壓力容器安全管理工程-第七章

第七章壓力容器聲發(fā)射檢測及應(yīng)用王江云中國石油大學(xué)壓力容器安全管理工程2/5/20231第七章壓力容器聲發(fā)射檢測及應(yīng)用

主要內(nèi)容第一節(jié)、概述第二節(jié)、聲發(fā)射表征參量與源定位第三節(jié)、聲發(fā)射檢測儀器第四節(jié)、壓力容器聲發(fā)射檢測方法第五節(jié)、典型壓力容器和常壓儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測應(yīng)用實(shí)例2/5/20232第一節(jié)概述一、聲發(fā)射及檢測原理1、傳統(tǒng)聲發(fā)射設(shè)備(AcousticEmission,AE)是指固體材料在受到形變或外力作用時(shí)，因迅速釋放彈性能量而產(chǎn)生瞬態(tài)應(yīng)力波的一種物理現(xiàn)象。

2/5/20233第一節(jié)概述一、聲發(fā)射及檢測原理2、廣義聲發(fā)射隨著聲發(fā)射研究領(lǐng)域的擴(kuò)大，聲發(fā)射的含義已廣義化，比如泄漏過程、腐蝕過程、相變過程、軸承磨損和木材干燥時(shí)發(fā)出的聲波等也都被稱為AE。這些廣義解釋的聲發(fā)射情形很多，其共同特點(diǎn)是聲源來自于被測對(duì)象的本身。

2/5/20234第一節(jié)概述一、聲發(fā)射及檢測原理3、聲發(fā)射檢測原理

基本原理就是用靈敏的儀器來接收和處理采集到的聲發(fā)射信號(hào)，通過對(duì)聲發(fā)射源特征參數(shù)的分析和研究，推斷出材料或結(jié)構(gòu)內(nèi)部活動(dòng)缺陷的位置、狀態(tài)變化程度和發(fā)展趨勢。

2/5/20235第一節(jié)概述二、壓力容器聲發(fā)射檢測技術(shù)的特點(diǎn)1、聲發(fā)射檢測技術(shù)是一種動(dòng)態(tài)無損檢測技術(shù)。2、在壓力試驗(yàn)過程中，聲發(fā)射檢測是對(duì)壓力容器進(jìn)行整體檢測，這為壓力容器活性缺陷檢測和完整性評(píng)價(jià)工作帶來了極大的方便。3、由于只針對(duì)聲發(fā)射檢測出的活性缺陷進(jìn)行局部復(fù)驗(yàn)，而且復(fù)驗(yàn)比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于100%焊縫長度，從而大大縮短檢測時(shí)間，為用戶帶來很大的直接經(jīng)濟(jì)效益。4、聲發(fā)射檢測是壓力容器在線檢測與評(píng)價(jià)的主要方法，它適用于背景噪聲小，操作穩(wěn)定和可變壓的工況條件。2/5/20236第一節(jié)概述三、壓力容器聲發(fā)射檢測、評(píng)估的合理性及難度1、合理性。壓力容器需安全性和經(jīng)濟(jì)性聲發(fā)射檢測針對(duì)活性缺陷提高檢測速度，節(jié)省檢測費(fèi)用2/5/20237第一節(jié)概述三、壓力容器聲發(fā)射檢測、評(píng)估的合理性及難度2、局限性及難度。優(yōu)點(diǎn)局限性活性缺陷檢測與定位結(jié)構(gòu)必須加壓動(dòng)態(tài)和整體檢測方法聲發(fā)射活動(dòng)性同材料與環(huán)境有關(guān)檢測系統(tǒng)可快速安裝存在背景噪聲的干擾高靈敏度缺陷的類型僅提供有限的信息可以在壓力試驗(yàn)過程中檢測不能確定容器上裂紋的尺寸對(duì)于復(fù)合材料容器僅需比較低的壓力解釋檢測結(jié)果需要豐富的經(jīng)驗(yàn)和背景知識(shí)可對(duì)金屬、腐蝕材料容器進(jìn)行完整性評(píng)價(jià)在一定條件下，可進(jìn)行容器在線監(jiān)測2/5/20238第一節(jié)概述四、聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)方面的研究進(jìn)展1、壓力容器聲發(fā)射檢測與評(píng)價(jià)技術(shù)的研究內(nèi)容。理論與實(shí)驗(yàn)研究聲發(fā)射波的傳播理論聲發(fā)射信號(hào)特性與材料力學(xué)特性、斷裂特性的關(guān)系聲發(fā)射檢測儀的開發(fā)聲發(fā)射檢測信號(hào)處理檢測/監(jiān)測、評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)聲發(fā)射含義的擴(kuò)展聲發(fā)射技術(shù)用于壓力容器結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)的經(jīng)濟(jì)和可靠性分析2/5/20239第一節(jié)概述四、聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)方面的研究進(jìn)展2、聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器檢測中的應(yīng)用。