有鑒于此,國內外對壓力容器的設計、制造和使用均有嚴格的規(guī)定和要求,而各種無損檢測技術在壓力容器的制造和在役定期檢驗中得到廣泛應用。

20世紀60年代初,Green等人首先開始了聲發(fā)射技術在無損檢測領域方面的應用, Dunegan首次將聲發(fā)射技術應用于壓力容器檢測方面的研究[2,3] ;20世紀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)射技術在化工容器[4,5] 、核容器[6] 和焊接過程控制方面的應用取得了初步成功。通過四十多年的發(fā)展,目前聲發(fā)射技術已成為成熟的無損檢測手段,在國內外壓力容器檢驗中得到廣泛應用。

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,能探測到在外加結構應力下線性缺陷的活動情況,且穩(wěn)定的缺陷不產生聲發(fā)射信號。

(3)在一次試驗過程中,聲發(fā)射檢驗能夠整體探測和評價整個結構中缺陷的狀態(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時間或無需停產。

(5)對于壓力容器的耐壓試驗,聲發(fā)射檢測方法可以預防由未知缺陷引起的災難性失效和限定壓力容器的最高工作壓力。

以下綜述國內外壓力容器聲發(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)達國家得到廣泛應用。20世紀80年代,美國材料試驗協(xié)會(ASTM)和機械工程協(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,相繼提出了有關聲發(fā)射檢測標準和規(guī)范,包括術語、檢測儀性能測試 和檢測方法。其中,美國ASTM標準和ASME規(guī)范數(shù)量多,比較配套,而且內容詳細。表1為國外部分有關壓力容器聲發(fā)射檢測標準和規(guī)范的目錄。

在檢測人員認證方面,美國無損檢測學會于20世紀80年代已將聲發(fā)射技術列入SNT-TC-1A無損檢測人員鑒定認可規(guī)則中,并進行了大量聲發(fā)射iv,

在檢測應用方面,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化學工業(yè)公司到20世 紀90年代初已應用聲發(fā)射技術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行的。該項工作在日本、歐盟和澳大利亞等國家也開展 應用得較多,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磁粉、滲透、超聲波或射線探傷等常規(guī)無損檢測方法復驗后確定的。

2　國內壓力容器聲發(fā)射檢測現(xiàn)狀

我國于20世紀70年代中期由合肥通用機械研究所最早開展了壓力容器的聲發(fā)射檢測應用。20世紀80年代中國特種設備檢測研究中心(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院等對金屬壓力容器的聲發(fā)射檢測和評定方法進行了較深入的研究和廣泛的應用,航天部 703所對鈦合金氣瓶進行了系統(tǒng)的研究和應用,航天部44所主要開展了復合材料壓力容器的聲發(fā)射特性研究及檢測應用工作。進入20世紀90年代至今,聲發(fā) 射技術在我國的研究和應用呈快速發(fā)展的趨勢。20世紀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)檢驗所相繼進口大型聲發(fā)射儀器,廣泛開展壓力容器的檢驗。進入21世紀至今,許多技術監(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月國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布的《特種設備檢驗檢測機構管理規(guī)定》和《特種設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備安全監(jiān)察法規(guī)體系,得到政府的正式認可。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) 射檢測技術的研究和應用,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。

在制定檢測標準方面,除聲發(fā)射檢測術語和檢測儀性能測試兩個基礎標準之外,我國現(xiàn)有的聲發(fā)射檢測標準幾乎均為壓力容器的檢測方法,這些標準相互配套,基本上滿足了國內的壓力容器檢測需求。目前國內已頒布的壓力容器聲發(fā)射標準有:

GB/T18182—2000　金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結果評價方法

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　復合材料構件檢測方法

在檢測人員資格認證方面,航天工業(yè)無損檢測人員資格考試委員會自20世紀90年代末至今已頒發(fā)

在金屬壓力容器的聲發(fā)射信號處理和分析方面,我國處于世界的領先地位,劉時風、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、人工神經網絡模式識別、灰色關聯(lián)分析和模糊分析等先進技術[14~17] ,其結果可以在不進行復驗的情況下,直給出壓力容器聲發(fā)射源的性質及危險程度。