声发射技术在球罐水压试验中的应用

声发射技术在球罐水压试验中的应用

燃气企业为了对所供燃气进行储存和调峰，都必须建立储配站。目前储配站所用的储存设备绝大多数都是压力容器，其中又以球形容器（简称球罐）居多。由于其施工安装时总是存在这样那样的缺陷，因此对它的无损检验就显得尤为重要。长期以来，人们都是用普通的方法如磁粉、超声波、射线等来对它进行检测。但是这些都只是一种静态的和事后的探伤手段，不能发现和预告缺陷的产生和发展过程。近来，随着科学技术的发展，一种新的检测手段——声发射技术的应用，为这个问题的解决提供了可能。本文通过作者的亲身体验，对这一新技术的理论和应用进行了详细的介绍。 　　压力容器（特别是大型球罐）在施工过程中，总是存在这样那样的缺陷，其中危害最大的是裂纹。虽然我们可以通过一般的无损探伤手段（如磁粉、超声波、射线等），来检查和发现它们，但是由于主观和客观的原因，遗漏的情况是难以避免的。而且这些一般的无损探伤技术，都只是一种静态的探伤手段，只能检查和发现容器已有的缺陷，而不能及时和全面地检查、评价容器在整个承压过程中裂纹的产生和发展，更不能在结构产品发生灾难性破坏之前进行有效的报警。 
　　而水压试验作为球罐施工中的一项综合性安全检查，不仅是球罐的第一次承受载荷，而且还是超载试验，这就给容器已有的或未有的缺陷（主要是裂纹）的产生和发展提供了可能。如何在球罐的水压试验过程中，掌握球罐内部的缺陷情况，了解在加压过程中裂纹的产生和发展，这个问题显然是通常的无损检测手段难以解决的。而一种新的检测手段——声发射技术的应用，为这个问题的解决提供了可能。
　　材料受内压或外压作用，产生变形或断裂，或者构件在受力状态使用时，以弹性波形式释放出应变能的现象称为声发射。更简单地说，就是结构材料在变形和破坏的过程中发出声波的现象。应用声学、电子学已经掌握的各种手段来捕捉声发射信号，并加以处理，以探明缺陷的位置和发生、发展的规律，这种技术称为声发射监控技术，简称声发射技术。 
　　自德国Kaiser在1953年首次发现声发射现象以后，声发射技术的研究受到了各国的重视，并且已日趋完善，越来越广泛地应用于各种科技领域。这是因为它同一般的静态无损探伤技术相比，具有许多独特的优越性。首先，声发射的灵敏度极高，几乎可测出位错运动的信号和10-5--10-6mm的微裂纹。其次声发射可用于动态的无损检测，即在结构和容器实际操作运转的情况下进行现场检测和监控。因此，声发射技术是一种动态无损检测技术。另外，在声发射过程中，缺陷的产生和发展，作为声发射源主动参与了检测过程，也就是说，声发射信号来自缺陷本身。这样，我们就可以通过它来判断缺陷的严重性和监视缺陷的安全性。再者，声发射检测几乎不受材料的限制，因为除极少数材料以外，绝大多数金属和非金属都有声发射现象产生。 
　　正是因为这许许多多的优点，声发射技术目前已得到了广泛的应用。在压力容器行业，主要着眼于解决三个方面的问题：
1、压力容器安全测试时（即水压试验）的检验
2、容器返修后的检验
3、使用过程中的连续监控
　　由于水压试验过程是一个简单的应力循环过程，声学和电学方面的干扰因素较小，更便于声发射技术的应用。所以，压力容器（特别是大型球罐）水压试验过程中的声发射监控技术，比之其它方面的技术应用得较早较成熟，国内外已经有不少这方面成功的例子。
　　重庆燃气(集团)有限责任公司曾经在两台容积为3300M3的进口球罐进行水压试验时，委托劳动部锅炉压力容器检测中心，对每台球罐都进行了声发射技术监控，取得了较为满意的效果。
当然，声发射技术作为一种新的无损探伤手段，尚有许多理论及实际的问题。如对于已有的未扩散的缺陷无能为力，目前还没有一个统一的评价标准，实际操作还比较麻烦等等。因此，声发射技术还不能完全取代传统的无损检测手段，但是，若将其配合使用，无疑将增加我们对容器安全性的认识，这将是大有益处的。特别是对于那些建造时设计选材不当、缺陷较多，使用时间较长，又不能报废的设备，利用声发射技术的监控，可以使我们掌握更充分的数据，更合理地安排设备的使用。因此，相信不久的将来，声发射技术将得到更为广泛的应用。