聲發射技術在球罐水壓試驗中的應用

燃氣企業為了對所供燃氣進行儲存和調峰，都必須建立儲配站。目前儲配站所用的儲存設備絕大多數都是壓力容器，其中又以球形容器（簡稱球罐）居多。由于其施工安裝時總是存在這樣那樣的缺陷，因此對它的無損檢驗就顯得尤為重要。長期以來，人們都是用普通的方法如磁粉、超聲波、射線等來對它進行檢測。但是這些都只是一種靜態的和事后的探傷手段，不能發現和預告缺陷的產生和發展過程。近來，隨著科學技術的發展，一種新的檢測手段——聲發射技術的應用，為這個問題的解決提供了可能。本文通過作者的親身體驗，對這一新技術的理論和應用進行了詳細的介紹。 　　壓力容器（特別是大型球罐）在施工過程中，總是存在這樣那樣的缺陷，其中危害最大的是裂紋。雖然我們可以通過一般的無損探傷手段（如磁粉、超聲波、射線等），來檢查和發現它們，但是由于主觀和客觀的原因，遺漏的情況是難以避免的。而且這些一般的無損探傷技術，都只是一種靜態的探傷手段，只能檢查和發現容器已有的缺陷，而不能及時和全面地檢查、評價容器在整個承壓過程中裂紋的產生和發展，更不能在結構產品發生災難性破壞之前進行有效的報警。
　　而水壓試驗作為球罐施工中的一項綜合性安全檢查，不僅是球罐的第一次承受載荷，而且還是超載試驗，這就給容器已有的或未有的缺陷（主要是裂紋）的產生和發展提供了可能。如何在球罐的水壓試驗過程中，掌握球罐內部的缺陷情況，了解在加壓過程中裂紋的產生和發展，這個問題顯然是通常的無損檢測手段難以解決的。而一種新的檢測手段——聲發射技術的應用，為這個問題的解決提供了可能。
　　材料受內壓或外壓作用，產生變形或斷裂，或者構件在受力狀態使用時，以彈性波形式釋放出應變能的現象稱為聲發射。更簡單地說，就是結構材料在變形和破壞的過程中發出聲波的現象。應用聲學、電子學已經掌握的各種手段來捕捉聲發射信號，并加以處理，以探明缺陷的位置和發生、發展的規律，這種技術稱為聲發射監控技術，簡稱聲發射技術。
　　自德國Kaiser在1953年首次發現聲發射現象以后，聲發射技術的研究受到了各國的重視，并且已日趨完善，越來越廣泛地應用于各種科技領域。這是因為它同一般的靜態無損探傷技術相比，具有許多獨特的優越性。首先，聲發射的靈敏度極高，幾乎可測出位錯運動的信號和10-5--10-6mm的微裂紋。其次聲發射可用于動態的無損檢測，即在結構和容器實際操作運轉的情況下進行現場檢測和監控。因此，聲發射技術是一種動態無損檢測技術。另外，在聲發射過程中，缺陷的產生和發展，作為聲發射源主動參與了檢測過程，也就是說，聲發射信號來自缺陷本身。這樣，我們就可以通過它來判斷缺陷的嚴重性和監視缺陷的安全性。再者，聲發射檢測幾乎不受材料的限制，因為除極少數材料以外，絕大多數金屬和非金屬都有聲發射現象產生。
　　正是因為這許許多多的優點，聲發射技術目前已得到了廣泛的應用。在壓力容器行業，主要著眼于解決三個方面的問題：
1、壓力容器安全測試時（即水壓試驗）的檢驗
2、容器返修后的檢驗
3、使用過程中的連續監控
　　由于水壓試驗過程是一個簡單的應力循環過程，聲學和電學方面的干擾因素較小，更便于聲發射技術的應用。所以，壓力容器（特別是大型球罐）水壓試驗過程中的聲發射監控技術，比之其它方面的技術應用得較早較成熟，國內外已經有不少這方面成功的例子。
　　重慶燃氣(集團)有限責任公司曾經在兩臺容積為3300M3的進口球罐進行水壓試驗時，委托勞動部鍋爐壓力容器檢測中心，對每臺球罐都進行了聲發射技術監控，取得了較為滿意的效果。
當然，聲發射技術作為一種新的無損探傷手段，尚有許多理論及實際的問題。如對于已有的未擴散的缺陷無能為力，目前還沒有一個統一的評價標準，實際操作還比較麻煩等等。因此，聲發射技術還不能完全取代傳統的無損檢測手段，但是，若將其配合使用，無疑將增加我們對容器安全性的認識，這將是大有益處的。特別是對于那些建造時設計選材不當、缺陷較多，使用時間較長，又不能報廢的設備，利用聲發射技術的監控，可以使我們掌握更充分的數據，更合理地安排設備的使用。因此，相信不久的將來，聲發射技術將得到更為廣泛的應用。