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摘 要：介绍了压力容器声发射检测中常见的机械振动、电磁干扰、氧化皮开裂脱落、鞍座垫板摩擦等非缺陷定位信号。沧州欧谱频谱分析发现机械噪音、氧化皮、摩擦声发射信号频率逐渐增加，电磁噪音信号频率较高，通过频率不同可以区分这些信号。 关键词：声发射 噪声 非缺陷信号频谱分析 Several False Defect Signals in Acoustic Emission of Pressure Vessels Sun Lei，Shen Jianmin，Mao Guojun，Wang Xiaohua Ningbo Special Equipment Inspection Center，Zhejiang，Ningbo，315020 Abstract: Several false defect signals in acoustic emission of pressure vessel like the vibration noise，electromagnetic noise，corrode outcome splitting and the friction between backing board were introduced. Frequency analysis of these signals was conducted. We can find the different signals by frequency. Key words: acoustic emission; noise; false defect signal; frequency analysis 图1 外界振动形成的定位图 1 前言 声发射是指物体在形变或受外界作用时，因迅速释放（弹性）能量而产生瞬态应力波的一种物理现象[1]。声发射检测即是通过仪器接收这些弹性波，对结构安全状况进行检测的一种方法。声发射检测作为一种动态无损检测方法，可实现压力容器的在线检验及结构的整体探测和评价。目前声发射已广泛应用于压力容器的检测，国内外已经制定了许多相关的声发射检测标准，如中国的GB/T 18182-2000《金属压力容器声发射检测及结果评价方法》、美国ASME V-12中金属压力容器检测方法等[2-4]。中国特检中心的沈功田等在压力容器声发射源上做了大量的研究，给出了一些典型声发射源的参数范围[5]。本文介绍了我中心使用美国PAC公司72通道声发射仪器进行检测时碰到的一些噪音、氧化皮开裂脱落、摩擦等信号实例。 2 噪声信号 2.1 机械噪声 2.1.1 外界振动噪声 远处的撞击、振动，如果能量较大，有可能在压力容器的声发射检测中形成事件定位。图1为某液化气储罐在2.0MPa保压时远处传来较大的声响后同时形成的五个定位点，这几个定位点是在人听到外界冲击振动后一瞬间形成的。 图2为其中一个通道的信号波形及经快速傅立叶变换所得的频谱图，波形数据点间距较大，频谱图上可读出该信号的中心频率为46.9kHz，频率较低，一般缺陷信号的频率范围在100~400kHz之间。 图3 定位及各通道事件幅值图 2.1.2 磁座损坏引起的伪定位 图3为某液化石油气储罐在2.1MPa保压时形成的声发射事件定位及各通道的时间幅值图，从定位图上看仅有2个定位点，但数据显示共有2597个事件，且这些事件都是由1、6、7这三个通道形成的定位，从时间-幅值图上可发现这三个通道均不正常，6号通道门槛设置太低，7号通道一直存在较高幅值的信号，1 号通道一开始信号幅值较低，但后来信号幅值逐渐增加。对该定位部位进行超声波复验，未发现超标缺陷。检查发现1、7号通道上使用的磁座存在问题，其C形磁铁与铝制磁座本体之间已经松脱，怀疑是容器本体、耦合剂、探头、C形磁铁及磁座本体之间形成振动系统，产生大量的自激信号。更换损坏的磁座后，在其他容器的声发射检测时未再出现此类问题。 2.1.3 水滴滴落形成的伪定位 水滴滴落在容器本体上也会形成事件定位，要识别这些信号必须通过频谱分析。图4为水滴信号的波形及频谱图，沧州欧谱其波形信号属于典型的突发信号，但信号频率较低，频谱图上显示中心频率为65.4kHz。造成这个水滴滴落主要是因为声发射检测前未关闭容器与安全阀之间的截止阀，导致安全阀起跳，安全阀上残余的水滴落在容器本体上形成定位源。 图4 水滴滴落信号波形及频谱图 2.2 电磁噪声 大功率电机启动、停止等会引起较大的电磁噪声，形成事件定位。图5为进料泵启动形成的声发射波形，各通道波形形状相近，为脉冲突变状，持续时间短，最明显的特征是各通道波形起始时刻一致，是空间电磁噪音直接作用在声发射仪通道上形成的，并不是传感器接收的信号。这点与机械振动引起容器振动，通过传感器接收信号形成的定位不同，机械噪音各通道波形起始时刻通常不一致。进行频谱分析可得该信号的中心频率为312kHz，频率较高。 3 氧化皮开裂脱落信号 图5 电磁噪音信号波形 图6为一个100m3液化石油气储罐的声发射检测事件定位图，在靠近6号探头附近形成了一些声发射事件定位。波形类似图4所示的突发信号，但中心频率有所提高，在80kHz左右。现场检查发现该定位源区位于储罐铭牌附近，铭牌与筒体连接处存在大量的氧化皮，打磨该氧化皮进行磁粉检测后未发现缺陷，因此可认定该定位源是由氧化皮脱落开裂形成。 氧化皮信号通常产生于存在氧化皮的区域，在识别此类信号时应将宏观检查结果与声发射检测信号进行仔细对比。 4 摩擦信号 一般垫板与容器壳体采用全部或部分角焊缝连接，在加压过程中垫板与壳体膨胀不一致引起的摩擦可产生大量的声发射信号。在现场检测中也经常观察到鞍座垫板区域、人孔补强板区域等易产生摩擦部位形成声发射事件定位。图7为一个50m3液化石油气储罐的声发射事件定位图，该液化石油气储罐的鞍座垫板角焊缝分段焊接，角焊缝长度约占鞍座长度的50%，在受检的其它液化石油气储罐中鞍座角焊缝长度通常占鞍座长度的90%以上，因此该储罐鞍座在声发射检测时形成了大量的声发射事件定位。两个鞍座区域声发射事件数不一致，这与储罐鞍座一头固定，一头可活动有关。同时该储罐罐体离散分布着较多的定位点，这与该罐油漆脱落较多，保养不佳有关。 图6 100m3液化石油气储罐声发射检测定位图 对垫板处的声发射信号进行分析发现其信号幅度较高，在53~82dB之间，持续时间长，在400~21857μs之间，信号能量较高。焊缝探伤仪http://www.hanfengtanshangyi.com频谱分析发现这些信号频率在85kHz~128kHz之间，比氧化皮脱落的信号频率要高。从原理上讲，物体刚性越大则其固有频率越高，摩擦信号是由金属相互作用产生，金属刚性比氧化皮大，因此其信号频率比氧化皮高。这点对我们分析处理缺陷信号非常有用，裂纹扩展等缺陷通常是由金属相互作用产生，因此可以推断缺陷信号频率较高，比氧化皮的频率80kHz要高。GB/T 18182-2000中推荐的换能器谐振频率为100-400kHz比较合理。 图7 50m3液化石油气储罐声发射检测定位图 5 结论 声发射检测受外界干扰因素较多，容易形成非缺陷性定位信号，在条件允许的情况下，应尽可能对波形进行采集，通过波形及频谱分析，可识别一些非缺陷性信号。 同时，在声发射检测中要重视容器的宏观检查，尤其是容器的结构及表面状况，便于在检测中及时排除各种相关的非缺陷信号。 参 考 文 献 （1）GB/T 12604.4—2005无损检测术语声发射检测. （2）GB/T 18182-2000，金属压力容器声发射检测及结果评价方法. |
