关于高温厚壁压力容器声发射技术声源定位误差的探讨

撰文/张 峰 张廉正 孟 庆

■010020 内蒙古自治区锅炉压力容器检验研究院 内蒙古 呼和浩特市



关于高温厚壁压力容器声发射技术声源定位误差的探讨

撰文/张 峰 张廉正 孟 庆

■010020 内蒙古自治区锅炉压力容器检验研究院 内蒙古 呼和浩特市

声发射技术（Acoustic Emission，AE）是用来检测压力容器及压力管道缺陷的一种重要手段。声发射技术包括声发射检验和评定结果两个过程，在这两个过程中声源定位起着重要的作用，因此如何提高定位精度是目前相关工作人员的主要研究点。本文根据相关文献和实际工作中的经验，分析了高温厚壁压力容器中声发射检测的误差，并探讨了声源定位产生误差的相关因素。声发射技术；高温厚壁压力容器；声源定位；误差

材料受到力的作用时将产生形变或裂纹，将应力以弹性波形式释放出来，这就是声发射（AE）。大多数的声发射由于信号很弱，无法通过人耳直接听到，需要通过灵敏的电子仪器探知。利用仪器检测分析发射信号并利用发射信号确定声源位置的技术就是所谓的声发射技术。声发射技术属于无损检测技术，与其他检测技术相比，具有灵敏度高，可整体检测大型设备等特点，自上世界五十年代起，已经在很多领域被广泛的应用。声源定位是声发射技术的一项重要的参数指标，反映了出现活动缺陷位置。声源定位的主要方法有：区域定位法和时差定位法。

声源定位技术在高温厚壁压力容器探伤领域的使用也越来越广泛。高温厚壁压力容器的特点是壁厚通常在10厘米以上，壁厚最厚的可达35厘米。对于这类高温厚壁压力容器的焊缝来说，使用声发射技术确定其缺陷位置时，壁厚内表面缺陷增加或者缺陷深度的增加会导致定位误差的增大。基于此，本文通过对相关文献的阅读并结合作者对声发射技术理论的认知及对高温厚壁压力容器的声发射检测的经验，及相关实验研究结果，对高温厚壁压力容器声发射检测中的声源定位问题进行探讨。

声源定位法原理探讨

声源定位法大致可分为两类，点定位法和区域定位法。区域定位法对传感器的具体位置没有要求，传感器之间的距离可以很大，但是被检区域内任意位置处声源发出的信号能被至少其中的一个传感器所接受。区域定位法的特点是传感器安装灵活，可检测的范围比较大，但是其对声源的位置确定仅确定为一个区域，误差较大。

点定位法包括线定位法和面定位法，其中面定位法又分为平面三角形定位和平面矩形定位。平面三角形定位法是面定位中比较重要的组成部分，主要有三点定位法和角度定位法两种。

三点定位法原理是首先测量声源电到达三个非同一直线上的传感器之间的距离，然后分别以三个传感器点为圆心，以声源点到传感器间的距离为半径作圆，三个圆焦点为声源的位置坐标。

角度定位法原理是首先需要确定声源电与两个传感器点之间的夹角和以这两个传感器点为端点的直线之间的距离，然后分别取声源，量传感器的圆来确定圆心电而进行定位。

由此可知虽然三角定位法比较简单，但是在实际应用中由于各个方面的限制，需要对角度进行研究，通常由于各传感点距离较大，因此误差较大。

平面三角形声源定位误差实例

本节以平面三角形声源定位的实例来对声源定位误差进行分析。

a测试仪器

本文通过声源定位的实例来分析声源定位所产生的误差，具体应用于一系列不同厚度的壁板，声发射系统由R31-AST传感器及PAC公司出品的DiSP-56声发射工作站组成。

b实例分析

实例样板选用普通硅钢板，使用0.5毫米普通硬度的铅笔在硅钢板某处按断设此点为Oi， O点为声发射源Oi的表面投影，其发出的声波被平面三角形三个顶点处的传感器侦得。

表1 理论误差与实际误差值

以传感器为顶点的平面三角形各个边长分别为4 m，5.5 m，5 m，样板厚度取20 cm， ，30cm，40 cm，60 cm.可以使用AUTOCAD软件得出B，C，O点的坐标。然后分别求得理论误差值和实际误差值，理论误差值可通过相关文献记载的公式计算得出，具体数值参见表1。从表1数据可以看出，平面三角形的理论计算值与试验测试值比较吻合相对误差较小，表明理论计算结果精确度较高。但是注意到当样板厚度达到60 cm时，误差接近20 cm，因此当壁厚在60 cm范围内时，得到的声源定位误差要在20 cm内进行二次检查。

轨迹误差实例分析

a误差点的移动轨迹

具体的误差点移动轨迹实例可以使用CAD绘图软件进行绘图来描述，可以得知壁厚的数值的大小也会导致误差。

b误差与壁厚值的关系分析

通过计算来分析壁厚与声源定位误差的关系，不同的壁厚可以计算出三个误差值，具体见表2，壁厚在10 cm至100 cm范围内取值。

表2 不同壁厚的缺陷误差数值

从表2可以得知，三个误差值均随着壁厚的增加而增加，并且当壁厚超过60 cm 时误差会明显加大，这表明在此壁厚超过60 cm时，使用此方法获得的声源定位确定缺陷位置的误差已经较大。

声发射技术在压力容器的缺陷检测中优点明显， 但是在高温厚壁压力容器检测中由于容器壁厚较大， 经常会导致声源定位出现较大误差。本文列举了厚壁压力容器的声探测方法并给出了具体实例，通过具体的试验结果与理论公式值进行对比，探讨了容器壁较厚情况下定位误差的规律。得出结论使用用声发射技术进行缺陷定位时， 建议对声源位置小于20 cm范围内使用另外的常规检测方法进行二次检验进而确定声源的具体位置。

参考：

［1］刘富君，胡东明，丁守宝等.厚壁压力容器声发射技术声源定位误差分析［J］.无损检测，2009（11）：842-846.

［2］徐彦廷，孙茂成.声源定位问题研究及误差分析［J］.无损检测，1999 （5）：199-200.