压力容器安全管理工程-第七章

1、2021-10-221第七章第七章 压力容器声发射检测及应用压力容器声发射检测及应用王江云中国石油大学压力容器安全管理工程压力容器安全管理工程 2021-10-222第七章第七章 压力容器声发射检测及应用压力容器声发射检测及应用主主 要要 内内 容容第一节、概述第二节、声发射表征参量与源定位第三节、声发射检测仪器第四节、压力容器声发射检测方法第五节、典型压力容器和常压储罐声发射检测应用实例2021-10-223第一节 概述一、声发射及检测原理1、传统声发射设备(Acoustic Emission, AE) 是指固体材料在受到形变或外力作用时，因迅速释放弹性能量而产生瞬态应力波的一种物理现象。2

2、021-10-224第一节 概述一、声发射及检测原理2、广义声发射 随着声发射研究领域的扩大，声发射的含义已广义化，比如泄漏过程、腐蚀过程、相变过程、轴承磨损和木材干燥时发出的声波等也都被称为AE。这些广义解释的声发射情形很多，其共同特点是声源来自于被测对象的本身。 2021-10-225第一节 概述一、声发射及检测原理3、声发射检测原理 基本原理就是用灵敏的仪器来接收和处理采集到的声发射信号，通过对声发射源特征参数的分析和研究，推断出材料或结构内部活动缺陷的位置、状态变化程度和发展趋势。 2021-10-226第一节 概述二、压力容器声发射检测技术的特点1、声发射检测技术是一种动态无损检测技

3、术。2、在压力试验过程中，声发射检测是对压力容器进行整体检测，这为压力容器活性缺陷检测和完整性评价工作带来了极大的方便。 3、由于只针对声发射检测出的活性缺陷进行局部复验，而且复验比例远远小于100%焊缝长度，从而大大缩短检测时间，为用户带来很大的直接经济效益。 4、声发射检测是压力容器在线检测与评价的主要方法，它适用于背景噪声小，操作稳定和可变压的工况条件。2021-10-227第一节 概述三、压力容器声发射检测、评估的合理性及难度1、合理性。n压力容器需安全性和经济性n声发射检测针对活性缺陷n提高检测速度，节省检测费用2021-10-228第一节 概述三、压力容器声发射检测、评估的合理性及

4、难度2、局限性及难度。优点局限性活性缺陷检测与定位结构必须加压动态和整体检测方法声发射活动性同材料与环境有关检测系统可快速安装存在背景噪声的干扰高灵敏度缺陷的类型仅提供有限的信息可以在压力试验过程中检测不能确定容器上裂纹的尺寸对于复合材料容器仅需比较低的压力解释检测结果需要丰富的经验和背景知识可对金属、腐蚀材料容器进行完整性评价在一定条件下，可进行容器在线监测2021-10-229第一节 概述四、声发射技术在压力容器结构完整性评价方面的研究进展1、压力容器声发射检测与评价技术的研究内容。n理论与实验研究n声发射波的传播理论n声发射信号特性与材料力学特性、断裂特性的关系n声发射检测仪的开发n声发

5、射检测信号处理n检测/监测、评价方法及标准n声发射含义的扩展n声发射技术用于压力容器结构完整性评价的经济和可靠性分析2021-10-2210第一节 概述四、声发射技术在压力容器结构完整性评价方面的研究进展2、声发射技术在压力容器检测中的应用。n新制压力容器的声发射检测与评价n在用压力容器的声发射检测与评定n压力容器的声发射在线监测与安全性评定2021-10-2211第一节 概述四、声发射技术在压力容器结构完整性评价方面的研究进展3、声发射检测标准。nGB/T 18182-2000金属压力容器声发射检测及结果评价方法nJB/T 6916-93在役高压气瓶声发射检测和评定方法nGJB 2044-9

6、4钛合金压力容器声发射检测方法nJB/T 10764-2007常压金属储罐声发射检测及评价方法2021-10-2212第二节 声发射表征参量与源定位 一、非统计和统计参量的表征方法一、非统计和统计参量的表征方法声发射信号：声发射信号：随机性随机性和和不确定性不确定性的复杂信号的复杂信号n一个信号的表征量用一个信号的表征量用非统计量非统计量。n多个信号及它们之间的关系用多个信号及它们之间的关系用统计参量统计参量表征。表征。2021-10-2213第二节 声发射表征参量与源定位 一、非统计和统计参量的表征方法一、非统计和统计参量的表征方法1、非统计参量的表征方法、非统计参量的表征方法 实际声发射检

7、测中，检测到的单个信号是经过多次反射和实际声发射检测中，检测到的单个信号是经过多次反射和波形变换的复杂脉冲信号。波形变换的复杂脉冲信号。n声发射事件与振铃计数；声发射事件与振铃计数；n幅度；幅度；n能量；能量；n上升时间；上升时间；n持续时间；持续时间；2021-10-2214第二节 声发射表征参量与源定位 （1）声发射事件与振铃计数）声发射事件与振铃计数一个突发型信号的时域波形，通过包络检波后，波形超过预置的阈值电压一个突发型信号的时域波形，通过包络检波后，波形超过预置的阈值电压（也称门槛值）形成一个脉冲，即一个（也称门槛值）形成一个脉冲，即一个事件计数事件计数。一般来说，一个声。一般来说，

