声发射应用.docx

声发射检测技术及其在电力系统的应用前景无损检测0921姓名；戴涧秋 学号；2009539216摘要:介绍了声发射检测技术原理及在压力容器检验中的应用情况，展望它在电力系统 及相关其他方面应用的广阔前景关键词:声发射;无损检测;应用;电力系统即其它相关方面1 概述声发射检测技术是电力设备实现状态检修的重要技术手段之一声发射是指物体在受到 形变或外界作用时,因迅速释放弹性能量而产生瞬态应力波的一种物理现象作为一种整体 检测技术,通过按一定阵列布置少量固定不动的传感器,声发射仪就可获得被检对象中声源 在检测过程中的一切信息,并可确定声源的位置,这为实际检测和评价工作带来了极大的方 便利用声发射技术进行压力容器检测,相对于常规的超声、射线、磁粉、涡流等无损检测 方法,可快速对整个压力容器结构进行全方位的整体检验,所需时间一般只有常规检测的1/5 左右而且,声发射技术是一种动态无损检测技术,具有在动态条件下活动性缺陷主动参与检 测的独到之处,可以预测缺陷的有害度及其扩展的趋势,作出准确的安全评定,这是声发射检 测同其它检测技术的根本区别声发射(AE)是指物体在受到形变或外界作用时，因迅速释放(弹性)能量而产生瞬态应力 波的一种物理现象。

金属中的声发射源主要为裂纹萌生和扩展、屈服和塑性变形、夹渣物的 断裂和脱开等声发射检测技术是一种动态无损检测方法，它不同于超声波、射线、涡流等 无损检测声发射检验技术的基本原理就是利用祸合在材料表面上的压电陶瓷探头将材料内 声发射源产生的弹性波转变为电信号，然后用电子设备将电信号进行放大和处理使之特性 化，并予以显示和记录，从而获得材料内声发射源的特性参数通过分析检验过程中声发射 仪器所得的各种参数，即可知道材料内部的缺陷情况如果用多通道声发射检测系统，还可 以确定声发射源即缺陷的具体部位声发射检测原理如图1所示记录与显示-信号处理-信号放大-声电转换-声发射传播-解释与评定 由于金属塑性变形的不可逆性，声发射是不可逆的，即试样第一次受力后，再次以同样 的方式受力时，若未达到以前的最大值，则不会出现声发射这一现象由德国人Kalser发现， 所以称之为Kaiser效应声发射的不可逆效应有重要的实用价值，它不仅可用来判定所检测到的声发射信号的真 实性，而且还能推断出材料所受的最大应力应用这一原理可对在役压力容器进行定期检验声发射技术作为一种无损检测方法始于02世纪60年代，如今已是美国极为成熟的无损检 测手段。

近年来，我国对该技术的应用也作了大量研究，并取得了一定成效下面拟就声发 射技术在压力容器检验中的应用情况作一介绍，并展望它在电力系统其它方面的应用前景2 在压力容器检验中的应用根据声发射的不可逆效应，对于已用过的压力容器而言，如果检修时再次进行水压试验， 而压力又不超过使用的最高压力，则不会出现声发射信号;如果压力容器有疲劳裂纹或应力 腐蚀裂纹，则在较低压力下就会发出声发射信号由此可见，用声发射监视就能发现裂纹的 扩展和新裂纹的产生在役压力容器声发射检测的基本程序包括以下几个步骤：①完成各项检测准备工作；② 确定传感器阵列;③布置声发射传感器并保证声祸合良好;④接线并检查线路，设定检测条件; ⑤排除噪声干扰;⑥校准检测系统;⑦耐压试验，并进行AE检测（信号收集）；⑧数据处理及结 果评定在役压力容器声发射检测的评定标准和依据有:①JB/TQ7667—95《在役压力容器声发射 检测评定方法》；②劳动部锅检中心颁发的《金属压力容器声发射检测及结果评价标准》； ③GBJZo4—94《钦合金压力容器声发射检测方法》例如JB/TQ7667—95标准声发射检验声 源严重程度按附表执行表中A级源最严重，B级源严重，C级源不严重，其中A、B级源需要 常规无损检测复检。