新制壓力容器的聲發(fā)射檢測與評(píng)價(jià)在用壓力容器的聲發(fā)射檢測與評(píng)定壓力容器的聲發(fā)射在線監(jiān)測與安全性評(píng)定2/5/202310第一節(jié)概述四、聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)方面的研究進(jìn)展3、聲發(fā)射檢測標(biāo)準(zhǔn)。GB/T18182-2000《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結(jié)果評(píng)價(jià)方法》JB/T6916-93《在役高壓氣瓶聲發(fā)射檢測和評(píng)定方法》GJB2044-94《鈦合金壓力容器聲發(fā)射檢測方法》JB/T10764-2007《常壓金屬儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測及評(píng)價(jià)方法》2/5/202311第二節(jié)聲發(fā)射表征參量與源定位一、非統(tǒng)計(jì)和統(tǒng)計(jì)參量的表征方法聲發(fā)射信號(hào)：隨機(jī)性和不確定性的復(fù)雜信號(hào)一個(gè)信號(hào)的表征量用非統(tǒng)計(jì)量。多個(gè)信號(hào)及它們之間的關(guān)系用統(tǒng)計(jì)參量表征。2/5/202312第二節(jié)聲發(fā)射表征參量與源定位一、非統(tǒng)計(jì)和統(tǒng)計(jì)參量的表征方法1、非統(tǒng)計(jì)參量的表征方法實(shí)際聲發(fā)射檢測中，檢測到的單個(gè)信號(hào)是經(jīng)過多次反射和波形變換的復(fù)雜脈沖信號(hào)。聲發(fā)射事件與振鈴計(jì)數(shù)；幅度；能量；上升時(shí)間；持續(xù)時(shí)間；2/5/202313第二節(jié)聲發(fā)射表征參量與源定位（1）聲發(fā)射事件與振鈴計(jì)數(shù)一個(gè)突發(fā)型信號(hào)的時(shí)域波形，通過包絡(luò)檢波后，波形超過預(yù)置的閾值電壓（也稱門檻值）形成一個(gè)脈沖，即一個(gè)事件計(jì)數(shù)。一般來說，一個(gè)聲發(fā)射時(shí)間反映了聲源一次應(yīng)變能的釋放。若將時(shí)域波形中超過門檻值得振鈴次數(shù)形成矩形脈沖，則計(jì)數(shù)這些振鈴脈沖就是振鈴計(jì)數(shù)。聲發(fā)射時(shí)間和振鈴計(jì)數(shù)法2/5/202314第二節(jié)聲發(fā)射表征參量與源定位（1）聲發(fā)射事件與振鈴計(jì)數(shù)瞬間電壓表達(dá)式聲發(fā)射信號(hào)衰減波形瞬間電壓峰值電壓衰減系數(shù)頻率2/5/202315第二節(jié)聲發(fā)射表征參量與源定位（1）聲發(fā)射事件與振鈴計(jì)數(shù)閾值電壓振鈴計(jì)數(shù)表達(dá)式：適用于突發(fā)信號(hào)和連續(xù)信號(hào)2/5/202316第二節(jié)聲發(fā)射表征參量與源定位（2）幅度聲發(fā)射時(shí)間和振鈴計(jì)數(shù)法在聲發(fā)射檢測中，為排除背景噪聲和干擾信號(hào)，要設(shè)置閾值電壓Vt，低于它的信號(hào)均被剔除，所以聲發(fā)射信號(hào)的幅度控制著聲發(fā)射事件的可檢測性。聲發(fā)射信號(hào)幅度也是能說明聲發(fā)射本質(zhì)的重要特征參量。從力學(xué)上講，可以把聲發(fā)射信號(hào)的幅度大小作為信號(hào)能量的量度。幅度是指時(shí)域波形中超過門檻值的峰值電壓，也稱峰值幅度。2/5/202317第二節(jié)聲發(fā)射表征參量與源定位（3）能量聲發(fā)射技術(shù)中，最早使用振鈴技術(shù)法，但此法的缺點(diǎn)是振鈴計(jì)數(shù)與傳感器的工作頻率有關(guān)，并與重要的物理量之間沒有直接的聯(lián)系。因此提出能量的方法。一個(gè)瞬態(tài)能量可以定義為：將聲發(fā)射信號(hào)的幅度平方，然后進(jìn)行檢波，求出檢波后的包絡(luò)線所圍的面積，并依此作為信號(hào)所包含的能量的量度。能量量度的另一種方法是測量時(shí)間的寬度，把能量與時(shí)間寬度聯(lián)系起來電壓測量線路的輸入阻抗電壓2/5/202318第二節(jié)聲發(fā)射表征參量與源定位（4）上升時(shí)間在時(shí)域波形中，第一次超過門檻的振鈴脈沖到峰值幅度的時(shí)間為上升時(shí)間。該參量可以用于排除檢測過程的背景噪音。例如，電子干擾信號(hào)的上升時(shí)間很短，利用這一特征，可以排除這類干擾信號(hào)的干擾。2/5/202319第二節(jié)聲發(fā)射表征參量與源定位（5）持續(xù)時(shí)間時(shí)域波形中第一次超過門檻的振鈴脈沖到最后一個(gè)超過門檻值的振鈴脈沖之間的時(shí)間為持續(xù)時(shí)間。