壓力容器是在石油、化工、鋼鐵、造紙、醫(yī)藥、食品和城市公用等行業(yè)得到廣泛使用的設(shè)備,而且與人民日常生活息息相關(guān)。據(jù)2003年的統(tǒng)計,我國現(xiàn)有固定式壓力容器133萬多臺,罐車近16萬輛,各類氣瓶9 800多萬只[1] 。壓力容器是具有爆炸危險的特種承壓設(shè)備,承受著高溫、低溫、易燃、易爆、劇毒或腐蝕介質(zhì)的高壓力,一旦發(fā)生爆炸或泄漏,往往并發(fā)火災(zāi)和中毒等災(zāi)難性事故,造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,給社會經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)和人民生活帶來損失和危害,直接影響社會安定。
有鑒于此,國內(nèi)外對壓力容器的設(shè)計、制造和使用均有嚴(yán)格的規(guī)定和要求,而各種無損檢測技術(shù)在壓力容器的制造和在役定期檢驗中得到廣泛應(yīng)用。
20世紀(jì)60年代初,Green等人首先開始了聲發(fā)射技術(shù)在無損檢測領(lǐng)域方面的應(yīng)用, Dunegan首次將聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于壓力容器檢測方面的研究[2,3] ;20世紀(jì)70年代,隨著Dunegan等人研制成功現(xiàn)代多通道聲發(fā)射檢測儀器系統(tǒng),聲發(fā)射技術(shù)在化工容器[4,5] 、核容器[6] 和焊接過程控制方面的應(yīng)用取得了初步成功。通過四十多年的發(fā)展,目前聲發(fā)射技術(shù)已成為成熟的無損檢測手段,在國內(nèi)外壓力容器檢驗中得到廣泛應(yīng)用。
壓力容器聲發(fā)射檢驗可分為役前驗證試驗、在役定期檢驗和運行過程中的在線監(jiān)測,其共同的特點都是在容器加載的情況下進(jìn)行動態(tài)測試。聲發(fā)射檢測方法在許多方面不同于其它常規(guī)無損檢測方法,其優(yōu)點主要表現(xiàn)為:
(1)聲發(fā)射是一種動態(tài)檢測方法,探測到的能量來自被測物本身,而非超聲或射線探傷方法一樣由無損檢測儀器提供。
(2)聲發(fā)射檢測方法對線性缺陷較為敏感,能探測到在外加結(jié)構(gòu)應(yīng)力下線性缺陷的活動情況,且穩(wěn)定的缺陷不產(chǎn)生聲發(fā)射信號。
(3)在一次試驗過程中,聲發(fā)射檢驗?zāi)軌蛘w探測和評價整個結(jié)構(gòu)中缺陷的狀態(tài)。
(4)對于在役壓力容器的定期檢驗,聲發(fā)射檢測方法可以縮短檢驗的停產(chǎn)時間或無需停產(chǎn)。
(5)對于壓力容器的耐壓試驗,聲發(fā)射檢測方法可以預(yù)防由未知缺陷引起的災(zāi)難性失效和限定壓力容器的最高工作壓力。
以下綜述國內(nèi)外壓力容器聲發(fā)射檢測現(xiàn)狀和現(xiàn)場壓力容器檢測的聲發(fā)射源特性。
1　國外壓力容器聲發(fā)射檢測現(xiàn)狀
目前壓力容器的聲發(fā)射檢測在美國、歐盟和日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家得到廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)80年代,美國材料試驗協(xié)會(ASTM)和機(jī)械工程協(xié)會 (ASME)、日本無損檢測協(xié)會(NDIS)、法國及歐洲聲發(fā)射工作組(EWGAE)等,相繼提出了有關(guān)聲發(fā)射檢測標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,包括術(shù)語、檢測儀性能測試 和檢測方法。其中,美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)和ASME規(guī)范數(shù)量多,比較配套,而且內(nèi)容詳細(xì)。表1為國外部分有關(guān)壓力容器聲發(fā)射檢測標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的目錄。
在檢測人員認(rèn)證方面,美國無損檢測學(xué)會于20世紀(jì)80年代已將聲發(fā)射技術(shù)列入SNT-TC-1A無損檢測人員鑒定認(rèn)可規(guī)則中,并進(jìn)行了大量聲發(fā)射iv。
檢測人員的培訓(xùn)和考核工作：
