声发射检测技术在FRP复合材料容器检测中的应用研究

声发射检测技术在声发射检测技术在FRPFRP复合材料容器检测中的应用研究复合材料容器检测中的应用研究 第47卷第14期2019年7月广 州 化 工Guangzhou ChemicalIndustryVol 47No 14Jul 2019声发射检测技术在FRP复 合材料容器检测中的应用研究蔚道祥 杨宇清 鲁洪亮 司 俊 文 祥 上海市特种设备监督检验技术研究院 上海 200062 摘 要 目前声发射检测技术已经成熟应用于金属压力容器检测中 但针 对纤维增强复合材料 FRP 压力容器检测技术目前尚未成熟 由于纤 维增强复合材料具有各向异性特点 这给缺欠定位和性质分析带来一 定困难 本文提出一种利用声衰减对声发射源进行源定位的方法 采用断铅方 式模拟源进行试验测量 试验结果表明这种源定位方法具有可行性 为FRP复合材料容器声发射检测技术研究提供了一定的参考价值 关键词 声发射 FRP复合材料 定位 TQ343 1 文献标志码 A 1001 9677 2019 14 0152 03Study onAcoustic EmissionDetection TechnologyofFiber ReinforcedPlastic PressureVesselWEI Dao xiang YANG Yu qing LU Hong liang SI Jun WEN Xiang Shanghai Instituteof SpecialEquipment Inspectionand TechnologyResearch Shanghai200062 China Abstract At present acoustic emissiontestingtechnology hasbeen appliedto thedetection ofmetal pressurevessels However the testingtechnology ofFRP pressurevessel isnot matureyet becausethe anisotropyof FRPmakesitdifficult tolocate andanalyze thenature of the deficiencies A methodfor sourcelocalization ofacoustic emissionsourcesby usingacoustic attenuationwasproposed The lead source analogsource wasused fortest measurement The sourcelocationmethod wasfeasible which provideda certainreference valuefor theresearch ofacoustic emissiondetectiontechnology ofFRP positecontainer Key words acoustic emission FRP posite positioningFRP材料具有强度高 耐腐蚀性强 重量轻 工艺 性能优越等特点 在航空航天 国防行业得到了广泛的运用 1 复合材料由异质材料复合而成的一种新型材料 具有各项异性和不均 匀性 声波在不同方向上传播特性不同 2 3 近年来FRP材料压力容器得到了快速发展 通常FRP材料压力容器内储 存介质较为复杂 对容器的可靠性要求很高 从而对容器的非破坏性 检测成为亟需解决的问题 4 声发射作为一种无损检测技术 具有主动性 几何形状不敏感性 是 一种动态检测方法 5 6 对于FRP材料的性能 断裂过程等方面研究具有明显的优势 笔者提出菱形区域定位法 通过试验对FRP材料的衰减特性 定位等 方面进行了研究 1 实 验1 1 灵敏度测试本次实验采用DN1000容器 其主视图如图1所示 在容器筒体均匀处选一个点为圆心 以150mm为半径画一个圆 将八个 传感器布置在圆上 编号顺序为逆时针 如图2所示 首先在仪器上选择一个通道 并在选定通道所连通的探头附近进行三 次断铅试验以测试其灵敏度 依照此步骤 分别对其余七个探头进行 灵敏度测试 每个探头所得幅值不得低于95dB 在圆心处进行三次断铅 分别记录八个探头的幅值 任何一个通道对 所有通道的平均峰值响应的偏离不超过6dB 图1 压力容器主视图Fig 1 Pressure vesselmain view第47卷第14期蔚道祥 等 声发射检测技术在FRP复合材料容器检 测中的应用研究153 图2 探头摆放示意图Fig 2 Probe placementdiagram1 2 衰减曲线测试在水平方向以100mm为间隔选取六个点 在离第一个点1 00mm处断铅 记录不同点处幅值大小 再在与水平方向成四十五度角 方向同样选取六个点在离第一个点100mm处断铅 记录不同点处幅值 大小 每个点断铅三次 如图3所示 图3 断铅示意图Fig 3 Diagram ofLead Breakdown1 3 声速测量在容器筒体上选择一个400mm 400mm的菱形区 在该区域内 进行声速测量 将4个探头置于菱形的4个顶点上 分别编号1 2 3 4 将菱形分为4个区域建立直角坐标系 以菱形中心为O点建立直角坐标 系 如图3所示 在菱形区域内选择4个断铅点 其坐标为 断铅点 100 100 断铅点 100 100 断铅点 100 100 断铅点 100 100 断铅点与4个探头之间的距离 s 175mm 图4 菱形区域声速测量示意图和实物图Fig 4 Schematic diagramand physicalmap ofsoundvelocity measurementin diamondarea断铅后 将四个探头幅值最大时间分别记为t 1 t 2 t3和t4 可得到时间差 t 则该材料在不同距离的声速v s t 将断铅点 处的声速记为v 1 v 2 v 3 v4 可计算出整个区域的声速平均值为v 1 v1 v2 v3 v44 如图4 所示是压力容器测量声速的实物图 1 4 验证性实验在菱形区域内测量声速后 探头位置不变 将测得的实际 声速代入声发射仪中 验证测得声速的精准度 验证试验中 取8个断铅点 标号为A H 