压力容器中典型缺陷的声发射特征

1.定位特征 (1)裂纹扩展 材料中裂纹声发射的定位源比较集中,在声发射检测的过程中,低于压力容器的运行压力则不会产生声发射定位源信号,高于容器工作压力的压力和各级的压力将具有声发射定位源信号,经过第二次升压或者保压,或几乎没有声发射定位源信号。这

1.定位特征
(1)裂纹扩展
       材料中裂纹声发射的定位源比较集中,在声发射检测的过程中,低于压力容器的运行压力则不会产生声发射定位源信号, 高于容器工作压力的压力和各级的压力将具有声发射定位源信号,经过第二次升压或者保压,或几乎没有声发射定位源信号。这一过程满足了凯赛尔效应。图2-3是一台1000m³液化石油气球罐的深埋裂纹的声发射定位源图。
压力容器中典型缺陷的声发射特征图2-3  1000m³球罐裂纹的声发射定位源图
Figure2-3  1000m ³ Spherical Tank Cracked Acoustic Emission Location Source
(2)焊接缺陷
       通过对大量压力容器的声发射试验结果进行总结发现,正常水压测试的条件下有一部分焊接缺陷的声发射信号不容易产生,但是还有一部分缺陷会有大量声发射信号产生。这些缺陷的声发射定位源也相对比较集中,进行声发射检测的过程中,通常情况下,低于压力容器的运行压力就会有声发射定位源信号的产生, 有声发射定位源信号会在每个升压、保压阶段都会产生,进行降压以后的第二次的升压、保压的阶段,可能也会有一些声发射定位源的信号出现,则不满足Kaiser效应。实验分析认为,非金属夹渣物在第一次的升压期间产生断裂并且与金属基体脱离开,降压之后的第二次升压的过程中,夹渣物能继续破裂或者是相互之间因为发生摩擦,从而产生弹性波。下图为400 m³液化石油气球罐焊接缺陷的声发射定位源图。
 压力容器中典型缺陷的声发射特征 
图2-4  400 m³液化石油气球罐焊接缺陷的声发射定位源图
Figure2-4  400 m³ Emission map of liquefied petroleum gas balloon welding defects
(3)焊接残余应力释放
       残余应力的范围要比焊接缺陷和裂纹等部位大的多,所以残余应力产生的声发射定位源的区域范围很大。焊接、冷加工和不均匀加热皆可能在压力容器的壳体上引起多种结构性缺陷的产生,如机械损伤、残余应力、焊缝错边和壁厚减薄,另外加压的过程中也有可能导致应力的集中,在第一次加压、保压阶段这些部位都大量的声发射信号产生。
       由于残余应力释放所导致的声发射信号有两个特点:①材料产生范围较大的定位源,相对来说不如其它缺陷那么集中。②能够符合Kaiser效应,应力比较集中部位的材料由于残余应力的释放而发生局部屈服,图2-5为高压空气贮罐在13~15MPa加压时,三处的焊缝返修部位所产生的AE源。
压力容器中典型缺陷的声发射特征 
图2-5  高压空气贮罐的三处焊缝返修部位所产生的AE源
Figure2-5  The AE source of the three weld repair parts of the high pressure air tank
2.分布特征
       由资料分析得知,未熔合、夹渣、未焊透、气孔和表面裂纹等一些焊接缺陷所产生的声发射信号的参数值有很大的相似性,有很多是相互重叠交叉的,分布的特征也没有明显的差别。
       表2-6展示了声发射源所产生的声发射信号参数的范围。通常情况下,裂纹、摩擦、焊接缺陷、残余应力释放和氧化皮的剥落所产生的声发射源是利用定位源事件的声发射的参数;而对于电子噪声和泄露源, 它是通过使用由声发射参数产生的通道影响来完成的。可以用于此结果,实现使用声发射测试压力容器在仪器上的过滤条件和状态设置。
表2-6  不同AE源产生AE信号的主要参数范围
Table2-6  The main parameters of AE signal produced by different AE sources
3.关联特征
        对声发射信号的波形参数、试验参数以及到达时间的分析可以通过做其中任意两个的关联图的方法。可以利用声发射的参数之间的关联分析来区分不同的特性信号。依据声发射参数随试验参数或是时间变化的关联图能够分析出在实验过程中压力容器随压力变化产生声发射信号的变化规律。在压力容器中, 容器壳体所产生的信号比内部介质的泄漏信号持续时间要短很多,能够使用幅度-持续时间或能量-持续时间关联图进行剖析,可以较容易的看出压力容器中的泄漏。

2.3关于压力容器声发射检测的方法探究

2.3.1在用声发射检测的程序

以下是声发射检测的基本程序
1.先完成各项检测的准备工作;
2.要确定传感器的阵列;
3.分配布置声发射传感器并且要保证声藕合的良好;
4.接线并且检查线路,制定检测的条件;
5.排除噪声的干扰;
6.校准检测系统;
7.使用耐压试验和AE检测,其目的是为了收集信号;
8.进行数据的处理及结果评定;
9.出示检测报告。

2.3.2声发射技术在压力容器检验和缺陷评定

利用声发射技术对压力容器检验和缺陷评定的步骤包括以下几个方面:
1第一步是要把容器停产倒空,径直进行耐压试验与声发射检测,不要提前开罐,活性声发射源在容器壳体上的位置是通过分析声发射测试的结果获得的;
2.使用磁粉、超声波、渗透或者是射线等常规无损检测对声发射源的位置进一步重新检查;
3.在容器的焊缝内外表面进行100%磁粉检测,从而对那些没有发生活动的表面裂纹进行消除;
4.按照《在用压力容器检验规程》对容器的内表面和外表面进行超声波厚度测量和宏观检查;
5.按照《在用压力容器检验规程》,对于发现的缺陷,进行依次的处理; 
6.经过返修后的压力容器,需要进行第一次耐压的试验;
7.气密试验;
8.出具容器综合检验报高的安全等级。

2.3.3在线声发射技术在压力容器检验和评定中的应用

有很多在用压力容器已经到了检验期或是有一些压力容器带缺陷在运行。又因为生产的需要确实无法停产,这时就可以利用声发射技术对压力容器进行在线检测,具体的检测包括以下两个步骤:
1.把压力容器工作压力的最高值调到工艺允许的最高的工作压力,再采用工作介质逐渐地提高工作压力使之达到工艺过程所允许最高的工作压力;
2.分析采集的声发射信号,得出容器能够进行安全工作的压力以及延长的工作时间。
声发射在线检验技术(步骤如下图所示),不会影响生产,而且又能够增加容器开罐检验的周期和保证容器使用的安全,能够为用户带来直接又有巨大的经济效益。

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