声发射技术在压力容器检测中的应用

吴洁慧等

摘要：介绍了声发射技术的原来、历史与发展情况、与其他无损检测手段相比的优点，并在此基础上对声发射技术具体应用作了简单说明。

关键词：声发射 压力容器 在线检测

1 概述

在制作压力容器的过程中，压力容器在对很多部位进行连接的时候需要进行焊接，从而导致焊接的部位经常存在缺陷。在高温高压的作用下，如果这些缺陷部位产生腐蚀和裂纹等受到损伤而发生泄露或爆炸，会导致不堪设想的后果。因此，只有防止缺陷部位发生泄露或爆炸，才能确保生产能够安全进行，因此，我们需要对在役的压力容器设备进行在线检测。由于对在役的压力容器设备进行在线检测具有特殊性和危险性大的特点，因此，远程测量是最常采用的方法。除此之外，对在役压力容器进行在线检测还具有工作量大、难度大以及要求诊断具有一定的前瞻性和预警功能的特点。根据在役压力设备的在线检测的特点我们可以看出，传统的检测方法是不能够满足这些要求的，因此，在线无损检测技术的声发射技术作为一门新兴技术，经过几十年的发展，已经广泛而成熟的应用于在线检测压力容器领域。

2 声发射的历史与发展

材料中由于局域快速释放能力而产生的瞬间弹性波的现象就是声发射[1，2]。20世纪50年代，以德国Kaiser所做的研究工作为代表，标志着现代声发射技术的起步。根据Kaise的观察，在变形过程中，铜、锌、铅以及铸铁和金属合金等都会发生声发射现象。而将声发射技术首次应用于压力容器检验的，还要追溯到1963年美国的Dunegan，到目前为止，用声发射技术检验压力容器已经将近40多年的时间。声发射检测一起从权模拟式到权数字式的更新在此期间已经达到五代以上，在北美、中国以及欧洲等许多国家，都广泛的应用声发射对在役压力容器进行检验，此外，关于声发射的检验标准，在实际的应用过程中也做了很多的探索。

根据相关文献，我们看出已经有上万台大型压力容器采用声发射技术进行检验，并且介绍压力容器声发射检测技术研究和应用的文章也十分多。但是这些文章大多都是对实验室内采用声发射技术检验压力容器的结果进行了报道，很少文章对现场采用声发射技术检验压力容器的结果进行报道，因此，想通过这些资料和信息尽快达到掌握声发射检测技术的需要，对刚从事现场声发射检测的人员而言是十分不现实的。

20世纪70年代，我国引进了声发射技术，但是在我国最早采用声发射技术对压力容器设备进行检验的单位是机械部的合肥通用机械研究院。而我国的特种设备检测研究中心、冶金部武汉安全环保研究员以及大庆石油学院等不仅对金属压力容器的声发射检测和评定方法进行了应用，同时还进行了较为深入的研究，此外，航天部44所也对压力容器中符合材料的声发射特征进行了相关的研究和应用。而我国在90年代，为了广泛开展压力容器的检验工作，燕山石化、天津石化以及胜利油田和深圳锅炉压力容器检验所等单位进口了大型声发射仪器。2003年8月，国家质量监督检验检疫总局颁布了《特种设备检验检测机构管理规定》和《特种设备检验检测人员考核与监督管理规定》，这些均表明，声发射技术已经正式成为检测压力容器最常用的无损检测方法之一，并且我国的特种设备安全检查法规体系已经将压力容器的声发射检验工作正式纳入其中。据估计，我国目前从事压力容器声发射检测技术研究和检测工作的单位、科研院以及大专院校约有30多家。对现场的压力容器进行检验的时候，经常可能发生夹渣、未焊透、未融合等焊接缺陷的开裂和增长，还可能出现氧化皮的剥落、泄露等多种发射源的检测问题，由于我们对多台压力容器现场声发射的检验数据进行了分析，并且采用声发射技术对报废的压力容器进行检测，因此，针对现场压力容器检验过程中出现的问题我们积累了丰富的经验，这些十分有利于在我国广泛推广声发射技术的实际应用。