以o为中心点 断铅点的坐标分别为 A 25 100 B 25 100 C 25 100 D 25 100 E 0 100 F 0 100 G 100 25 H 100 25 分别在断铅点进行断铅 在声发射仪上读取定位坐标 与设定坐 标对比 每个点进行三次断铅实验 验证精准度百分比 验证性实验示意图如图5所示 验证性实验结果如表1所示 图5 菱形验证性实验示意图Fig 5 Schematic diagramofthediamond verificationexperiment表1 菱形区域验证性实验坐标Table1 Diamond shaped areaverification experimentalcoordinates试验次数第一次第二次第三次A 25 100 13 100 13 102 10 100 B 25 100 37 118 22 120 20 120 C 25 100 17 107 18 115 18 110 D 25 100 23 139 35 126 35 130 E 0 100 11 139 0 136 8 130 F 0 100 4 118 3 118 4 117 G 100 25 130 30 122 16 120 30 H 100 25 121 26 119 23 119 22 为验证在菱形区域内的声速测量误差 将声发射仪器中的声速设 置为菱形区域声速测量实验测得的声速2912m s 将表1进行误差分析 结果如表2所示 表2 菱形区域误差分析Table2 Diamond regionerror analysis试验次数第一次第二次第三次A 25 100 4 2 4 3 5 3 B 25 100 7 6 7 1 7 3 C 25 100 3 7 5 8 4 3 D 25 100 13 7 9 8 11 1 E 0 100 14 3 12 7 10 9 F 0 100 6 5 6 4 6 5 G 100 25 10 7 8 4 7 2 H 100 25 7 4 6 7 6 8 下转第160页 160 广 州 化 工2019年7月81 3 提高至93 4 达到了异丁烷产品的质量要求 表4 对策实施前后910 920单元主要产品分析数据对比Table4 The parisonof mainproducts analysisdata of910 920unit beforeand aftercountermeasures implementing项目DA911塔顶液相 实施前实施后DA912塔顶液相 实施前实施后DA912塔底液相 实施前实施后H20 450 30 000 000 000 00C12 231 370 000 000 000 00C222 9019 120 010 020 000 00C363 9374 943 692 360 000 03i C48 604 1281 3093 4012 3114 24nC41 890 1314 974 1 984 1483 1iC50 000 000 000 002 872 47nC50 000 000 000 000 680 16C4 0 000 000 030 030 000 00对策实 施后共产异丁烷37450吨 作为异丁烷产品与液化气相比以每吨增值2 00元计 增效可达37450 200 10000 749万元 优化调整后 DA 911 DA912塔釜蒸汽消耗量各增加0 5t h 中压蒸汽内部价格按139 元 吨计算 能耗成本增加49 4万元 另外增加一台浮筒液位计价格在5万元左右 因此总成本为54 4万元 因此攻关后 共增效749 54 4 694 6万元 另外该项目的实施有利用中石化在南京地区轻烃资源的综合平衡利 用 6 结 论利用Aspen Plus流程模拟软件 可以准确的模拟液化气分离装置的生产状况 优 化生产操作工艺条件 通过灵敏度分析工具 影响异丁烷产品纯度的因素为 DA911塔釜温度 偏低 DA911塔压波动较大 DA912塔顶回流比偏低等 在此基础上制定的相应的对策 包括将DA911塔釜温度由107 提高至 112 增设FA911界面液位计 加强切水 将DA912塔顶回流比由4 0提高至4 8等措施 对策实施效果良好 塔顶异丁烷产品的纯度由原先的81 3 提高至93 4 达到了异丁烷产品的质量要求 共增效694 6万元 经济效益显 著 参考文献 1 耿旺 汤俊宏 孔德峰 异丁烷化工利用技术现状及发展趋势 J 石 油化工 xx 42 3 352 356 2 李涛 碳四馏分中异丁烷的利用方案研究 J 石油化工技术与经济 xx 31 2 1 6 3 高前进 丙酮蒸馏塔的工艺模拟与优化 J 化工生产与技术 xx 16 3 59 61 4 黄剑锋 成飞龙 任海鸥 苯回收塔工艺过程模拟 J 当代化工 xx 38 1 51 54 5 王国荣 Aspen Plus对液化气分离装置的模拟与优化 J 广州化工 xx 38 6 230 233 6 吴俊生 邵惠鹤 精馏设计 操作和控制 M 北京 中国石化出版社 1997 上接第153 页 表2为菱形区域内的误差 同时将表内数据绘制成误差图 颜色深浅表 示误差的大小 如图6所示 从图6中可看出在菱形中心区域附近误差最小 即在此区域定位最准 确 离中心区域越远定位精度越低 图6 菱形区域验证性试验Fig 6 Diamond shaped areaverification test2 结 论通过本次实验 可得出以下几点结论 1 采用菱形区域定位法具有一定的可行性 在探头的中心区域出误 差较小 若缺欠出现在该区域内定位准确 随着距离中心区域位置范 围越大 误差逐渐增大 2 在容器筒体上进行了衰减特性测量 测量结果可知在该容器上 能 够采集到距离探头在1500mm范围内都特种信号 3 验证性实验可以得出结论 实验的误差存在的 且影响误差的因素 很多 解决这个问题需要对玻璃钢材料的声学特性进行大量的声学实 验 以便于在工程上总结一个较为可行的声速补偿的方法 只有声速的测量误差小了 在进行声发射源定位时才有可能获得较为 精准的定位 参考文献 1 李伟 李颖 王少凡 等 FRP复合材料容器水压爆破声发射特性分析 J 试验研究 xx 22 3 32 37 2 沈功田 李金海 压力容器无损检测声发射检测技术 J 无损检测 x x 26