8、一个声发射时间反映了声源一次应变能的释放。若将时域波形中超过门槛值发射时间反映了声源一次应变能的释放。若将时域波形中超过门槛值得振铃次数形成矩形脉冲，则计数这些振铃脉冲就是得振铃次数形成矩形脉冲，则计数这些振铃脉冲就是振铃计数振铃计数。声发射时间和振铃计数法声发射时间和振铃计数法2021-10-2215第二节 声发射表征参量与源定位（1）声发射事件与振铃计数）声发射事件与振铃计数瞬间电压表达式瞬间电压表达式fteVVt2cos0声发射信号衰减波形声发射信号衰减波形瞬间电压瞬间电压峰值电压峰值电压衰减系数衰减系数频频 率率2021-10-2216第二节 声发射表征参量与源定位（1）声发射事件与振

9、铃计数）声发射事件与振铃计数阈值电压阈值电压振铃计数表达式：振铃计数表达式：适用于突发信号和连续信号适用于突发信号和连续信号001000101)2cos(fnfnteVfnfeVVtVVfn00ln2021-10-2217第二节 声发射表征参量与源定位（2）幅度）幅度声发声发射时射时间和间和振铃振铃计数计数法法在声发射检测中，为排除背景噪声和干扰信号，要设置阈值在声发射检测中，为排除背景噪声和干扰信号，要设置阈值电压电压Vt，低于它的信号均被剔除，所以声发射信号的幅度控，低于它的信号均被剔除，所以声发射信号的幅度控制着声发射事件的可检测性。声发射信号幅度也是能说明声制着声发射事件的可检测性。声

10、发射信号幅度也是能说明声发射本质的重要特征参量。从力学上讲，可以把声发射信号发射本质的重要特征参量。从力学上讲，可以把声发射信号的幅度大小作为信号能量的量度。的幅度大小作为信号能量的量度。幅度是指时域波形中超过门槛值的峰值电压，也称峰值幅度。幅度是指时域波形中超过门槛值的峰值电压，也称峰值幅度。2021-10-2218第二节 声发射表征参量与源定位（3）能量）能量声发射技术中，最早使用振铃技术法，但此法的缺点是振铃计数与声发射技术中，最早使用振铃技术法，但此法的缺点是振铃计数与传感器的工作频率有关，并与重要的物理量之间没有直接的联系。传感器的工作频率有关，并与重要的物理量之间没有直接的联系。因

11、此提出能量的方法。一个瞬态能量可以定义为：因此提出能量的方法。一个瞬态能量可以定义为：将声发射信号的幅度平方，然后进行检波，求出检波后的包络线所将声发射信号的幅度平方，然后进行检波，求出检波后的包络线所围的面积，并依此作为信号所包含的能量的量度。围的面积，并依此作为信号所包含的能量的量度。能量量度的另一种方法是测量时间的宽度，把能量与时间宽度联系能量量度的另一种方法是测量时间的宽度，把能量与时间宽度联系起来起来xdttVRE02)(1电压测量线路电压测量线路的输入阻抗的输入阻抗电压电压2021-10-2219第二节 声发射表征参量与源定位（4）上升时间）上升时间在时域波形中，第一次超过门槛的振

12、铃脉冲到峰值幅度的时在时域波形中，第一次超过门槛的振铃脉冲到峰值幅度的时间为上升时间。该参量可以用于排除检测过程的背景噪音。间为上升时间。该参量可以用于排除检测过程的背景噪音。例如，电子干扰信号的上升时间很短，利用这一特征，可以例如，电子干扰信号的上升时间很短，利用这一特征，可以排除这类干扰信号的干扰。排除这类干扰信号的干扰。2021-10-2220第二节 声发射表征参量与源定位（5）持续时间）持续时间时域波形中第一次超过门槛的振铃脉冲到最后一个超过门槛时域波形中第一次超过门槛的振铃脉冲到最后一个超过门槛值的振铃脉冲之间的时间为持续时间。值的振铃脉冲之间的时间为持续时间。这一表征参量与振铃技术

13、之间有密切的关系，但它更多的情这一表征参量与振铃技术之间有密切的关系，但它更多的情况是用于检波和识别信号的有效性。况是用于检波和识别信号的有效性。2021-10-2221第二节 声发射表征参量与源定位 一、非统计和统计参量的表征方法一、非统计和统计参量的表征方法2、统计参量的表征方法、统计参量的表征方法 在材料测试和压力容器声发射检测过程中，将采集到大量在材料测试和压力容器声发射检测过程中，将采集到大量的声发射信号，对这些信号进行处理和分析需采用统计参的声发射信号，对这些信号进行处理和分析需采用统计参量的表征方法。量的表征方法。n时间总计数、事件计数率、振铃总计数和振铃计数率；时间总计数、事件

14、计数率、振铃总计数和振铃计数率；n幅度分布。幅度分布。2021-10-2222第二节 声发射表征参量与源定位（1）事件总计数、事件计数率、振铃总计数和振铃计数率）事件总计数、事件计数率、振铃总计数和振铃计数率事件总计数：事件总计数：在声发射信号处理中，将试验开始到结束（或在声发射信号处理中，将试验开始到结束（或某一阶段）的事件计数进行累计。某一阶段）的事件计数进行累计。也可以计单位时间内的时间数目，成为也可以计单位时间内的时间数目，成为事件计数率事件计数率。事件计数方法着重声发射事件出现的数目和频度，而不注意事件计数方法着重声发射事件出现的数目和频度，而不注意时间的幅度。相当于裂纹扩展过程中释

15、放应变能地次数和变时间的幅度。相当于裂纹扩展过程中释放应变能地次数和变化率。化率。振铃总计数：振铃总计数：从试验开始到结束（或某一阶段）的振铃计数从试验开始到结束（或某一阶段）的振铃计数的累计。单位时间内的振铃数成为的累计。单位时间内的振铃数成为振铃计数率振铃计数率。这两个参量也与裂纹的状态和变化率有关。但由于振铃计数这两个参量也与裂纹的状态和变化率有关。但由于振铃计数受传感器的特性和压力容器结构的几何形状等因素的影响很受传感器的特性和压力容器结构的几何形状等因素的影响很大，所以测试中更常用事件总计数和事件计数率。大，所以测试中更常用事件总计数和事件计数率。2021-10-2223第二节 声发