3 声发射的原理

金属中的声发射源主要包括裂纹萌生、扩展、屈服以及塑性变形、夹渣和脱开等。声发射检测技术的基本原理为：将材料内声发射源产生的弹性波通过偶合在材料表面声的压点瓷探头转变为电信号，然后在写电信号经过应用电子设备的处理将其放大以及处理使之具有特性化，同时加以显示和记录，从而活动材料内声发射源的特征参数。通过对重化工声发射仪器在活动中的声发射信号的各种参数进行分析检验，能够得知材料内部具体的缺陷情况，如果想进一步确定声发射源即具体的缺陷的部位，可以采用多通道声发射检测系统。声发射技术与超声波、X射线、涡流等其他无损检测技术不同，它是一种动态的无损检测方法。图1为声发射检测原理图，4声发生技术具有以下优点[3，4]：与其他无损检验技术相比，声发射技术作为一种带动力学的检验方法，能够自身探测到能力作为被测试物体的本身，而超声或射线检测方法却是由检测仪器提供的。针对线性缺陷，由于声发射技术具有很强的敏感性，因此能够探测到外加结构应力下缺陷的基本活动情况。采用声发射检测之所以能够在一次试验过程中，能对整个结构的缺陷状态进行有效的评价，那是因为温度缺陷不会产生声发射信号。对在役的压力容器采用声发射技术进行检验，可以有效的缩短检验的停产时间甚至根本不需要停产。此外，将声发射检验方法应用于密闭系统的耐压试验中，对于由未知不连续缺陷引起的系统灾难性实效和限定系统的最高工作压力具有有效的预防作用。

4 实例分析

如图2（A）所示，此图是一台在用1000m3的液化石油气球形储罐，在1.8-2.0MPA升压过程中的声发射定位源图。经过磁粉探伤复查土中所圈的声发射源部位，在球罐该部位表面的母材焊疤上发现了三条表面裂纹，其长度分别为15mm，20mm，以及30mm，经过打磨测得裂纹的最大深度为3mm。

如图2（B）所示，此图是一台在用1000m3的液化石油气球形储罐，在1.6-2.0MPA的升压过程中的声发射定位源图。经过超声波探伤以及超声波端点对所圈声发射源部位缺陷的自身高，发现在球罐的该部位的纵向焊缝上有一条15mm，距离外表面5mm以及自身高危10mm的深埋裂纹。

5 结论

在线检测压力容器时采用声发射技术，通过实际验证确实具有很强的实用性，但是声发射技术作为一门新兴的技术更需要在实践中不断的总结经验。

参考文献：

[1]戴光.压力容器安全工程学[M].哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1995.

[2]刘时风.环节缺陷声发射检测信号谱估计及人工神经网络模式识别研究[D].北京：清华大学，1996.

[3]刘源.声发射技术在在用压力容器检验中应用研究的必要性.石油化工设备，2000，2：59-63.

[4]同长虹.声发射诊断在压力容器在线检测中的应用.石油化工设备，2005，3：47-49.

作者简介：吴洁慧（1964-），女，内蒙古自治区包头人，锅炉压力容器等六项检验员资格，计量工程师，研究方向：检验检测。endprint

摘要：介绍了声发射技术的原来、历史与发展情况、与其他无损检测手段相比的优点，并在此基础上对声发射技术具体应用作了简单说明。

关键词：声发射 压力容器 在线检测

1 概述

在制作压力容器的过程中，压力容器在对很多部位进行连接的时候需要进行焊接，从而导致焊接的部位经常存在缺陷。在高温高压的作用下，如果这些缺陷部位产生腐蚀和裂纹等受到损伤而发生泄露或爆炸，会导致不堪设想的后果。因此，只有防止缺陷部位发生泄露或爆炸，才能确保生产能够安全进行，因此，我们需要对在役的压力容器设备进行在线检测。由于对在役的压力容器设备进行在线检测具有特殊性和危险性大的特点，因此，远程测量是最常采用的方法。除此之外，对在役压力容器进行在线检测还具有工作量大、难度大以及要求诊断具有一定的前瞻性和预警功能的特点。根据在役压力设备的在线检测的特点我们可以看出，传统的检测方法是不能够满足这些要求的，因此，在线无损检测技术的声发射技术作为一门新兴技术，经过几十年的发展，已经广泛而成熟的应用于在线检测压力容器领域。

