声发射技术在压力容器检测和结构完整性评价中的实用方法

    0　前言

    在外力或内力作用下,材料内局部源迅速释放能量而产生瞬态弹性波的现象称为声发射。金属中的声发射源主要为裂纹萌生和扩展、塑性变形、夹渣物的断裂和脱开等活性缺陷。声发射检测技术的基本原理就是利用耦合在试样或结构表面上的压电晶体换能器,将材料内声发射源产生的弹性波转变为电信号,然后应用灵敏的电子仪器将这些电信号加以放大和处理使之特性化,并加以显示和记录,从而获得材料内声发射源的动态信息。反之,通过分析检测过程中声发射仪所获得的声发射信号的特征和各种统计参量数据,可以推知材料内部的缺陷状态及严重程度。若考虑背景噪声和其它辅助信息则声发射检测原理见图1[1]。

    由于声发射检测是在动态下进行的,因此在许多方面不同于其他的常规无损检测方法,其优点主要表现为[1～6]:

    (1)声发射检测无论从微观还是从宏观的角度分析,都可以认为是一种动态的检测方法。材料或结构的内部缺陷只有在外力或内力作用下,当状态发生变化时,才能有声发射现象产生。因此,声发射检测可以实时地获得关于活动缺陷本身的动态信息,而不象超声波或射线探伤方法那样,其探测到的信号能量是由无损检测仪器提供,只能得到缺陷的静态信息。这是声发射技术同其它检测技术的根本区别。(2)声发射方法对线性缺陷较敏感,在外加结构应力下,它能探测到这些危害性较大缺陷的活动状态,惰性的缺陷不产生声发射信号。(3)在一次试验过程中,声发射检测能够进行整体探测和评价整个结构的完整性。(4)对于在用压力容器的定期检验,声发射检测方法可以缩短检验的停产时间或者不需要停产即可完成检验。(5)对于密闭系统的耐压试验,声发射检测方法可以预防由相邻多个未知不连续缺陷引起系统的灾难性失效和限定系统的最高工作压力。(6)声发射检测与局部常规无损检测方法复验和断裂力学评定相结合,就会使压力容器的无损检测更经济和可靠。

    由此可知,声发射技术作为一种动态检测方法,弥补了其他常规检测方法的不足,使它成为保证压力容器安全运行的有效手段之一,并在国内外得到长足的发展。

    1　国内外研究进展

    声发射技术作为压力容器的无损检测方法始于60年代,通过30余年的发展,目前在美国已成为成熟的无损检测手段,美国试验材料学会(ASTM)和美国机械工程师学会(ASME)已制定了一系列的声发射检测标准,其中复合材料和金属材料的压力容器声发射检测标准已于1989年列入ASME锅炉压力容器规范第Ⅴ卷第十一和十二章。据报道[3],美国MANSANTO化学工业公司已应用声发射技术成功检测了几千台金属或复合材料的大型压力容器。该项工作在日本、意大利和德国等国家有较多的应用,并建立了一些标准和规范[1,3,6]。