16、射表征参量与源定位（2）幅度分布）幅度分布幅度分布：声发射信号峰值幅度的大小分别进行事件累积计幅度分布：声发射信号峰值幅度的大小分别进行事件累积计数。数。p 累计事件幅度分布累计事件幅度分布F(V)；它是计信号幅度高于它是计信号幅度高于Vi的事件数的事件数p 微分事件幅度分布微分事件幅度分布f(V)；它是将幅度范围分为若干个等间隔，并在各间隔内对事件进它是将幅度范围分为若干个等间隔，并在各间隔内对事件进行累积计数，即幅度位于行累积计数，即幅度位于Vi到到Vi+1之间的声发射累积事件数。之间的声发射累积事件数。实验表明，不同声发射源具有不同的幅度分布，主要有随幅实验表明，不同声发射源具有不同的幅

17、度分布，主要有随幅度增加而时间数单调减少的高斯分布和对数正态分布两种。度增加而时间数单调减少的高斯分布和对数正态分布两种。也是反映声发射源本质的重要统计特征参量。也是反映声发射源本质的重要统计特征参量。2021-10-2224第二节 声发射表征参量与源定位（3）总能量和总幅度）总能量和总幅度从实验开始到某一阶段测得的声发射信号能量或幅度累积，从实验开始到某一阶段测得的声发射信号能量或幅度累积，称为总能量或总幅度。称为总能量或总幅度。由测试数据所绘出的曲线可以反映出压力容器或结构内活性由测试数据所绘出的曲线可以反映出压力容器或结构内活性缺陷的破坏过程。缺陷的破坏过程。2021-10-2225第二

18、节 声发射表征参量与源定位 二、声发射源定位二、声发射源定位声发射源（简称声源）主要为裂纹的萌生和扩展、屈服和塑声发射源（简称声源）主要为裂纹的萌生和扩展、屈服和塑性变形、夹渣物的断裂和脱开等。性变形、夹渣物的断裂和脱开等。n多数表现为点源；多数表现为点源；n并以球面波的形式向四面八法发射能量。并以球面波的形式向四面八法发射能量。检测特点检测特点n一个声发射传感器的检验是无取向性的。一个声发射传感器的检验是无取向性的。n两个声发射器通过时差计算对声发射源可以进行线定位；两个声发射器通过时差计算对声发射源可以进行线定位；n三个以上传感器通过时差计算可对声发射源进行面定位；三个以上传感器通过时差计

19、算可对声发射源进行面定位；2021-10-2226第二节 声发射表征参量与源定位 二、声发射源定位二、声发射源定位声发射源定位方法：声发射源定位方法：n区域定位法；区域定位法；A、任意位置处的声源信号至少被其中一个传感器收到。、任意位置处的声源信号至少被其中一个传感器收到。B、间距大，不确定性。、间距大，不确定性。n点定位法（点定位法）；点定位法（点定位法）；将几个压电传感器按一定几何关系放置在固定点上，组成传感器阵列，测将几个压电传感器按一定几何关系放置在固定点上，组成传感器阵列，测定声发射源的声波传播到各个传感器的相对时差。定声发射源的声波传播到各个传感器的相对时差。A、线定位法、线定位法

20、B、任意平面三角形定位法、任意平面三角形定位法C、球形容器缺陷定位技术研究、球形容器缺陷定位技术研究2021-10-2227第二节 声发射表征参量与源定位A、线定位法、线定位法n原理原理n计算公式计算公式vtx2)(Lxxy传感器传感器2声源声源P(x)传感器传感器1o2021-10-2228第二节 声发射表征参量与源定位B、任意平面三角形定位法、任意平面三角形定位法n原理原理n计算公式计算公式vttvtvttvt)()(1220212101xyP(x,y)oS2(x2,y2)S0(0,0)S1(x1,y1)rr+1r+22021-10-2229第二节 声发射表征参量与源定位C、球形容器缺陷定

21、位技术研究、球形容器缺陷定位技术研究n球形容器作为受力状态好、美观的储存设备而被炼油厂、化球形容器作为受力状态好、美观的储存设备而被炼油厂、化工厂普遍使用。在声发射检测中用平面三角形进行定位，不工厂普遍使用。在声发射检测中用平面三角形进行定位，不仅数据分析工作量大，而且定位误差较大。仅数据分析工作量大，而且定位误差较大。n球面任意三角形定位技术球面任意三角形定位技术n计算公式计算公式)cos()sin()cos()cos()cos()cos(ACBCBACCBACABAoBC2021-10-2230第三节 声发射检测仪器n发展趋势：模拟参数发展趋势：模拟参数数字式全波形方向发展数字式全波形方向

22、发展获悉的声发射信息多；快速，简捷、实用、廉价。获悉的声发射信息多；快速，简捷、实用、廉价。n发展方向：发展方向：多通道全波形软件分析功能齐全的大系统发展；多通道全波形软件分析功能齐全的大系统发展；发展实用廉价的参数式仪器，它可以应用到一些特定的场合。发展实用廉价的参数式仪器，它可以应用到一些特定的场合。n最终目标最终目标对被测对象做出科学的无损评价，并给出解决方案。对被测对象做出科学的无损评价，并给出解决方案。2021-10-2231第三节 声发射检测仪器一、声发射设备仪器硬件性能一、声发射设备仪器硬件性能组成：传感器、信号硬件处理单元和数据分析处理系统。组成：传感器、信号硬件处理单元和数据