這一表征參量與振鈴技術(shù)之間有密切的關(guān)系，但它更多的情況是用于檢波和識(shí)別信號(hào)的有效性。2/5/202320第二節(jié)聲發(fā)射表征參量與源定位一、非統(tǒng)計(jì)和統(tǒng)計(jì)參量的表征方法2、統(tǒng)計(jì)參量的表征方法在材料測試和壓力容器聲發(fā)射檢測過程中，將采集到大量的聲發(fā)射信號(hào)，對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理和分析需采用統(tǒng)計(jì)參量的表征方法。時(shí)間總計(jì)數(shù)、事件計(jì)數(shù)率、振鈴總計(jì)數(shù)和振鈴計(jì)數(shù)率；幅度分布。2/5/202321第二節(jié)聲發(fā)射表征參量與源定位（1）事件總計(jì)數(shù)、事件計(jì)數(shù)率、振鈴總計(jì)數(shù)和振鈴計(jì)數(shù)率事件總計(jì)數(shù)：在聲發(fā)射信號(hào)處理中，將試驗(yàn)開始到結(jié)束（或某一階段）的事件計(jì)數(shù)進(jìn)行累計(jì)。也可以計(jì)單位時(shí)間內(nèi)的時(shí)間數(shù)目，成為事件計(jì)數(shù)率。事件計(jì)數(shù)方法著重聲發(fā)射事件出現(xiàn)的數(shù)目和頻度，而不注意時(shí)間的幅度。相當(dāng)于裂紋擴(kuò)展過程中釋放應(yīng)變能地次數(shù)和變化率。振鈴總計(jì)數(shù)：從試驗(yàn)開始到結(jié)束（或某一階段）的振鈴計(jì)數(shù)的累計(jì)。單位時(shí)間內(nèi)的振鈴數(shù)成為振鈴計(jì)數(shù)率。這兩個(gè)參量也與裂紋的狀態(tài)和變化率有關(guān)。但由于振鈴計(jì)數(shù)受傳感器的特性和壓力容器結(jié)構(gòu)的幾何形狀等因素的影響很大，所以測試中更常用事件總計(jì)數(shù)和事件計(jì)數(shù)率。2/5/202322第二節(jié)聲發(fā)射表征參量與源定位（2）幅度分布幅度分布：聲發(fā)射信號(hào)峰值幅度的大小分別進(jìn)行事件累積計(jì)數(shù)。累計(jì)事件幅度分布F(V)；它是計(jì)信號(hào)幅度高于Vi的事件數(shù)微分事件幅度分布f(V)；它是將幅度范圍分為若干個(gè)等間隔，并在各間隔內(nèi)對(duì)事件進(jìn)行累積計(jì)數(shù)，即幅度位于Vi到Vi+1之間的聲發(fā)射累積事件數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明，不同聲發(fā)射源具有不同的幅度分布，主要有隨幅度增加而時(shí)間數(shù)單調(diào)減少的高斯分布和對(duì)數(shù)正態(tài)分布兩種。也是反映聲發(fā)射源本質(zhì)的重要統(tǒng)計(jì)特征參量。2/5/202323第二節(jié)聲發(fā)射表征參量與源定位（3）總能量和總幅度從實(shí)驗(yàn)開始到某一階段測得的聲發(fā)射信號(hào)能量或幅度累積，稱為總能量或總幅度。由測試數(shù)據(jù)所繪出的曲線可以反映出壓力容器或結(jié)構(gòu)內(nèi)活性缺陷的破壞過程。2/5/202324第二節(jié)聲發(fā)射表征參量與源定位二、聲發(fā)射源定位聲發(fā)射源（簡稱聲源）主要為裂紋的萌生和擴(kuò)展、屈服和塑性變形、夾渣物的斷裂和脫開等。多數(shù)表現(xiàn)為點(diǎn)源；并以球面波的形式向四面八法發(fā)射能量。檢測特點(diǎn)一個(gè)聲發(fā)射傳感器的檢驗(yàn)是無取向性的。兩個(gè)聲發(fā)射器通過時(shí)差計(jì)算對(duì)聲發(fā)射源可以進(jìn)行線定位；三個(gè)以上傳感器通過時(shí)差計(jì)算可對(duì)聲發(fā)射源進(jìn)行面定位；2/5/202325第二節(jié)聲發(fā)射表征參量與源定位二、聲發(fā)射源定位聲發(fā)射源定位方法：區(qū)域定位法；A、任意位置處的聲源信號(hào)至少被其中一個(gè)傳感器收到。B、間距大，不確定性。點(diǎn)定位法（點(diǎn)定位法）；將幾個(gè)壓電傳感器按一定幾何關(guān)系放置在固定點(diǎn)上，組成傳感器陣列，測定聲發(fā)射源的聲波傳播到各個(gè)傳感器的相對(duì)時(shí)差。A、線定位法B、任意平面三角形定位法C、球形容器缺陷定位技術(shù)研究2/5/202326第二節(jié)聲發(fā)射表征參量與源定位A、線定位法原理計(jì)算公式Lxxy傳感器2聲源P(x)傳感器1o2/5/202327第二節(jié)聲發(fā)射表征參量與源定位B、任意平面三角形定位法原理計(jì)算公式xyP(x,y)oS2(x2,y2)S0(0,0)S1(x1,y1)rr+δ1r+δ22/5/202328第二節(jié)聲發(fā)射表征參量與源定位C、球形容器缺陷定位技術(shù)研究球形容器作為受力狀態(tài)好、美觀的儲(chǔ)存設(shè)備而被煉油廠、化工廠普遍使用。