作者：孫雷，沈建民，毛國均，王小華（寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)中心，浙江 寧波 315020）
1 前言
聲發(fā)射是指物體在形變或受外界作用時(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[1]。聲發(fā)射檢測(cè)即是通過儀器接收這些彈性波，對(duì)結(jié)構(gòu)安全狀況進(jìn)行檢測(cè)的一種方法。聲發(fā)射檢測(cè)作為一種動(dòng)態(tài)無損檢測(cè)方法，可實(shí)現(xiàn)壓力容器的在線檢驗(yàn)及結(jié)構(gòu)的整體探測(cè)和評(píng)價(jià)。目前聲發(fā)射已廣泛應(yīng)用于壓力容器的檢測(cè)，國內(nèi)外已經(jīng)制定了許多相關(guān)的聲發(fā)射檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，如中國的gb/t 18182-2000《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)及結(jié)果評(píng)價(jià)方法》、美國asme v-12中金屬壓力容器檢測(cè)方法等[2-4]。中國特檢中心的沈功田等在壓力容器聲發(fā)射源上做了大量的研究，給出了一些典型聲發(fā)射源的參數(shù)范圍[5]。本文介紹了我中心使用美國pac公司72通道聲發(fā)射儀器進(jìn)行檢測(cè)時(shí)碰到的一些噪音、氧化皮開裂脫落、摩擦等信號(hào)實(shí)例。
圖1 外界振動(dòng)形成的定位圖
2 噪聲信號(hào)
2.1 機(jī)械噪聲
2.1.1 外界振動(dòng)噪聲
遠(yuǎn)處的撞擊、振動(dòng)，如果能量較大，有可能在壓力容器的聲發(fā)射檢測(cè)中形成事件定位。圖1為某液化氣儲(chǔ)罐在2.0mpa保壓時(shí)遠(yuǎn)處傳來較大的聲響后同時(shí)形成的五個(gè)定位點(diǎn)，這幾個(gè)定位點(diǎn)是在人聽到外界沖擊振動(dòng)后一瞬間形成的。
圖2 振動(dòng)引起的波形及頻譜圖
2.1.2 磁座損壞引起的偽定位
圖3為某液化石油氣儲(chǔ)罐在2.1mpa保壓時(shí)形成的聲發(fā)射事件定位及各通道的時(shí)間幅值圖，從定位圖上看僅有2個(gè)定位點(diǎn)，但數(shù)據(jù)顯示共有2597個(gè)事件，且這些事件都是由1、6、7這三個(gè)通道形成的定位，從時(shí)間-幅值圖上可發(fā)現(xiàn)這三個(gè)通道均不正常，6號(hào)通道門檻設(shè)置太低，7號(hào)通道一直存在較高幅值的信號(hào)，1號(hào)通道一開始信號(hào)幅值較低，但后來信號(hào)幅值逐漸增加。對(duì)該定位部位進(jìn)行超聲波復(fù)驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷。檢查發(fā)現(xiàn)1、7號(hào)通道上使用的磁座存在問題，其c形磁鐵與鋁制磁座本體之間已經(jīng)松脫，懷疑是容器本體、耦合劑、探頭、c形磁鐵及磁座本體之間形成振動(dòng)系統(tǒng)，產(chǎn)生大量的自激信號(hào)。更換損壞的磁座后，在其他容器的聲發(fā)射檢測(cè)時(shí)未再出現(xiàn)此類問題。
圖3 定位及各通道事件幅值圖
2.1.3 水滴滴落形成的偽定位
水滴滴落在容器本體上也會(huì)形成事件定位，要識(shí)別這些信號(hào)必須通過頻譜分析。圖4為水滴信號(hào)的波形及頻譜圖，其波形信號(hào)屬于典型的突發(fā)信號(hào)，但信號(hào)頻率較低，頻譜圖上顯示中心頻率為65.4khz。造成這個(gè)水滴滴落主要是因?yàn)槁暟l(fā)射檢測(cè)前未關(guān)閉容器與安全閥之間的截止閥，導(dǎo)致安全閥起跳，安全閥上殘余的水滴落在容器本體上形成定位源。