23、分析处理系统。主要研制和实用全数字化声发射仪器。主要研制和实用全数字化声发射仪器。二、声发射仪器的软件功能二、声发射仪器的软件功能n基本的通用声发射测试与分析处理功能基本的通用声发射测试与分析处理功能 如软、硬件参数设置，视图的设置、显示、打印，数据分析、存储、如软、硬件参数设置，视图的设置、显示、打印，数据分析、存储、滤波、回放，波形、参数及定位的对应分析滤波、回放，波形、参数及定位的对应分析。n专用的面向特定对象的测试与分析功能专用的面向特定对象的测试与分析功能 主要是现场应用专家与仪器生产厂家共同开发的专家系统软件包主要是现场应用专家与仪器生产厂家共同开发的专家系统软件包。2021-10

24、-2232第四节 压力容器声发射检测方法一、声发射检测前的准备工作一、声发射检测前的准备工作1、资料审查、资料审查通过资料审查了解压力容器的结构、几何尺寸、材料、设计压力、日常操通过资料审查了解压力容器的结构、几何尺寸、材料、设计压力、日常操作压力、加压史、存在缺陷的情况，为制定检验方案做好准备。作压力、加压史、存在缺陷的情况，为制定检验方案做好准备。2、现场勘察与检验方案的制定、现场勘察与检验方案的制定1）现场勘察）现场勘察2）检验方案的制定）检验方案的制定3、声发射仪器的选择、声发射仪器的选择1）压力容器的材料）压力容器的材料声发射信号的频域、幅度、频度特性随材料有很声发射信号的频域、幅度

25、、频度特性随材料有很大不同；大不同；2）压力容器的结构和尺寸）压力容器的结构和尺寸根据压力容器的大小、形状和声发射源可根据压力容器的大小、形状和声发射源可能出现的部位和特征的不同，决定选用检测仪器的通道数量和类；能出现的部位和特征的不同，决定选用检测仪器的通道数量和类；3）需要得到的信息类型）需要得到的信息类型根据所需信息类型和分析方法，需要考虑检根据所需信息类型和分析方法，需要考虑检测系统的性能与功能。测系统的性能与功能。2021-10-2233第四节 压力容器声发射检测方法二、传感器的选择和安装二、传感器的选择和安装1、传感器的选择和间距确定、传感器的选择和间距确定1）传感器响应频率的选择

26、）传感器响应频率的选择2）传感器间距和阵列的确定）传感器间距和阵列的确定2、传感器的安装、传感器的安装基本要求：传感器表面与压力容器表面之间良好的声耦合为传感器安装的基本要求：传感器表面与压力容器表面之间良好的声耦合为传感器安装的基本要求。基本要求。n耦合面平整和清洁耦合面平整和清洁n传感器与耦合截面填充声耦合剂传感器与耦合截面填充声耦合剂n固定传感器常用夹具为磁性固定器，压紧力固定传感器常用夹具为磁性固定器，压紧力0.7MPan高温或低温压力容器中，多采用由金属制成的波导杆转接器高温或低温压力容器中，多采用由金属制成的波导杆转接器2021-10-2234第四节 压力容器声发射检测方法三、检测

27、仪器的设置和校准三、检测仪器的设置和校准1、检测仪器的参数设置、检测仪器的参数设置1）检测门槛设置）检测门槛设置检测系统的灵敏度，即对小信号的检测能力，决定于传感器的灵敏度、传检测系统的灵敏度，即对小信号的检测能力，决定于传感器的灵敏度、传感器间距和检测门槛设置。（感器间距和检测门槛设置。（dB）n门槛越低，测得信息越多，但易受到噪声干扰，门槛越低，测得信息越多，但易受到噪声干扰，n在灵敏度和噪声干扰之间应作折中选择。在灵敏度和噪声干扰之间应作折中选择。门槛设置与适用范围门槛设置与适用范围2021-10-2235第四节 压力容器声发射检测方法三、检测仪器的设置和校准三、检测仪器的设置和校准1、

28、检测仪器的参数设置、检测仪器的参数设置2）系统增益设置）系统增益设置n增益是仪器主放大器对声发射信号放大倍数的设置增益是仪器主放大器对声发射信号放大倍数的设置n不改变灵敏度不改变灵敏度n影响能量测量和声发射信号的能量技术影响能量测量和声发射信号的能量技术n增益和门槛之和应处于一定适宜范围，常设置在增益和门槛之和应处于一定适宜范围，常设置在5588dB2021-10-2236第四节 压力容器声发射检测方法三、检测仪器的设置和校准三、检测仪器的设置和校准1、检测仪器的参数设置、检测仪器的参数设置3）系统定时参数设置）系统定时参数设置是指撞击信号测量过程的控制参数；是指撞击信号测量过程的控制参数；n

29、峰值定义时间峰值定义时间（PDT），正确确定撞击信号的上升时间而设置的最大峰值），正确确定撞击信号的上升时间而设置的最大峰值等待时间间隔。等待时间间隔。n撞击定义时间撞击定义时间（HDT），正确确定一撞击信号的终点而设置的撞击信号等），正确确定一撞击信号的终点而设置的撞击信号等待时间间隔。待时间间隔。n撞击闭锁时间撞击闭锁时间（HLT），在撞击信号中为避免测量反射波或迟到波而设置），在撞击信号中为避免测量反射波或迟到波而设置的关闭测量电路的时间间隔。的关闭测量电路的时间间隔。定时参数选择定时参数选择2021-10-2237第四节 压力容器声发射检测方法三、检测仪器的设置和校准三、检测仪器的设置