在聲發(fā)射檢測中用平面三角形進(jìn)行定位，不僅數(shù)據(jù)分析工作量大，而且定位誤差較大。球面任意三角形定位技術(shù)計(jì)算公式AoBC2/5/202329第三節(jié)聲發(fā)射檢測儀器發(fā)展趨勢：模擬參數(shù)——數(shù)字式全波形方向發(fā)展獲悉的聲發(fā)射信息多；快速，簡捷、實(shí)用、廉價(jià)。發(fā)展方向：多通道全波形軟件分析功能齊全的大系統(tǒng)發(fā)展；發(fā)展實(shí)用廉價(jià)的參數(shù)式儀器，它可以應(yīng)用到一些特定的場合。最終目標(biāo)對(duì)被測對(duì)象做出科學(xué)的無損評(píng)價(jià)，并給出解決方案。2/5/202330第三節(jié)聲發(fā)射檢測儀器一、聲發(fā)射設(shè)備儀器硬件性能組成：傳感器、信號(hào)硬件處理單元和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)。主要研制和實(shí)用全數(shù)字化聲發(fā)射儀器。二、聲發(fā)射儀器的軟件功能基本的通用聲發(fā)射測試與分析處理功能如軟、硬件參數(shù)設(shè)置，視圖的設(shè)置、顯示、打印，數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)、濾波、回放，波形、參數(shù)及定位的對(duì)應(yīng)分析。專用的面向特定對(duì)象的測試與分析功能主要是現(xiàn)場應(yīng)用專家與儀器生產(chǎn)廠家共同開發(fā)的專家系統(tǒng)軟件包。2/5/202331第四節(jié)壓力容器聲發(fā)射檢測方法一、聲發(fā)射檢測前的準(zhǔn)備工作1、資料審查通過資料審查了解壓力容器的結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、材料、設(shè)計(jì)壓力、日常操作壓力、加壓史、存在缺陷的情況，為制定檢驗(yàn)方案做好準(zhǔn)備。2、現(xiàn)場勘察與檢驗(yàn)方案的制定1）現(xiàn)場勘察2）檢驗(yàn)方案的制定3、聲發(fā)射儀器的選擇1）壓力容器的材料——聲發(fā)射信號(hào)的頻域、幅度、頻度特性隨材料有很大不同；2）壓力容器的結(jié)構(gòu)和尺寸——根據(jù)壓力容器的大小、形狀和聲發(fā)射源可能出現(xiàn)的部位和特征的不同，決定選用檢測儀器的通道數(shù)量和類；3）需要得到的信息類型——根據(jù)所需信息類型和分析方法，需要考慮檢測系統(tǒng)的性能與功能。2/5/202332第四節(jié)壓力容器聲發(fā)射檢測方法二、傳感器的選擇和安裝1、傳感器的選擇和間距確定1）傳感器響應(yīng)頻率的選擇2）傳感器間距和陣列的確定2、傳感器的安裝基本要求：傳感器表面與壓力容器表面之間良好的聲耦合為傳感器安裝的基本要求。耦合面平整和清潔傳感器與耦合截面填充聲耦合劑固定傳感器常用夾具為磁性固定器，壓緊力0.7MPa高溫或低溫壓力容器中，多采用由金屬制成的波導(dǎo)桿轉(zhuǎn)接器2/5/202333第四節(jié)壓力容器聲發(fā)射檢測方法三、檢測儀器的設(shè)置和校準(zhǔn)1、檢測儀器的參數(shù)設(shè)置1）檢測門檻設(shè)置檢測系統(tǒng)的靈敏度，即對(duì)小信號(hào)的檢測能力，決定于傳感器的靈敏度、傳感器間距和檢測門檻設(shè)置。（dB）門檻越低，測得信息越多，但易受到噪聲干擾，在靈敏度和噪聲干擾之間應(yīng)作折中選擇。門檻設(shè)置與適用范圍2/5/202334第四節(jié)壓力容器聲發(fā)射檢測方法三、檢測儀器的設(shè)置和校準(zhǔn)1、檢測儀器的參數(shù)設(shè)置2）系統(tǒng)增益設(shè)置增益是儀器主放大器對(duì)聲發(fā)射信號(hào)放大倍數(shù)的設(shè)置不改變靈敏度影響能量測量和聲發(fā)射信號(hào)的能量技術(shù)增益和門檻之和應(yīng)處于一定適宜范圍，常設(shè)置在55~88dB2/5/202335第四節(jié)壓力容器聲發(fā)射檢測方法三、檢測儀器的設(shè)置和校準(zhǔn)1、檢測儀器的參數(shù)設(shè)置3）系統(tǒng)定時(shí)參數(shù)設(shè)置是指撞擊信號(hào)測量過程的控制參數(shù)；峰值定義時(shí)間（PDT），正確確定撞擊信號(hào)的上升時(shí)間而設(shè)置的最大峰值等待時(shí)間間隔。撞擊定義時(shí)間（HDT），正確確定一撞擊信號(hào)的終點(diǎn)而設(shè)置的撞擊信號(hào)等待時(shí)間間隔。