2 声发射的历史与发展

材料中由于局域快速释放能力而产生的瞬间弹性波的现象就是声发射[1，2]。20世纪50年代，以德国Kaiser所做的研究工作为代表，标志着现代声发射技术的起步。根据Kaise的观察，在变形过程中，铜、锌、铅以及铸铁和金属合金等都会发生声发射现象。而将声发射技术首次应用于压力容器检验的，还要追溯到1963年美国的Dunegan，到目前为止，用声发射技术检验压力容器已经将近40多年的时间。声发射检测一起从权模拟式到权数字式的更新在此期间已经达到五代以上，在北美、中国以及欧洲等许多国家，都广泛的应用声发射对在役压力容器进行检验，此外，关于声发射的检验标准，在实际的应用过程中也做了很多的探索。

根据相关文献，我们看出已经有上万台大型压力容器采用声发射技术进行检验，并且介绍压力容器声发射检测技术研究和应用的文章也十分多。但是这些文章大多都是对实验室内采用声发射技术检验压力容器的结果进行了报道，很少文章对现场采用声发射技术检验压力容器的结果进行报道，因此，想通过这些资料和信息尽快达到掌握声发射检测技术的需要，对刚从事现场声发射检测的人员而言是十分不现实的。

20世纪70年代，我国引进了声发射技术，但是在我国最早采用声发射技术对压力容器设备进行检验的单位是机械部的合肥通用机械研究院。而我国的特种设备检测研究中心、冶金部武汉安全环保研究员以及大庆石油学院等不仅对金属压力容器的声发射检测和评定方法进行了应用，同时还进行了较为深入的研究，此外，航天部44所也对压力容器中符合材料的声发射特征进行了相关的研究和应用。而我国在90年代，为了广泛开展压力容器的检验工作，燕山石化、天津石化以及胜利油田和深圳锅炉压力容器检验所等单位进口了大型声发射仪器。2003年8月，国家质量监督检验检疫总局颁布了《特种设备检验检测机构管理规定》和《特种设备检验检测人员考核与监督管理规定》，这些均表明，声发射技术已经正式成为检测压力容器最常用的无损检测方法之一，并且我国的特种设备安全检查法规体系已经将压力容器的声发射检验工作正式纳入其中。据估计，我国目前从事压力容器声发射检测技术研究和检测工作的单位、科研院以及大专院校约有30多家。对现场的压力容器进行检验的时候，经常可能发生夹渣、未焊透、未融合等焊接缺陷的开裂和增长，还可能出现氧化皮的剥落、泄露等多种发射源的检测问题，由于我们对多台压力容器现场声发射的检验数据进行了分析，并且采用声发射技术对报废的压力容器进行检测，因此，针对现场压力容器检验过程中出现的问题我们积累了丰富的经验，这些十分有利于在我国广泛推广声发射技术的实际应用。

3 声发射的原理

金属中的声发射源主要包括裂纹萌生、扩展、屈服以及塑性变形、夹渣和脱开等。声发射检测技术的基本原理为：将材料内声发射源产生的弹性波通过偶合在材料表面声的压点瓷探头转变为电信号，然后在写电信号经过应用电子设备的处理将其放大以及处理使之具有特性化，同时加以显示和记录，从而活动材料内声发射源的特征参数。通过对重化工声发射仪器在活动中的声发射信号的各种参数进行分析检验，能够得知材料内部具体的缺陷情况，如果想进一步确定声发射源即具体的缺陷的部位，可以采用多通道声发射检测系统。声发射技术与超声波、X射线、涡流等其他无损检测技术不同，它是一种动态的无损检测方法。图1为声发射检测原理图，4声发生技术具有以下优点[3，4]：与其他无损检验技术相比，声发射技术作为一种带动力学的检验方法，能够自身探测到能力作为被测试物体的本身，而超声或射线检测方法却是由检测仪器提供的。针对线性缺陷，由于声发射技术具有很强的敏感性，因此能够探测到外加结构应力下缺陷的基本活动情况。采用声发射检测之所以能够在一次试验过程中，能对整个结构的缺陷状态进行有效的评价，那是因为温度缺陷不会产生声发射信号。对在役的压力容器采用声发射技术进行检验，可以有效的缩短检验的停产时间甚至根本不需要停产。此外，将声发射检验方法应用于密闭系统的耐压试验中，对于由未知不连续缺陷引起的系统灾难性实效和限定系统的最高工作压力具有有效的预防作用。

