撰文/張 峰 張廉正 孟 慶

■010020 內(nèi)蒙古自治區(qū)鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院 內(nèi)蒙古 呼和浩特市

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關(guān)于高溫厚壁壓力容器聲發(fā)射技術(shù)聲源定位誤差的探討

撰文/張 峰 張廉正 孟 慶

■010020 內(nèi)蒙古自治區(qū)鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院 內(nèi)蒙古 呼和浩特市

聲發(fā)射技術(shù)（Acoustic Emission，AE）是用來(lái)檢測(cè)壓力容器及壓力管道缺陷的一種重要手段。聲發(fā)射技術(shù)包括聲發(fā)射檢驗(yàn)和評(píng)定結(jié)果兩個(gè)過(guò)程，在這兩個(gè)過(guò)程中聲源定位起著重要的作用，因此如何提高定位精度是目前相關(guān)工作人員的主要研究點(diǎn)。本文根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)，分析了高溫厚壁壓力容器中聲發(fā)射檢測(cè)的誤差，并探討了聲源定位產(chǎn)生誤差的相關(guān)因素。聲發(fā)射技術(shù)；高溫厚壁壓力容器；聲源定位；誤差

材料受到力的作用時(shí)將產(chǎn)生形變或裂紋，將應(yīng)力以彈性波形式釋放出來(lái)，這就是聲發(fā)射（AE）。大多數(shù)的聲發(fā)射由于信號(hào)很弱，無(wú)法通過(guò)人耳直接聽(tīng)到，需要通過(guò)靈敏的電子儀器探知。利用儀器檢測(cè)分析發(fā)射信號(hào)并利用發(fā)射信號(hào)確定聲源位置的技術(shù)就是所謂的聲發(fā)射技術(shù)。聲發(fā)射技術(shù)屬于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，與其他檢測(cè)技術(shù)相比，具有靈敏度高，可整體檢測(cè)大型設(shè)備等特點(diǎn)，自上世界五十年代起，已經(jīng)在很多領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。聲源定位是聲發(fā)射技術(shù)的一項(xiàng)重要的參數(shù)指標(biāo)，反映了出現(xiàn)活動(dòng)缺陷位置。聲源定位的主要方法有：區(qū)域定位法和時(shí)差定位法。

聲源定位技術(shù)在高溫厚壁壓力容器探傷領(lǐng)域的使用也越來(lái)越廣泛。高溫厚壁壓力容器的特點(diǎn)是壁厚通常在10厘米以上，壁厚最厚的可達(dá)35厘米。對(duì)于這類高溫厚壁壓力容器的焊縫來(lái)說(shuō)，使用聲發(fā)射技術(shù)確定其缺陷位置時(shí)，壁厚內(nèi)表面缺陷增加或者缺陷深度的增加會(huì)導(dǎo)致定位誤差的增大。基于此，本文通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀并結(jié)合作者對(duì)聲發(fā)射技術(shù)理論的認(rèn)知及對(duì)高溫厚壁壓力容器的聲發(fā)射檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)，及相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，對(duì)高溫厚壁壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)中的聲源定位問(wèn)題進(jìn)行探討。

聲源定位法原理探討

聲源定位法大致可分為兩類，點(diǎn)定位法和區(qū)域定位法。區(qū)域定位法對(duì)傳感器的具體位置沒(méi)有要求，傳感器之間的距離可以很大，但是被檢區(qū)域內(nèi)任意位置處聲源發(fā)出的信號(hào)能被至少其中的一個(gè)傳感器所接受。區(qū)域定位法的特點(diǎn)是傳感器安裝靈活，可檢測(cè)的范圍比較大，但是其對(duì)聲源的位置確定僅確定為一個(gè)區(qū)域，誤差較大。

點(diǎn)定位法包括線定位法和面定位法，其中面定位法又分為平面三角形定位和平面矩形定位。平面三角形定位法是面定位中比較重要的組成部分，主要有三點(diǎn)定位法和角度定位法兩種。

三點(diǎn)定位法原理是首先測(cè)量聲源電到達(dá)三個(gè)非同一直線上的傳感器之間的距離，然后分別以三個(gè)傳感器點(diǎn)為圓心，以聲源點(diǎn)到傳感器間的距離為半徑作圓，三個(gè)圓焦點(diǎn)為聲源的位置坐標(biāo)。

角度定位法原理是首先需要確定聲源電與兩個(gè)傳感器點(diǎn)之間的夾角和以這兩個(gè)傳感器點(diǎn)為端點(diǎn)的直線之間的距離，然后分別取聲源，量傳感器的圓來(lái)確定圓心電而進(jìn)行定位。