撞擊閉鎖時(shí)間（HLT），在撞擊信號(hào)中為避免測量反射波或遲到波而設(shè)置的關(guān)閉測量電路的時(shí)間間隔。定時(shí)參數(shù)選擇2/5/202336第四節(jié)壓力容器聲發(fā)射檢測方法三、檢測儀器的設(shè)置和校準(zhǔn)2、聲發(fā)射檢測系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法及要求1）聲發(fā)射檢測系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)儀器硬件系統(tǒng)靈敏度和一致性的校準(zhǔn)；在現(xiàn)場對(duì)已安裝好傳感器的整個(gè)聲發(fā)射系統(tǒng)靈敏度和定位精度的校準(zhǔn)。模擬信號(hào)發(fā)生器采用電子信號(hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)聲發(fā)射壓電陶瓷傳感器發(fā)射機(jī)械波；直接采用鉛筆芯折斷信號(hào)來產(chǎn)生機(jī)械波。鉛筆芯模擬聲發(fā)射信號(hào)裝置2/5/202337第四節(jié)壓力容器聲發(fā)射檢測方法三、檢測儀器的設(shè)置和校準(zhǔn)2、聲發(fā)射檢測系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法及要求2）校準(zhǔn)的要求儀器硬件靈敏度和一致性的校準(zhǔn)要求；現(xiàn)場聲發(fā)射檢測系統(tǒng)靈敏度的校準(zhǔn)要求；壓力容器聲發(fā)射檢測系統(tǒng)源定位的校準(zhǔn)要求。2/5/202338第四節(jié)壓力容器聲發(fā)射檢測方法四、壓力容器聲發(fā)射檢測過程中的加壓程序及控制1、加壓前準(zhǔn)備與程序確定2、加壓速度加壓速度太慢會(huì)過分延長檢測周期，而快速加壓也會(huì)帶來不利的影響；壓力容器材料，在恒壓下顯示出應(yīng)變對(duì)應(yīng)力的遲后現(xiàn)象；對(duì)一些新制容器，當(dāng)首次加壓時(shí)，常常伴隨大量無結(jié)構(gòu)意義的聲發(fā)射，包括局部應(yīng)力釋放和機(jī)械摩擦噪聲，這個(gè)檢測結(jié)果的正確解釋帶來了很大困難，為此需進(jìn)行二次加壓檢測。2/5/202339內(nèi)容回顧——壓力容器聲發(fā)射檢測及應(yīng)用聲發(fā)射：固體材料在受到形變或外力作用時(shí)，因迅速釋放彈性能量而產(chǎn)生的瞬態(tài)應(yīng)力波的一種物理現(xiàn)象。聲發(fā)射檢測技術(shù)的特點(diǎn)聲發(fā)射表征參量與源定位聲發(fā)射源定位壓力容器聲發(fā)射檢測方法動(dòng)態(tài)無損檢測；活性缺陷的整體檢測；僅需對(duì)活性缺陷復(fù)檢；在線檢測的主要方法。非統(tǒng)計(jì)參量：聲發(fā)射事件與振鈴計(jì)數(shù)；幅度；能量；上升時(shí)間；持續(xù)時(shí)間。統(tǒng)計(jì)參量：事件總計(jì)數(shù)、時(shí)間計(jì)數(shù)率、振鈴總計(jì)數(shù)和振鈴計(jì)數(shù)率。區(qū)域定位法；時(shí)差定位法：線定位法，三角平面定位法。準(zhǔn)備；傳感器的安裝；設(shè)置和校準(zhǔn)；加壓程序及控制；噪聲的識(shí)別與排除；數(shù)據(jù)顯示、即使；數(shù)據(jù)的分析和源的分類。2/5/202340第四節(jié)壓力容器聲發(fā)射檢測方法五、噪聲的識(shí)別與排除1、噪聲的類型機(jī)械噪聲電磁噪聲噪聲來源2/5/202341第四節(jié)壓力容器聲發(fā)射檢測方法五、噪聲的識(shí)別與排除2、噪聲的抑制和排除噪聲的排除方法方法原理適用范圍頻率鑒別濾波器600Hz以下的機(jī)械噪聲幅度鑒別調(diào)整固定或浮動(dòng)檢測門檻值低幅度機(jī)電噪聲前沿鑒別對(duì)信號(hào)波形設(shè)置上升時(shí)間濾波窗口來自遠(yuǎn)區(qū)的機(jī)械噪聲或電脈沖干擾主副鑒別用波到達(dá)主副傳感器的次序及其門電路，排除先到達(dá)副傳感器的信號(hào)，而只采集來自主傳感器附近的信號(hào)，屬空間鑒別來自特定區(qū)域外的機(jī)械噪聲符合鑒別用時(shí)差窗口門電路，只采集特定時(shí)差范圍內(nèi)的信號(hào)，屬空間鑒別來自特定區(qū)域外的機(jī)械噪聲載荷控制門用載荷門電路，只采集特定載荷范圍內(nèi)的信號(hào)疲勞試驗(yàn)時(shí)機(jī)械噪聲時(shí)間門用時(shí)間門電路，只采集特定時(shí)間內(nèi)的信號(hào)點(diǎn)焊時(shí)電極或開關(guān)噪聲數(shù)據(jù)濾波對(duì)撞擊信號(hào)設(shè)置參數(shù)濾波窗口，濾除窗口外的波擊數(shù)據(jù)，包括前端實(shí)時(shí)濾波和事后濾波機(jī)械噪聲或電磁噪聲其他差動(dòng)式傳感器、前放一體式傳感器、接地、屏蔽、加壓銷孔預(yù)壓、隔聲材料、示波器觀察等機(jī)械噪聲或電磁噪聲2/5/202342第四節(jié)壓力容器聲發(fā)射檢測方法六、數(shù)據(jù)顯示、解釋與評(píng)價(jià)1、數(shù)據(jù)顯示參數(shù)列表、參數(shù)相對(duì)于時(shí)間的經(jīng)歷圖、參數(shù)分布圖、參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)圖、聲發(fā)射源定位圖和直接顯示聲發(fā)射信號(hào)的波形。