4 实例分析

如图2（A）所示，此图是一台在用1000m3的液化石油气球形储罐，在1.8-2.0MPA升压过程中的声发射定位源图。经过磁粉探伤复查土中所圈的声发射源部位，在球罐该部位表面的母材焊疤上发现了三条表面裂纹，其长度分别为15mm，20mm，以及30mm，经过打磨测得裂纹的最大深度为3mm。

如图2（B）所示，此图是一台在用1000m3的液化石油气球形储罐，在1.6-2.0MPA的升压过程中的声发射定位源图。经过超声波探伤以及超声波端点对所圈声发射源部位缺陷的自身高，发现在球罐的该部位的纵向焊缝上有一条15mm，距离外表面5mm以及自身高危10mm的深埋裂纹。

5 结论

在线检测压力容器时采用声发射技术，通过实际验证确实具有很强的实用性，但是声发射技术作为一门新兴的技术更需要在实践中不断的总结经验。

参考文献：

[1]戴光.压力容器安全工程学[M].哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1995.

[2]刘时风.环节缺陷声发射检测信号谱估计及人工神经网络模式识别研究[D].北京：清华大学，1996.

[3]刘源.声发射技术在在用压力容器检验中应用研究的必要性.石油化工设备，2000，2：59-63.

[4]同长虹.声发射诊断在压力容器在线检测中的应用.石油化工设备，2005，3：47-49.

作者简介：吴洁慧（1964-），女，内蒙古自治区包头人，锅炉压力容器等六项检验员资格，计量工程师，研究方向：检验检测。endprint

摘要：介绍了声发射技术的原来、历史与发展情况、与其他无损检测手段相比的优点，并在此基础上对声发射技术具体应用作了简单说明。

关键词：声发射 压力容器 在线检测

1 概述

在制作压力容器的过程中，压力容器在对很多部位进行连接的时候需要进行焊接，从而导致焊接的部位经常存在缺陷。在高温高压的作用下，如果这些缺陷部位产生腐蚀和裂纹等受到损伤而发生泄露或爆炸，会导致不堪设想的后果。因此，只有防止缺陷部位发生泄露或爆炸，才能确保生产能够安全进行，因此，我们需要对在役的压力容器设备进行在线检测。由于对在役的压力容器设备进行在线检测具有特殊性和危险性大的特点，因此，远程测量是最常采用的方法。除此之外，对在役压力容器进行在线检测还具有工作量大、难度大以及要求诊断具有一定的前瞻性和预警功能的特点。根据在役压力设备的在线检测的特点我们可以看出，传统的检测方法是不能够满足这些要求的，因此，在线无损检测技术的声发射技术作为一门新兴技术，经过几十年的发展，已经广泛而成熟的应用于在线检测压力容器领域。

2 声发射的历史与发展

材料中由于局域快速释放能力而产生的瞬间弹性波的现象就是声发射[1，2]。20世纪50年代，以德国Kaiser所做的研究工作为代表，标志着现代声发射技术的起步。根据Kaise的观察，在变形过程中，铜、锌、铅以及铸铁和金属合金等都会发生声发射现象。而将声发射技术首次应用于压力容器检验的，还要追溯到1963年美国的Dunegan，到目前为止，用声发射技术检验压力容器已经将近40多年的时间。声发射检测一起从权模拟式到权数字式的更新在此期间已经达到五代以上，在北美、中国以及欧洲等许多国家，都广泛的应用声发射对在役压力容器进行检验，此外，关于声发射的检验标准，在实际的应用过程中也做了很多的探索。

根据相关文献，我们看出已经有上万台大型压力容器采用声发射技术进行检验，并且介绍压力容器声发射检测技术研究和应用的文章也十分多。但是这些文章大多都是对实验室内采用声发射技术检验压力容器的结果进行了报道，很少文章对现场采用声发射技术检验压力容器的结果进行报道，因此，想通过这些资料和信息尽快达到掌握声发射检测技术的需要，对刚从事现场声发射检测的人员而言是十分不现实的。