30、和校准2、声发射检测系统的校准方法及要求、声发射检测系统的校准方法及要求1）声发射检测系统的校准方法）声发射检测系统的校准方法n实验室内对仪器硬件系统灵敏度和一致性的校准；实验室内对仪器硬件系统灵敏度和一致性的校准；n在现场对已安装好传感器的整个声发射系统灵敏度和定位精度的校准。在现场对已安装好传感器的整个声发射系统灵敏度和定位精度的校准。模拟信号发生器模拟信号发生器n采用电子信号发生器驱动声发射压电陶瓷传感器发射机械波；采用电子信号发生器驱动声发射压电陶瓷传感器发射机械波；n直接采用铅笔芯折断信号来产生机械波。直接采用铅笔芯折断信号来产生机械波。铅笔芯模拟声发射信号装置铅笔芯模拟声发射信号装

31、置2021-10-2238第四节 压力容器声发射检测方法三、检测仪器的设置和校准三、检测仪器的设置和校准2、声发射检测系统的校准方法及要求、声发射检测系统的校准方法及要求2）校准的要求）校准的要求n仪器硬件灵敏度和一致性的校准要求；仪器硬件灵敏度和一致性的校准要求；n现场声发射检测系统灵敏度的校准要求；现场声发射检测系统灵敏度的校准要求；n压力容器声发射检测系统源定位的校准要求。压力容器声发射检测系统源定位的校准要求。2021-10-2239第四节 压力容器声发射检测方法四、压力容器声发射检测过程中的加压程序及控制四、压力容器声发射检测过程中的加压程序及控制1、加压前准备与程序确定、加压前准备

32、与程序确定2、加压速度、加压速度n加压速度太慢会过分延长检测周期，而快速加压也会带来不利的影响；加压速度太慢会过分延长检测周期，而快速加压也会带来不利的影响；n压力容器材料，在恒压下显示出应变对应力的迟后现象；压力容器材料，在恒压下显示出应变对应力的迟后现象；n对一些新制容器，当首次加压时，常常伴随大量无结构意义的声发射，对一些新制容器，当首次加压时，常常伴随大量无结构意义的声发射，包括局部应力释放和机械摩擦噪声，这个检测结果的正确解释带来了很包括局部应力释放和机械摩擦噪声，这个检测结果的正确解释带来了很大困难，为此需进行二次加压检测。大困难，为此需进行二次加压检测。2021-10-2240内

33、容回顾压力容器声发射检测及应用声发射：固体材料在受到形变或外力作用时，因迅速释放声发射：固体材料在受到形变或外力作用时，因迅速释放弹性能量而产生的瞬态应力波的一种物理现象。弹性能量而产生的瞬态应力波的一种物理现象。声发射检测技术的特点声发射检测技术的特点声发射表征参量与源定位声发射表征参量与源定位声发射源定位声发射源定位压力容器声发射检测方法压力容器声发射检测方法动态无损检测；活性缺陷的整体检测；动态无损检测；活性缺陷的整体检测；仅需对活性缺陷复检；在线检测的主要方法。仅需对活性缺陷复检；在线检测的主要方法。非统计参量：非统计参量：声发射事件与振铃计数；幅声发射事件与振铃计数；幅度；能量；上升

34、时间；持续时间。度；能量；上升时间；持续时间。统计参量：统计参量：事件总计数、时间计数率、振事件总计数、时间计数率、振铃总计数和振铃计数率。铃总计数和振铃计数率。区域定位法区域定位法；时差定位法时差定位法：线定位法，三角平面定位法。：线定位法，三角平面定位法。准备；传感器的安装；设置和校准；准备；传感器的安装；设置和校准；加压程序及控制；噪声的识别与排除；加压程序及控制；噪声的识别与排除；数据显示、即使；数据的分析和源的分类。数据显示、即使；数据的分析和源的分类。2021-10-2241第四节 压力容器声发射检测方法五、噪声的识别与排除五、噪声的识别与排除1、噪声的类型、噪声的类型机械噪声机械

35、噪声电磁噪声电磁噪声噪声来源噪声来源2021-10-2242第四节 压力容器声发射检测方法五、噪声的识别与排除五、噪声的识别与排除2、噪声的抑制和排除、噪声的抑制和排除噪声的排除方法噪声的排除方法方法方法原理原理适用范围适用范围频率鉴别滤波器600Hz以下的机械噪声幅度鉴别调整固定或浮动检测门槛值低幅度机电噪声前沿鉴别对信号波形设置上升时间滤波窗口来自远区的机械噪声或电脉冲干扰主副鉴别用波到达主副传感器的次序及其门电路，排除先到达副传感器的信号，而只采集来自主传感器附近的信号，属空间鉴别来自特定区域外的机械噪声符合鉴别用时差窗口门电路，只采集特定时差范围内的信号，属空间鉴别来自特定区域外的机械

36、噪声载荷控制门用载荷门电路，只采集特定载荷范围内的信号疲劳试验时机械噪声时间门用时间门电路，只采集特定时间内的信号点焊时电极或开关噪声数据滤波对撞击信号设置参数滤波窗口，滤除窗口外的波击数据，包括前端实时滤波和事后滤波机械噪声或电磁噪声其他差动式传感器、前放一体式传感器、接地、屏蔽、加压销孔预压、隔声材料、示波器观察等机械噪声或电磁噪声2021-10-2243第四节 压力容器声发射检测方法六、数据显示、解释与评价六、数据显示、解释与评价1、数据显示、数据显示n参数列表、参数相对于时间的经历图、参数分布图、参数之间的关联图、参数列表、参数相对于时间的经历图、参数分布图、参数之间的关联图、声发射源