2、數(shù)據(jù)解釋定義：是指測得數(shù)據(jù)中分離出與檢測目的有關(guān)的有效數(shù)據(jù)。在聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集和記錄過程中，標(biāo)識(shí)出檢測過程中出現(xiàn)的噪聲數(shù)據(jù)；采用軟件數(shù)據(jù)濾波方法剔除噪聲數(shù)據(jù)，常用的方法包括時(shí)差濾波或空間濾波、撞擊特性參數(shù)濾波、外參數(shù)濾波；識(shí)別出有效和無效的聲發(fā)射信號(hào)和聲發(fā)射源，識(shí)別方法包括分布圖、關(guān)系圖和定位圖分析；對(duì)于有效的聲發(fā)射源還要通過在實(shí)際構(gòu)件上發(fā)射模擬信號(hào)進(jìn)行定位校準(zhǔn)，最終找到聲發(fā)射源在實(shí)際構(gòu)件上對(duì)應(yīng)的部位。2/5/202343第四節(jié)壓力容器聲發(fā)射檢測方法七、聲發(fā)射數(shù)據(jù)的分析和源的分類基于時(shí)差聲發(fā)射源定位的基礎(chǔ)上進(jìn)行，聲發(fā)射源的等級(jí)按源的活度和強(qiáng)度劃分。劃分方法是先確定源的活度等級(jí)和強(qiáng)度等級(jí)，然后再確定源的綜合等級(jí)。1、源的活度劃分強(qiáng)活性活性弱活性非活性2/5/202344第四節(jié)壓力容器聲發(fā)射檢測方法七、聲發(fā)射數(shù)據(jù)的分析和源的分類2、源的強(qiáng)度劃分（a=60dB和b=80dB）高強(qiáng)度Q<a中強(qiáng)度a<=Q<=b弱強(qiáng)度Q>b2/5/202345第四節(jié)壓力容器聲發(fā)射檢測方法七、聲發(fā)射數(shù)據(jù)的分析和源的分類3、源的綜合等級(jí)源的綜合等級(jí)2/5/202346第四節(jié)壓力容器聲發(fā)射檢測方法七、聲發(fā)射數(shù)據(jù)的分析和源的分類4、其他無損檢測方法對(duì)源的評(píng)價(jià)聲發(fā)射僅能對(duì)發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度和活度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并不能識(shí)別產(chǎn)生聲發(fā)射源的機(jī)制；塑性變形和氧化皮剝落等會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射源并無活性缺陷存在；為了進(jìn)一步評(píng)價(jià)聲發(fā)射源部位是否存在活性缺陷，通常采用超聲、射線、磁粉和滲透等常規(guī)無損方法對(duì)有意義的聲發(fā)射源進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。5、檢測報(bào)告構(gòu)件名稱、編號(hào)、制造單位、設(shè)計(jì)參數(shù)、材料牌號(hào)和幾何尺寸；加壓史和缺陷情況；執(zhí)行、參考標(biāo)準(zhǔn)；等等2/5/202347第五節(jié)典型壓力容器和常壓聲發(fā)射檢測應(yīng)用實(shí)例一、1000m3石油液化氣球罐的聲發(fā)射檢測1、基本設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)壓力：1.8MPa；設(shè)計(jì)溫度：常溫；材質(zhì)：16MnR；公稱壁厚：44mm；幾何尺寸：ф12300mm；工程容積：1000m32、檢測設(shè)備及參數(shù)設(shè)置檢測儀器：32通道聲發(fā)射檢測儀；傳感器：R15；增益：40dB；門檻：40dB；聲發(fā)射信號(hào)模擬源：HBф0.5mm鉛芯折斷。