 在檢測應(yīng)用方面,美國、歐盟和澳大利亞等國家有許多檢測檢驗公司從事壓力容器的聲發(fā)射檢測。據(jù)報道,美國MANSANTO化學(xué)工業(yè)公司到20世 紀(jì)90年代初已應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)成功檢驗了幾千臺大型壓力容器[7~9],其中許多檢測是在運行過程中進(jìn)行的。該項工作在日本、歐盟和澳大利亞等國家也開展 應(yīng)用得較多,并有成功的報道[10~13] 。很多文章均報道了聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器檢驗中可以發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔合、未焊透、夾渣和氣孔等焊接缺陷。但這些缺陷的發(fā)現(xiàn),均是在聲發(fā)射檢測之后,再在聲發(fā)射源所指定的部位經(jīng)磁粉、滲透、超聲波或射線探傷等常規(guī)無損檢測方法復(fù)驗后確定的。
2　國內(nèi)壓力容器聲發(fā)射檢測現(xiàn)狀
我國于20世紀(jì)70年代中期由合肥通用機(jī)械研究所最早開展了壓力容器的聲發(fā)射檢測應(yīng)用。20世紀(jì)80年代中國特種設(shè)備檢測研究中心(原勞動部鍋 爐壓力容器檢測研究中心)、冶金部武漢安全環(huán)保研究院和大慶石油學(xué)院等對金屬壓力容器的聲發(fā)射檢測和評定方法進(jìn)行了較深入的研究和廣泛的應(yīng)用,航天部 703所對鈦合金氣瓶進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和應(yīng)用,航天部44所主要開展了復(fù)合材料壓力容器的聲發(fā)射特性研究及檢測應(yīng)用工作。進(jìn)入20世紀(jì)90年代至今,聲發(fā) 射技術(shù)在我國的研究和應(yīng)用呈快速發(fā)展的趨勢。20世紀(jì)90年代初燕山石化、天津石化、大慶油田、勝利油田、遼河油田和深圳鍋爐壓力容器檢驗所等石油、石化 企業(yè)檢驗單位和專業(yè)檢驗所相繼進(jìn)口大型聲發(fā)射儀器,廣泛開展壓力容器的檢驗。進(jìn)入21世紀(jì)至今,許多技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)和軍隊系統(tǒng)的鍋爐壓力容器檢驗所購買了多 通道聲發(fā)射儀開展壓力容器的檢驗工作。2003年8月國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布的《特種設(shè)備檢驗檢測機(jī)構(gòu)管理規(guī)定》和《特種設(shè)備檢驗檢測人員考核與監(jiān) 督管理規(guī)則》正式將聲發(fā)射技術(shù)作為壓力容器檢測常用的無損檢測方法之一,專業(yè)的無損檢測公司可以從事壓力容器的聲發(fā)射檢測工作。自此,壓力容器的聲發(fā)射檢 測工作已正式納入我國的特種設(shè)備安全監(jiān)察法規(guī)體系,得到政府的正式認(rèn)可。據(jù)估計,我國目前約有30多個專業(yè)檢驗單位、科研院所和大專院校從事壓力容器聲發(fā) 射檢測技術(shù)的研究和應(yīng)用,從業(yè)人員100多人。據(jù)粗略統(tǒng)計,這些單位每年采用聲發(fā)射檢測大型壓力容器300~500臺。
在制定檢測標(biāo)準(zhǔn)方面,除聲發(fā)射檢測術(shù)語和檢測儀性能測試兩個基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)之外,我國現(xiàn)有的聲發(fā)射檢測標(biāo)準(zhǔn)幾乎均為壓力容器的檢測方法,這些標(biāo)準(zhǔn)相互配套,基本上滿足了國內(nèi)的壓力容器檢測需求。目前國內(nèi)已頒布的壓力容器聲發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)有:
GB/T18182—2000　金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結(jié)果評價方法
GJB 2044—1994　鈦合金壓力容器檢測方法
JB/T7667—1995　在役壓力容器聲發(fā)射檢測評定方法
JB/T6916—1993　在役高壓氣瓶聲發(fā)射檢測和評定方法
QJ 2914—1996　復(fù)合材料構(gòu)件檢測方法
在檢測人員資格認(rèn)證方面,航天工業(yè)無損檢測人員資格考試委員會自20世紀(jì)90年代末至今已頒發(fā)，檢測人員資質(zhì)證書30多人,國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局特種設(shè)備無損檢測人員資格考試委員會于2002年已頒發(fā)檢測人員資質(zhì)證書67人。
在金屬壓力容器的聲發(fā)射信號處理和分析方面,我國處于世界的領(lǐng)先地位,劉時風(fēng)、沈功田和戴光在其博士論文中開發(fā)和采用了現(xiàn)代譜分析、小波分析、模式識別、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別、灰色關(guān)聯(lián)分析和模糊分析等先進(jìn)技術(shù)[14~17] ,其結(jié)果可以在不進(jìn)行復(fù)驗的情況下,直給出壓力容器聲發(fā)射源的性質(zhì)及危險程度。