圖4 水滴滴落信號(hào)波形及頻譜圖
2.2 電磁噪聲
大功率電機(jī)啟動(dòng)、停止等會(huì)引起較大的電磁噪聲，形成事件定位。圖5為進(jìn)料泵啟動(dòng)形成的聲發(fā)射波形，各通道波形形狀相近，為脈沖突變狀，持續(xù)時(shí)間短，的特征是各通道波形起始時(shí)刻一致，是空間電磁噪音直接作用在聲發(fā)射儀通道上形成的，并不是傳感器接收的信號(hào)。這點(diǎn)與機(jī)械振動(dòng)引起容器振動(dòng)，通過傳感器接收信號(hào)形成的定位不同，機(jī)械噪音各通道波形起始時(shí)刻通常不一致。進(jìn)行頻譜分析可得該信號(hào)的中心頻率為312khz，頻率較高。
圖5 電磁噪音信號(hào)波形
3 氧化皮開裂脫落信號(hào)
圖6 100m3液化石油氣儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè)定位圖
4 摩擦信號(hào)
一般墊板與容器殼體采用全部或部分角焊縫連接，在加壓過程中墊板與殼體膨脹不一致引起的摩擦可產(chǎn)生大量的聲發(fā)射信號(hào)。在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中也經(jīng)常觀察到鞍座墊板區(qū)域、人孔補(bǔ)強(qiáng)板區(qū)域等易產(chǎn)生摩擦部位形成聲發(fā)射事件定位。圖7為一個(gè)50m3液化石油氣儲(chǔ)罐的聲發(fā)射事件定位圖，該液化石油氣儲(chǔ)罐的鞍座墊板角焊縫分段焊接，角焊縫長度約占鞍座長度的50%，在受檢的其它液化石油氣儲(chǔ)罐中鞍座角焊縫長度通常占鞍座長度的90%以上，因此該儲(chǔ)罐鞍座在聲發(fā)射檢測(cè)時(shí)形成了大量的聲發(fā)射事件定位。兩個(gè)鞍座區(qū)域聲發(fā)射事件數(shù)不一致，這與儲(chǔ)罐鞍座一頭固定，一頭可活動(dòng)有關(guān)。同時(shí)該儲(chǔ)罐罐體離散分布著較多的定位點(diǎn)，這與該罐油漆脫落較多，保養(yǎng)不佳有關(guān)。
對(duì)墊板處的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)其信號(hào)幅度較高，在53~82db之間，持續(xù)時(shí)間長，在400~21857μs之間，信號(hào)能量較高。頻譜分析發(fā)現(xiàn)這些信號(hào)頻率在85khz~128khz之間，比氧化皮脫落的信號(hào)頻率要高。從原理上講，物體剛性越大則其固有頻率越高，摩擦信號(hào)是由金屬相互作用產(chǎn)生，金屬剛性比氧化皮大，因此其信號(hào)頻率比氧化皮高。這點(diǎn)對(duì)我們分析處理缺陷信號(hào)非常有用，裂紋擴(kuò)展等缺陷通常是由金屬相互作用產(chǎn)生，因此可以推斷缺陷信號(hào)頻率較高，比氧化皮的頻率80khz要高。gb/t 18182-2000中推薦的換能器諧振頻率為100-400khz比較合理。
圖7 50m3液化石油氣儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè)定位圖
5 結(jié)論
聲發(fā)射檢測(cè)受外界干擾因素較多，容易形成非缺陷性定位信號(hào)，在條件允許的情況下，應(yīng)盡可能對(duì)波形進(jìn)行采集，通過波形及頻譜分析，可識(shí)別一些非缺陷性信號(hào)。
同時(shí)，在聲發(fā)射檢測(cè)中要重視容器的宏觀檢查，尤其是容器的結(jié)構(gòu)及表面狀況，便于在檢測(cè)中及時(shí)排除各種相關(guān)的非缺陷信號(hào)。
參考文獻(xiàn)(略)