2/5/202348第五節(jié)典型壓力容器和常壓聲發(fā)射檢測應(yīng)用實(shí)例一、1000m3石油液化氣球罐的聲發(fā)射檢測3、聲發(fā)射模擬衰減測量結(jié)果采用HB0.5mm鉛芯折斷為聲發(fā)射信號(hào)模擬源，每個(gè)部位進(jìn)行三次測量，取其平均值，聲發(fā)射信號(hào)幅度測量結(jié)果如下表：模擬源距離/m0.10.51.02.03.04.05.06.0信號(hào)平均幅度/dB91787165625852481000m3球罐模擬聲發(fā)射信號(hào)幅度衰減測量結(jié)果2/5/202349第五節(jié)典型壓力容器和常壓聲發(fā)射檢測應(yīng)用實(shí)例一、1000m3石油液化氣球罐的聲發(fā)射檢測3、聲發(fā)射模擬衰減測量結(jié)果壓力容器聲發(fā)射信號(hào)的衰減特性隨壓力容器的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)的不同而變化，幾何尺寸越小，波的傳播越復(fù)雜，衰減特性變化越大。壓力容器壁厚對(duì)聲發(fā)射信號(hào)的衰減特性有強(qiáng)烈的影響，壁厚越薄，衰減越大，壁厚越大，衰減越小。經(jīng)過實(shí)際測量發(fā)現(xiàn)，聲發(fā)射信號(hào)的幅度和能量參數(shù)代表了壓力容器的衰減特性。2/5/202350第五節(jié)典型壓力容器和常壓聲發(fā)射檢測應(yīng)用實(shí)例一、1000m3石油液化氣球罐的聲發(fā)射檢測3、聲發(fā)射模擬衰減測量結(jié)果傳感器布置圖；水壓試驗(yàn)聲發(fā)射監(jiān)測在0~2.0MPa升壓和保壓過程中進(jìn)行。1000m3的液化石油氣球罐傳感器的布置圖2/5/202351第五節(jié)典型壓力容器和常壓聲發(fā)射檢測應(yīng)用實(shí)例一、1000m3石油液化氣球罐的聲發(fā)射檢測3、聲發(fā)射模擬衰減測量結(jié)果利用分析軟件對(duì)加壓和保壓階段所采集到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行分析和處理。依據(jù)：GB/T18182-2000《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結(jié)構(gòu)評(píng)定方法》5處有效聲源定位集團(tuán)，B級(jí)：（4,10,11）、（15,16,26）兩處需超聲波復(fù)驗(yàn)。A級(jí)：三處，無需復(fù)檢2/5/202352第五節(jié)典型壓力容器和常壓聲發(fā)射檢測應(yīng)用實(shí)例二、多層包扎式尿素合成塔的聲發(fā)射檢測與評(píng)定優(yōu)點(diǎn)：多層包扎式高壓筒體的制造簡單，整體韌性好，脆性破壞的可能性小和安全性比較高等優(yōu)點(diǎn)，在壓力容器上得到了廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)：一般常規(guī)無損探傷方法很難對(duì)其進(jìn)行全面整體檢驗(yàn)和評(píng)定。水壓試驗(yàn)中采用聲發(fā)射檢測技術(shù)對(duì)其是否存在活性缺陷進(jìn)行整體檢測2/5/202353第五節(jié)典型壓力容器和常壓聲發(fā)射檢測應(yīng)用實(shí)例二、多層包扎式尿素合成塔的聲發(fā)射檢測與評(píng)定1、合成塔的基本參數(shù)及檢測目的設(shè)計(jì)壓力：16.1MPa；工作壓力：14.8MPa，設(shè)計(jì)溫度：191℃；材質(zhì)：筒體，K-TEN62M；封頭，SB49SR；壁厚：筒體，84mm；封頭，120（下），94（上）mm幾何尺寸：ф2800mm×33000mm；筒體結(jié)構(gòu)：7節(jié)多層包扎筒節(jié)焊接而成；工作介質(zhì)：氨、二氧化碳等主要危險(xiǎn)：深環(huán)焊縫和腐蝕空洞檢測方法：采用部分焊縫超聲波衍射方法、應(yīng)力測試方法和整體聲發(fā)射檢測方法，并結(jié)合強(qiáng)度分析進(jìn)行結(jié)構(gòu)完成性評(píng)價(jià)。2/5/202354第五節(jié)典型壓力容器和常壓聲發(fā)射檢測應(yīng)用實(shí)例二、多層包扎式尿素合成塔的聲發(fā)射檢測與評(píng)定2、聲發(fā)射檢測儀器及主要參數(shù)設(shè)置檢測儀器：32通道聲發(fā)射檢測儀；傳感器：R15；共振頻率：150kHz；增益：30dB；門檻：40dB；定位方式為：線定位和三角定位；傳感器平均靈敏度：91dB；波速：由衰減測量時(shí)測定。2/5/202355第五節(jié)典型壓力容器和常壓聲發(fā)射檢測應(yīng)用實(shí)例二、多層包扎式尿素合成塔的聲發(fā)射檢測與評(píng)定3、傳感器的布置為了提高檢測缺陷的靈敏度和缺陷定位的可靠性，將聲發(fā)射傳感器布置在該塔環(huán)焊縫外側(cè)，為最佳聲發(fā)射檢測方案；每個(gè)環(huán)縫上沿圓周均布3個(gè)傳感器，間距約3m；相鄰上下兩個(gè)環(huán)縫上的傳感器互相形成三角形排列；這樣既可以通過線定位軟件重點(diǎn)監(jiān)測深環(huán)焊縫，又可以通過三角形定位軟件來兼顧監(jiān)測筒體部分；傳感器陣列布置圖2/5/202356第五節(jié)典型壓力容器和常壓聲發(fā)射檢測應(yīng)用實(shí)例二、多層包扎式尿素合成塔的聲發(fā)射檢測與評(píng)定4、加壓過程為保證檢驗(yàn)的有效性，分2個(gè)循環(huán)加壓（0~17.1MPa，14.8~16.6MPa）；由于該裝置屬于系統(tǒng)加壓，所以確定水壓試驗(yàn)壓力為PT=17.1MPa。