由此可知雖然三角定位法比較簡(jiǎn)單，但是在實(shí)際應(yīng)用中由于各個(gè)方面的限制，需要對(duì)角度進(jìn)行研究，通常由于各傳感點(diǎn)距離較大，因此誤差較大。

平面三角形聲源定位誤差實(shí)例

本節(jié)以平面三角形聲源定位的實(shí)例來(lái)對(duì)聲源定位誤差進(jìn)行分析。

a測(cè)試儀器

本文通過(guò)聲源定位的實(shí)例來(lái)分析聲源定位所產(chǎn)生的誤差，具體應(yīng)用于一系列不同厚度的壁板，聲發(fā)射系統(tǒng)由R31-AST傳感器及PAC公司出品的DiSP-56聲發(fā)射工作站組成。

b實(shí)例分析

實(shí)例樣板選用普通硅鋼板，使用0.5毫米普通硬度的鉛筆在硅鋼板某處按斷設(shè)此點(diǎn)為Oi， O點(diǎn)為聲發(fā)射源Oi的表面投影，其發(fā)出的聲波被平面三角形三個(gè)頂點(diǎn)處的傳感器偵得。

表1 理論誤差與實(shí)際誤差值

以傳感器為頂點(diǎn)的平面三角形各個(gè)邊長(zhǎng)分別為4 m，5.5 m，5 m，樣板厚度取20 cm， ，30cm，40 cm，60 cm.可以使用AUTOCAD軟件得出B，C，O點(diǎn)的坐標(biāo)。然后分別求得理論誤差值和實(shí)際誤差值，理論誤差值可通過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)記載的公式計(jì)算得出，具體數(shù)值參見(jiàn)表1。從表1數(shù)據(jù)可以看出，平面三角形的理論計(jì)算值與試驗(yàn)測(cè)試值比較吻合相對(duì)誤差較小，表明理論計(jì)算結(jié)果精確度較高。但是注意到當(dāng)樣板厚度達(dá)到60 cm時(shí)，誤差接近20 cm，因此當(dāng)壁厚在60 cm范圍內(nèi)時(shí)，得到的聲源定位誤差要在20 cm內(nèi)進(jìn)行二次檢查。

軌跡誤差實(shí)例分析

a誤差點(diǎn)的移動(dòng)軌跡

具體的誤差點(diǎn)移動(dòng)軌跡實(shí)例可以使用CAD繪圖軟件進(jìn)行繪圖來(lái)描述，可以得知壁厚的數(shù)值的大小也會(huì)導(dǎo)致誤差。

b誤差與壁厚值的關(guān)系分析

通過(guò)計(jì)算來(lái)分析壁厚與聲源定位誤差的關(guān)系，不同的壁厚可以計(jì)算出三個(gè)誤差值，具體見(jiàn)表2，壁厚在10 cm至100 cm范圍內(nèi)取值。

表2 不同壁厚的缺陷誤差數(shù)值

從表2可以得知，三個(gè)誤差值均隨著壁厚的增加而增加，并且當(dāng)壁厚超過(guò)60 cm 時(shí)誤差會(huì)明顯加大，這表明在此壁厚超過(guò)60 cm時(shí)，使用此方法獲得的聲源定位確定缺陷位置的誤差已經(jīng)較大。

聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器的缺陷檢測(cè)中優(yōu)點(diǎn)明顯， 但是在高溫厚壁壓力容器檢測(cè)中由于容器壁厚較大， 經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致聲源定位出現(xiàn)較大誤差。本文列舉了厚壁壓力容器的聲探測(cè)方法并給出了具體實(shí)例，通過(guò)具體的試驗(yàn)結(jié)果與理論公式值進(jìn)行對(duì)比，探討了容器壁較厚情況下定位誤差的規(guī)律。得出結(jié)論使用用聲發(fā)射技術(shù)進(jìn)行缺陷定位時(shí)， 建議對(duì)聲源位置小于20 cm范圍內(nèi)使用另外的常規(guī)檢測(cè)方法進(jìn)行二次檢驗(yàn)進(jìn)而確定聲源的具體位置。

參考：

［1］劉富君，胡東明，丁守寶等.厚壁壓力容器聲發(fā)射技術(shù)聲源定位誤差分析［J］.無(wú)損檢測(cè)，2009（11）：842-846.

［2］徐彥廷，孫茂成.聲源定位問(wèn)題研究及誤差分析［J］.無(wú)損檢測(cè)，1999 （5）：199-200.