某市锅炉压力容器检验所对到期的18台城市煤气廿G（液化石油气）贮罐进行了声发射检 验，其中100m3卧罐16台，100m，球罐2台这批贮罐采用常规无损检测，均未发现内表面有 任何类型表面裂纹，但用声发射复检时，在#13卧罐的封头与筒体环焊缝处却出现有意义的 声源，这说明Asl、As7部位存在未熔合缺陷，需要挖补，AS4焊缝应打磨圆滑过渡全部检 测使用73个工作日，约仅为常规无损检测的1/3我省电力系统拥有在役压力容器上千台，其中有相当一部分存在各种缺陷未能及时进行 检验和处理如用声发射检测技术则可对有些已到检验期或带缺陷运行而确实不能停产的压 力容器进行检测和安全评定这样，既可保证容器的安全使用，又能延长其停产开罐检 验的周期，可为用户带来直接的经济效益鉴于此，建议我省电力系统应学习劳动部门的经验，尽快将声发射检测技术首先在压力 容器检验中推广起来3 在电力系统其他方面应用前景3.1 锅炉受热面管泄漏检验 锅炉受热面管泄漏是火电厂经常发生的一种事故，如把受热面管泄漏作为一个声发射 源，则利用声发射检测技术即可对其泄漏部位进行检查，既快捷又准确3.2 变压器故障检查 局部放电是大型变压器的主要故障，把内部放电部位作为故障源，用声发射检测技术即 可以对变压器内部放电进行检查，美国在这方面已有成功的范例，我国应迎头赶上。

3，3 汽轮发电机组轴系振动及安全监测汽轮发电机组的轴系如果存在微裂纹或振动异常，将严重影响其安全运行国内已有利 用声发射技术对旋转机械进行振动诊断的报道，美国也有利用声发射技术对直升机传动轴进 行动态监测的成功范例在不久的将来，声发射技术定会很好地应用于汽轮发电机组轴系的 故障监测及诊断3.4 管座角焊缝质量检查管座角焊缝，尤其是尺寸较小的管座角焊缝，目前尚无较好的无损检测方法检测其质量， 而这些地方恰恰又是管道的薄弱环节利用声发射却能弥补其它无损检测方法的不足，例如 我省曾有多家水电厂的油管路系统因管座角焊缝而发生油泄漏事故，如利用声发射就可以很 好地对其进行检验，进而消除缺陷3.5声发射检测技术在我国核电厂的应用现状和前景 声发射检测技术在我国核电厂已得到初步运用 ! 主要运用在核反应堆一回路水压试验 时的焊缝泄漏检查! 在其他方面也有着广阔的运用前景"1. 反应堆压力容器水压试验焊缝泄漏检查反应堆压力容器是核电厂的核心设备 ! 是一回路压力边界和第二道核安全屏障" 在压 力容器顶部和底部分别有密集的控制棒驱动机构管座和中子通量测量导向管! 在定期的水 压试验时! 这些部位空间狭小,环境辐照剂量高! 用常规的目视检查方法无法进行上述部位 焊缝的泄漏检查! 因此运用了声发射检查的方法.秦山第二核电厂在一回路水压试验时应用 声发秦山第二核电厂多次运用声发射检测技术进行.反应堆压力容器水压试验泄漏检查! 实 践证明效果良好2. 核电厂承压容器的声发射检查核电厂有大量常规承压容器和热交换器可以运用声发射 检测技术进行传热管的泄漏检查和水压试验时的检查.高低压加热器是核电厂的主要承压部 件之一,由于其管束长时间在高温高压工况下工作极易发生疲劳腐蚀产生裂纹 ,在裂纹开始 前的应力集中阶段, 金属内部的晶粒将重新排列并产生滑移发出微弱的声发射信号 , 此后 管内的高压流体由缝隙处向外喷射形成高速射流对壁面产生激励和摩擦,发出声发射波利用 声发射传感器将收集到的信号和事先设定的泄漏特征值进行比较,可判断是否发生泄漏以及 泄漏程度.可以运用声发射技术进行承压容器水压气压强度试验的实时监测 & 承压容器定期修复 改造后的强度试验中,安全问题是必须考虑的重要问题,通常选择声发射检测进行实时监测 探测和定位局部活动的结构不连续性 .因为声发射检测方法除了可以判断缺陷的大小和定 位% 评价结构的完整性外,还能提供安全检测& 它可以检测到升压过程中容器壁内裂纹的扩 展, 迅速中止试验对缺陷作进一步的检测和判断 , 避免由未知缺陷引起的灾难性失效. 这 是利用了声发射检测方法对线性缺陷较为敏感 , 能探测到在外加载荷下线性缺陷的活动情 况,且稳定的缺陷不产生声发射信号的特点,同时可以根据声发射检测结果推算出承压容器 的最高工作压力.对于在役承压容器的定期检验采用声发射检测方法有缩短停产时间或无需 停产的优点.3. 探测核电厂工艺系统阀门内漏以实行状态维修当阀门的严密性较差时 ,会有少量汽或水经阀瓣和阀座之间的缝隙喷射而出 产生高速 射流. 由此产生的声发射波是连续的% 信号比较强烈幅度大小与泄漏速率成正比.因此可以 利用声发射检测方法检查阀门泄漏.核电厂的工艺系统复杂 , 阀门数量庞大, 核岛反应堆冷却剂系统和核辅助系统的阀门 检修空间小, 密封性要求高, 工作环境和设备本体辐照剂量高,按照现有的预防性维修大纲, 每次机组大修阀门解体检修工作量大 . 因此可以利用声发射检测方法在机组停机前进行在 线检测, 确定存在泄漏必须解体检查的阀门,优化大修项目, 缩短大修工期,降低大修成本.4, 电厂锅炉“四管”长期在高温高压下工作,很容易因材料疲劳、腐蚀等产生裂纹。