5、檢測結(jié)果根據(jù)各階段出現(xiàn)的聲發(fā)射定位集團(tuán)的情況，確定聲源的活度等級(jí)，并結(jié)合按強(qiáng)度和能量確定的聲源強(qiáng)度等級(jí)，最終確定聲源的綜合等級(jí)如下表：2/5/202357第五節(jié)典型壓力容器和常壓聲發(fā)射檢測應(yīng)用實(shí)例二、多層包扎式尿素合成塔的聲發(fā)射檢測與評(píng)定5、檢測結(jié)果聲源活度、強(qiáng)度及綜合等級(jí)劃分2/5/202358第五節(jié)典型壓力容器和常壓聲發(fā)射檢測應(yīng)用實(shí)例二、多層包扎式尿素合成塔的聲發(fā)射檢測與評(píng)定6、綜合結(jié)果分析對(duì)三條環(huán)焊縫進(jìn)行超聲衍射檢測，未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷；水壓試驗(yàn)時(shí)，塔體和焊縫的應(yīng)力、應(yīng)變和壓力關(guān)系式線性的，說明塔體處于彈性范圍內(nèi)；經(jīng)計(jì)算，筒體與封頭連接焊縫的環(huán)向應(yīng)力和軸向應(yīng)力都處于安全范圍以內(nèi)；根據(jù)聲發(fā)射檢測標(biāo)準(zhǔn)，A級(jí)聲源可以不進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。S3處的B級(jí)聲源，經(jīng)檢查為內(nèi)襯里焊縫表面開裂所致，修復(fù)后可以安全使用。S4處的B級(jí)聲源只在第一加壓循環(huán)出現(xiàn)，經(jīng)檢查為由嚴(yán)重的銹皮開裂引起。2/5/202359第五節(jié)典型壓力容器和常壓聲發(fā)射檢測應(yīng)用實(shí)例二、多層包扎式尿素合成塔的聲發(fā)射檢測與評(píng)定6、綜合結(jié)果分析檢測結(jié)果表明（1）聲發(fā)射檢測技術(shù)不僅適用于單層壓力容器，也適用于多層包扎高壓容器的檢測與評(píng)定；（2）采用線定位重點(diǎn)檢測深環(huán)焊縫和通過兩道焊縫間的三角形定位兼顧監(jiān)測筒體部分，是一種較合理的傳感器的布置方案；（3）第一次加壓循環(huán)的定位集團(tuán)是否確實(shí)來自于真正的缺陷，尚需沿觀察保壓階段和第二次加壓循環(huán)的檢測結(jié)果來確定；（4）安全度高的多層包扎高壓容器在第二次升壓過程中呈現(xiàn)出類似的單層容器一樣的彈性特征，在第二次保壓過程中基本不出現(xiàn)集中定位點(diǎn)；（5）焊縫超聲波衍射檢測、應(yīng)力測試和整體聲發(fā)射監(jiān)測結(jié)果表明，該塔的結(jié)構(gòu)完整性較好。2/5/202360第五節(jié)典型壓力容器和常壓聲發(fā)射檢測應(yīng)用實(shí)例三、常壓立式儲(chǔ)罐腐蝕狀態(tài)的聲發(fā)射在線檢測與評(píng)價(jià)儲(chǔ)罐的基本問題劣化的最常見形式是遭受各種各樣的腐蝕，其中最易受到破壞和發(fā)生問題的部位是儲(chǔ)罐的罐底。對(duì)罐底聲發(fā)射檢測的特點(diǎn)對(duì)儲(chǔ)罐的完整性不會(huì)有任何影響；實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)和在線檢測；非常經(jīng)濟(jì)；檢測結(jié)果直觀、明確；聲發(fā)射檢測與超聲測厚相結(jié)合，可以對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行整體在線檢測和結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)，提高檢測結(jié)果的可靠性；2/5/202361第五節(jié)典型壓力容器和常壓聲發(fā)射檢測應(yīng)用實(shí)例三、常壓立式儲(chǔ)罐腐蝕狀態(tài)的聲發(fā)射在線檢測與評(píng)價(jià)1、檢測原理和方法利用聲學(xué)方法和現(xiàn)代信號(hào)分析技術(shù)，對(duì)立式儲(chǔ)罐罐底在受壓和腐蝕狀態(tài)下的廣義聲發(fā)射進(jìn)行檢測與評(píng)價(jià)。當(dāng)罐底存在泄露時(shí)，介質(zhì)流過泄露孔時(shí)，會(huì)產(chǎn)生湍流流動(dòng)噪聲，當(dāng)介質(zhì)夾帶顆粒狀雜質(zhì)時(shí)，會(huì)使信號(hào)更豐富，若泄漏通