37、定位图和直接显示声发射信号的波形。声发射源定位图和直接显示声发射信号的波形。2、数据解释、数据解释定义：是指测得数据中分离出与检测目的有关的有效数据。定义：是指测得数据中分离出与检测目的有关的有效数据。n在声发射数据采集和记录过程中，标识出检测过程中出现的噪声数据；在声发射数据采集和记录过程中，标识出检测过程中出现的噪声数据；n采用软件数据滤波方法剔除噪声数据，常用的方法包括时差滤波或空间滤采用软件数据滤波方法剔除噪声数据，常用的方法包括时差滤波或空间滤波、撞击特性参数滤波、外参数滤波；波、撞击特性参数滤波、外参数滤波；n识别出有效和无效的声发射信号和声发射源，识别方法包括分布图、关系识别出有

38、效和无效的声发射信号和声发射源，识别方法包括分布图、关系图和定位图分析；图和定位图分析；n对于有效的声发射源还要通过在实际构件上发射模拟信号进行定位校准，对于有效的声发射源还要通过在实际构件上发射模拟信号进行定位校准，最终找到声发射源在实际构件上对应的部位。最终找到声发射源在实际构件上对应的部位。2021-10-2244第四节 压力容器声发射检测方法七、声发射数据的分析和源的分类七、声发射数据的分析和源的分类 基于时差声发射源定位的基础上进行，声发射源的等级按源基于时差声发射源定位的基础上进行，声发射源的等级按源的活度和强度划分。的活度和强度划分。 划分方法是先确定源的活度等级和强度等级，然后

39、再确定源的划分方法是先确定源的活度等级和强度等级，然后再确定源的综合等级。综合等级。1、源的活度划分、源的活度划分n强活性强活性n活性活性n弱活性弱活性n非活性非活性2021-10-2245第四节 压力容器声发射检测方法七、声发射数据的分析和源的分类七、声发射数据的分析和源的分类2、源的强度划分（、源的强度划分（a=60dB和和b=80dB）n高强度高强度 Qan中强度中强度 a=Qb2021-10-2246第四节 压力容器声发射检测方法七、声发射数据的分析和源的分类七、声发射数据的分析和源的分类3、源的综合等级、源的综合等级源的综合等级源的综合等级 2021-10-2247第四节 压力容器声

40、发射检测方法七、声发射数据的分析和源的分类七、声发射数据的分析和源的分类4、其他无损检测方法对源的评价、其他无损检测方法对源的评价n声发射仅能对发射信号的强度和活度进行评价，并不能识别产生声发射源声发射仅能对发射信号的强度和活度进行评价，并不能识别产生声发射源的机制；的机制；n塑性变形和氧化皮剥落等会产生声发射源并无活性缺陷存在；塑性变形和氧化皮剥落等会产生声发射源并无活性缺陷存在；n为了进一步评价声发射源部位是否存在活性缺陷，通常采用超声、射线、为了进一步评价声发射源部位是否存在活性缺陷，通常采用超声、射线、磁粉和渗透等常规无损方法对有意义的声发射源进行复验。磁粉和渗透等常规无损方法对有意义

41、的声发射源进行复验。5、检测报告、检测报告n构件名称、编号、制造单位、设计参数、材料牌号和几何尺寸；构件名称、编号、制造单位、设计参数、材料牌号和几何尺寸；n加压史和缺陷情况；加压史和缺陷情况；n执行、参考标准；执行、参考标准；n等等等等2021-10-2248第五节 典型压力容器和常压声发射检测应用实例一、一、1000m3石油液化气球罐的声发射检测石油液化气球罐的声发射检测1、基本设计参数、基本设计参数n设计压力：设计压力：1.8MPa；n设计温度：常温；设计温度：常温；n材质：材质：16MnR；n公称壁厚：公称壁厚：44mm；n几何尺寸：几何尺寸：12300mm；工程容积：；工程容积：10

42、00m32、检测设备及参数设置、检测设备及参数设置n检测仪器：检测仪器：32通道声发射检测仪；通道声发射检测仪；n传感器：传感器：R15；n增益：增益：40dB； 门槛：门槛：40dB；n声发射信号模拟源：声发射信号模拟源：HB 0.5mm铅芯折断。铅芯折断。2021-10-2249第五节 典型压力容器和常压声发射检测应用实例一、一、1000m3石油液化气球罐的声发射检测石油液化气球罐的声发射检测3、声发射模拟衰减测量结果、声发射模拟衰减测量结果n采用采用HB0.5mm铅芯折断为声发射信号模拟源，每个部位进行三次测量，铅芯折断为声发射信号模拟源，每个部位进行三次测量，取其平均值，声发射信号幅度

43、测量结果如下表：取其平均值，声发射信号幅度测量结果如下表：模拟源距离/m0.10.51.02.03.04.05.06.0信号平均幅度/dB91787165625852481000m3球罐模拟声发射信号幅度衰减测量结果球罐模拟声发射信号幅度衰减测量结果2021-10-2250第五节 典型压力容器和常压声发射检测应用实例一、一、1000m3石油液化气球罐的声发射检测石油液化气球罐的声发射检测3、声发射模拟衰减测量结果、声发射模拟衰减测量结果n压力容器声发射信号的衰减特性随压力容器的几何尺寸和结构的不同而压力容器声发射信号的衰减特性随压力容器的几何尺寸和结构的不同而变化，几何尺寸越小，波的传播越复杂

44、，衰减特性变化越大。变化，几何尺寸越小，波的传播越复杂，衰减特性变化越大。n压力容器壁厚对声发射信号的衰减特性有强烈的影响，壁厚越薄，衰减压力容器壁厚对声发射信号的衰减特性有强烈的影响，壁厚越薄，衰减越大，壁厚越大，衰减越小。越大，壁厚越大，衰减越小。n经过实际测量发现，声发射信号的幅度和能量参数代表了压力容器的衰经过实际测量发现，声发射信号的幅度和能量参数代表了压力容器的衰减特性。减特性。2021-10-2251第五节 典型压力容器和常压声发射检测应用实例一、一、1000m3石油液化气球罐的声发射检测石油液化气球罐的声发射检测3、声发射模拟衰减测量结果、声发射模拟衰减测量结果n传感器布置图；