在 裂纹成核、扩展直至开裂之间的应力集中阶段,金属内部的晶粒将发生重新排列,产生微弱的 声发射信号;当金属应力集中达到一定程度时,材料开裂同时释放大量应变能,因此产生很强 的声发射信号;如果发生泄漏,则管内的高压流体由裂缝处向外喷射,形成高速射流,高速流 体对壁面产生激励作用和摩擦,产生声发射波,此弹性波沿金属表面传播,遇到界面后会发生 反射和折射若在炉体上按一定的间隔安装声传感器,根据声信号即可判断是否产生泄漏及 泄漏程度由于声信号在传播中的衰减,还可根据衰减特性测定大致的泄漏位置已有电厂 在水冷壁、省煤器、再热器及过热器上安装了声发射泄漏检测系统,使传感器覆盖整个受热 面,不但能把噪声和泄漏信号分辩出来,还能把吹灰器产生的低频声波信号与泄漏信号分开 另外,声发射技术也可用于监测火电机组高压加热器、低压加热器管束的泄漏情况华北某 电厂安装了高压加热器泄漏监测系统,并成功地监测出疏水冷却器的泄漏利用声发射技术 还可以对汽轮机振动与摩擦进行 监测汽轮机动静部分有可能发生摩擦的部位有:叶轮与隔板、叶片与汽缸、轴与汽封、轴 颈与轴瓦等当动静部分发生摩擦时,能量以弹性波的形式释放出来声发射技术可以及时判断是否发生摩擦、摩擦变化趋势及磨损程度,因其反映的是故障 (摩擦、裂纹等)的一次信号,具有高度的实时性。

目前通常将摩擦监测与振动监测并重,利用 声发射信号与振动信号进行综合判断近年来,我国声发射技术在研究、应用的深度和广度 上都有比较大的发展作为一种动态的整体检测技术,其必将在电力设备的监测与诊断方面 得到广泛的应用4 结束语随着计算机及信号处理技术在声发射讯号识别上的应用日趋成熟和我国有关声发射检 测技术的标准规范进一步完善，声发射技术的应用前景将更加广阔声发射检测技术将会运用 到更多领域毋庸置疑，它作为一种检测手段在电力系统中的应用也会不断增加，我们应为 推进声发射技术在我省电力系统中的推广应用作出努力参考文献!1］马羽宽等.声发射技术及其应用.北京:机械工业出版社，1984［3］王祖荫.声发射技术基础.济南:山东科学技术出版社，1989【3］梁家全等.常规无损检测和声发射检测在压力容器定检 中交替使用.化工劳动保护，199，20(4)［4］刘源等.声发射技术在在用压力容器检验中应用研究的 必要性石油化工设备技术，200，21(2)［5］沈庆根. 郑水英等,设备故障诊断.(化学工业出版社)［6］沈功田.李金海等,压力容器无损检测 声发射检测技术,无损检测.。