的技术分析[J].中国高新技术企业，2013（31）：47-48.

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