45、水压试验声发射监测在传感器布置图；水压试验声发射监测在02.0MPa升压和保压过程中进升压和保压过程中进行。行。1000m3的液化石油气球罐传感器的布置图的液化石油气球罐传感器的布置图2021-10-2252第五节 典型压力容器和常压声发射检测应用实例一、一、1000m3石油液化气球罐的声发射检测石油液化气球罐的声发射检测3、声发射模拟衰减测量结果、声发射模拟衰减测量结果n利用分析软件对加压和保压阶段所采集到的声发射信号进行分析和处理。利用分析软件对加压和保压阶段所采集到的声发射信号进行分析和处理。n依据：依据： GB/T18182-2000 金属压力容器声发射检测及结构评定方法金属压力容器声

46、发射检测及结构评定方法n5处有效声源定位集团，处有效声源定位集团，B级：（级：（4,10,11）、（）、（15,16,26）两处需超声波）两处需超声波复验。复验。A级：三处，无需复检级：三处，无需复检2021-10-2253第五节 典型压力容器和常压声发射检测应用实例二、多层包扎式尿素合成塔的声发射检测与评定二、多层包扎式尿素合成塔的声发射检测与评定优点：优点：多层包扎式高压筒体的制造简单，整体韧性好，脆性破坏的多层包扎式高压筒体的制造简单，整体韧性好，脆性破坏的可能性小和安全性比较高等优点，在压力容器上得到了广泛应用。可能性小和安全性比较高等优点，在压力容器上得到了广泛应用。缺点：缺点：一般

47、常规无损探伤方法很难对其进行全面整体检验和评定。一般常规无损探伤方法很难对其进行全面整体检验和评定。水压试验中采用声发射检测技术对水压试验中采用声发射检测技术对其是否存在其是否存在活性缺陷活性缺陷进行整体检测进行整体检测2021-10-2254第五节 典型压力容器和常压声发射检测应用实例二、多层包扎式尿素合成塔的声发射检测与评定二、多层包扎式尿素合成塔的声发射检测与评定1、合成塔的基本参数及检测目的、合成塔的基本参数及检测目的n设计压力：设计压力：16.1MPa； 工作压力：工作压力：14.8MPa，n设计温度：设计温度：191；n材质：筒体，材质：筒体，K-TEN62M；封头，；封头，SB4

48、9SR；n壁厚：筒体，壁厚：筒体，84mm；封头，；封头，120（下），（下），94（上）（上）mmn几何尺寸：几何尺寸：2800mm33000mm；n筒体结构：筒体结构：7节多层包扎筒节焊接而成；节多层包扎筒节焊接而成；n工作介质：氨、二氧化碳等工作介质：氨、二氧化碳等n主要危险：深环焊缝和腐蚀空洞主要危险：深环焊缝和腐蚀空洞n检测方法：采用部分焊缝超声波衍射方法、应力测试方法和整体声发检测方法：采用部分焊缝超声波衍射方法、应力测试方法和整体声发射检测方法，并结合强度分析进行结构完成性评价。射检测方法，并结合强度分析进行结构完成性评价。2021-10-2255第五节 典型压力容器和常压声发射

49、检测应用实例二、多层包扎式尿素合成塔的声发射检测与评定二、多层包扎式尿素合成塔的声发射检测与评定2、声发射检测仪器及主要参数设置、声发射检测仪器及主要参数设置n检测仪器：检测仪器：32通道声发射检测仪；通道声发射检测仪；n传感器：传感器：R15；共振频率：；共振频率：150kHz；n增益：增益：30dB； 门槛：门槛：40dB；n定位方式为：线定位和三角定位；定位方式为：线定位和三角定位；n传感器平均灵敏度：传感器平均灵敏度：91dB；n波速：由衰减测量时测定。波速：由衰减测量时测定。2021-10-2256第五节 典型压力容器和常压声发射检测应用实例二、多层包扎式尿素合成塔的声发射检测与评定

50、二、多层包扎式尿素合成塔的声发射检测与评定3、传感器的布置、传感器的布置n为了提高检测缺陷的灵敏度和为了提高检测缺陷的灵敏度和缺陷定位的可靠性，将声发射传缺陷定位的可靠性，将声发射传感器布置在该塔环焊缝外侧，为感器布置在该塔环焊缝外侧，为最佳声发射检测方案；最佳声发射检测方案；n每个环缝上沿圆周均布每个环缝上沿圆周均布3个传感个传感器，间距约器，间距约3m；相邻上下两个环；相邻上下两个环缝上的传感器互相形成三角形排缝上的传感器互相形成三角形排列；列；n这样既可以通过线定位软件重这样既可以通过线定位软件重点监测深环焊缝，又可以通过三点监测深环焊缝，又可以通过三角形定位软件来兼顾监测筒体部角形定位

51、软件来兼顾监测筒体部分；分；传感器阵列布置图传感器阵列布置图2021-10-2257第五节 典型压力容器和常压声发射检测应用实例二、多层包扎式尿素合成塔的声发射检测与评定二、多层包扎式尿素合成塔的声发射检测与评定4、加压过程、加压过程n为保证检验的有效性，分为保证检验的有效性，分2个循环加压（个循环加压（017.1MPa，14.816.6MPa）；）；n由于该装置属于系统加压，所以确定水压试验压力为由于该装置属于系统加压，所以确定水压试验压力为PT=17.1MPa。5、检测结果、检测结果n根据各阶段出现的声发射定位集团的情况，确定声源的活度等级，并根据各阶段出现的声发射定位集团的情况，确定声源