20世纪70年代，我国引进了声发射技术，但是在我国最早采用声发射技术对压力容器设备进行检验的单位是机械部的合肥通用机械研究院。而我国的特种设备检测研究中心、冶金部武汉安全环保研究员以及大庆石油学院等不仅对金属压力容器的声发射检测和评定方法进行了应用，同时还进行了较为深入的研究，此外，航天部44所也对压力容器中符合材料的声发射特征进行了相关的研究和应用。而我国在90年代，为了广泛开展压力容器的检验工作，燕山石化、天津石化以及胜利油田和深圳锅炉压力容器检验所等单位进口了大型声发射仪器。2003年8月，国家质量监督检验检疫总局颁布了《特种设备检验检测机构管理规定》和《特种设备检验检测人员考核与监督管理规定》，这些均表明，声发射技术已经正式成为检测压力容器最常用的无损检测方法之一，并且我国的特种设备安全检查法规体系已经将压力容器的声发射检验工作正式纳入其中。据估计，我国目前从事压力容器声发射检测技术研究和检测工作的单位、科研院以及大专院校约有30多家。对现场的压力容器进行检验的时候，经常可能发生夹渣、未焊透、未融合等焊接缺陷的开裂和增长，还可能出现氧化皮的剥落、泄露等多种发射源的检测问题，由于我们对多台压力容器现场声发射的检验数据进行了分析，并且采用声发射技术对报废的压力容器进行检测，因此，针对现场压力容器检验过程中出现的问题我们积累了丰富的经验，这些十分有利于在我国广泛推广声发射技术的实际应用。

3 声发射的原理

金属中的声发射源主要包括裂纹萌生、扩展、屈服以及塑性变形、夹渣和脱开等。声发射检测技术的基本原理为：将材料内声发射源产生的弹性波通过偶合在材料表面声的压点瓷探头转变为电信号，然后在写电信号经过应用电子设备的处理将其放大以及处理使之具有特性化，同时加以显示和记录，从而活动材料内声发射源的特征参数。通过对重化工声发射仪器在活动中的声发射信号的各种参数进行分析检验，能够得知材料内部具体的缺陷情况，如果想进一步确定声发射源即具体的缺陷的部位，可以采用多通道声发射检测系统。声发射技术与超声波、X射线、涡流等其他无损检测技术不同，它是一种动态的无损检测方法。图1为声发射检测原理图，4声发生技术具有以下优点[3，4]：与其他无损检验技术相比，声发射技术作为一种带动力学的检验方法，能够自身探测到能力作为被测试物体的本身，而超声或射线检测方法却是由检测仪器提供的。针对线性缺陷，由于声发射技术具有很强的敏感性，因此能够探测到外加结构应力下缺陷的基本活动情况。采用声发射检测之所以能够在一次试验过程中，能对整个结构的缺陷状态进行有效的评价，那是因为温度缺陷不会产生声发射信号。对在役的压力容器采用声发射技术进行检验，可以有效的缩短检验的停产时间甚至根本不需要停产。此外，将声发射检验方法应用于密闭系统的耐压试验中，对于由未知不连续缺陷引起的系统灾难性实效和限定系统的最高工作压力具有有效的预防作用。

4 实例分析

如图2（A）所示，此图是一台在用1000m3的液化石油气球形储罐，在1.8-2.0MPA升压过程中的声发射定位源图。经过磁粉探伤复查土中所圈的声发射源部位，在球罐该部位表面的母材焊疤上发现了三条表面裂纹，其长度分别为15mm，20mm，以及30mm，经过打磨测得裂纹的最大深度为3mm。

如图2（B）所示，此图是一台在用1000m3的液化石油气球形储罐，在1.6-2.0MPA的升压过程中的声发射定位源图。经过超声波探伤以及超声波端点对所圈声发射源部位缺陷的自身高，发现在球罐的该部位的纵向焊缝上有一条15mm，距离外表面5mm以及自身高危10mm的深埋裂纹。

5 结论

在线检测压力容器时采用声发射技术，通过实际验证确实具有很强的实用性，但是声发射技术作为一门新兴的技术更需要在实践中不断的总结经验。

参考文献：

[1]戴光.压力容器安全工程学[M].哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1995.

[2]刘时风.环节缺陷声发射检测信号谱估计及人工神经网络模式识别研究[D].北京：清华大学，1996.

[3]刘源.声发射技术在在用压力容器检验中应用研究的必要性.石油化工设备，2000，2：59-63.

[4]同长虹.声发射诊断在压力容器在线检测中的应用.石油化工设备，2005，3：47-49.

作者简介：吴洁慧（1964-），女，内蒙古自治区包头人，锅炉压力容器等六项检验员资格，计量工程师，研究方向：检验检测。endprint