52、的活度等级，并结合按强度和能量确定的声源强度等级，最终确定声源的综合等级如结合按强度和能量确定的声源强度等级，最终确定声源的综合等级如下表：下表：2021-10-2258第五节 典型压力容器和常压声发射检测应用实例二、多层包扎式尿素合成塔的声发射检测与评定二、多层包扎式尿素合成塔的声发射检测与评定5、检测结果、检测结果声源活度、强度及综合等级划分声源活度、强度及综合等级划分2021-10-2259第五节 典型压力容器和常压声发射检测应用实例二、多层包扎式尿素合成塔的声发射检测与评定二、多层包扎式尿素合成塔的声发射检测与评定6、综合结果分析、综合结果分析n对三条环焊缝进行超声衍射检测，未发现超标

53、缺陷；对三条环焊缝进行超声衍射检测，未发现超标缺陷；n水压试验时，塔体和焊缝的应力、应变和压力关系式线性的，说明塔体水压试验时，塔体和焊缝的应力、应变和压力关系式线性的，说明塔体处于弹性范围内；处于弹性范围内；n经计算，筒体与封头连接焊缝的环向应力和轴向应力都处于安全范围以经计算，筒体与封头连接焊缝的环向应力和轴向应力都处于安全范围以内；内；n根据声发射检测标准，根据声发射检测标准，A级声源可以不进行复验。级声源可以不进行复验。nS3处的处的B级声源，经检查为内衬里焊缝表面开裂所致，修复后可以安全级声源，经检查为内衬里焊缝表面开裂所致，修复后可以安全使用。使用。nS4处的处的B级声源只在第一加

54、压循环出现，经检查为由严重的锈皮开裂引级声源只在第一加压循环出现，经检查为由严重的锈皮开裂引起。起。2021-10-2260第五节 典型压力容器和常压声发射检测应用实例二、多层包扎式尿素合成塔的声发射检测与评定二、多层包扎式尿素合成塔的声发射检测与评定6、综合结果分析、综合结果分析检测结果表明检测结果表明（1）声发射检测技术不仅适用于单层压力容器，也适用于多层包扎高压容）声发射检测技术不仅适用于单层压力容器，也适用于多层包扎高压容器的检测与评定；器的检测与评定；（2）采用线定位重点检测深环焊缝和通过两道焊缝间的三角形定位兼顾监）采用线定位重点检测深环焊缝和通过两道焊缝间的三角形定位兼顾监测筒体

55、部分，是一种较合理的传感器的布置方案；测筒体部分，是一种较合理的传感器的布置方案；（3）第一次加压循环的定位集团是否确实来自于真正的缺陷，尚需沿观察）第一次加压循环的定位集团是否确实来自于真正的缺陷，尚需沿观察保压阶段和第二次加压循环的检测结果来确定；保压阶段和第二次加压循环的检测结果来确定；（4）安全度高的多层包扎高压容器在第二次升压过程中呈现出类似的单层）安全度高的多层包扎高压容器在第二次升压过程中呈现出类似的单层容器一样的弹性特征，在第二次保压过程中基本不出现集中定位点；容器一样的弹性特征，在第二次保压过程中基本不出现集中定位点；（5）焊缝超声波衍射检测、应力测试和整体声发射监测结果表明

56、，该塔的）焊缝超声波衍射检测、应力测试和整体声发射监测结果表明，该塔的结构完整性较好。结构完整性较好。2021-10-2261第五节 典型压力容器和常压声发射检测应用实例三、常压立式储罐腐蚀状态的声发射在线检测与评价三、常压立式储罐腐蚀状态的声发射在线检测与评价储罐的基本问题储罐的基本问题n劣化的最常见形式是遭受各种各样的腐蚀，其中最易受到破坏和发生问题劣化的最常见形式是遭受各种各样的腐蚀，其中最易受到破坏和发生问题的部位是储罐的罐底。的部位是储罐的罐底。对罐底声发射检测的特点对罐底声发射检测的特点n对储罐的完整性不会有任何影响；对储罐的完整性不会有任何影响；n实现实时和在线检测；实现实时和在

57、线检测；n非常经济；非常经济；n检测结果直观、明确；检测结果直观、明确；n声发射检测与超声测厚相结合，可以对储罐进行整体在线检测和结构完整声发射检测与超声测厚相结合，可以对储罐进行整体在线检测和结构完整性评价，提高检测结果的可靠性；性评价，提高检测结果的可靠性；2021-10-2262第五节 典型压力容器和常压声发射检测应用实例三、常压立式储罐腐蚀状态的声发射在线检测与评价三、常压立式储罐腐蚀状态的声发射在线检测与评价1、检测原理和方法、检测原理和方法n利用声学方法和现代信号分析技术，对立式储罐罐底在受压利用声学方法和现代信号分析技术，对立式储罐罐底在受压和腐蚀状态下的广义声发射进行检测与评价。和腐蚀状态下的广义声发射进行检测与评价。n当罐底存在泄露时，介质流过泄露孔时，会产生湍流流动噪当罐底存在泄露时，介质流过泄露孔时，会产生湍流流动噪声，当介质夹带颗粒状杂质时，会使信号更丰富，若泄漏通声，当介质夹带颗粒状杂质时，会使信号更丰富，若泄漏通道暂时受到杂物限制时，道暂时受到杂物限制时，“水击水击”效应也会产生噪声。效应也会产生噪声。n若罐底存在较为严重的腐蚀区域