1．引言
聲發射檢測AE(ACOtstic Emission)是利用缺陷在受載過程中發射瞬態彈性波的原理，應用聲發射探頭將其轉換為電信號，進行缺陷檢測、定位和活性分析的技術方法。20世紀60年代初，Green等人首先開始了聲發射技術在無損檢測領域方面的應用，Dunegan首次將聲發射技術應用于壓力容器檢測方面的研究；20世紀70年代，隨著Dunegan等人研制成功現代多通道聲發射檢測儀器系統，聲發射技術在化工容器、核容器和焊接過程控制方面的應用取得了初步成功。通過四十多年的發展，目前聲發射技術已成為成熟的無損檢測手段，在國內外壓力容器檢驗中得到廣泛應用。
2．聲發射檢測的基本原理
從聲發射源發射的彈性波最終傳播到達材料的表面，引起可以用聲發射傳感器探測的表面位移，這些探測器將材料的機械振動轉換為電信號，然后再被放大、處理和記錄。固體材料中內應力的變化產生聲發射信號，在材料加工、處理和使用過程中有很多因素能夠引起內應力的變化，如位錯運動、孿生、裂紋萌生與擴展、斷裂、無擴散型相變、磁疇壁運動、熱脹冷縮、外加負荷的變化等等。人們根據觀察到的聲發射信號進行分析與推斷以了解材料產生聲發射的機制。
聲發射檢測的主要目的是：(1)確定聲發射源的部位；(2)分析聲發射源的性質；(3)確定聲發射發生的時間或載荷；(4)評定聲發射源的嚴重性。一般而言，對超標聲發射源，要用其他無損檢測方法進行局部復檢，以精確確定缺陷的性質與大小。
3．聲發射檢測實例
油田某凈化站4臺200m3。液化石油氣球罐，在全面檢驗中發現內壁均已出現不同程度的鼓泡，通過超聲波抽查、硬度測試、金相檢驗、鋼板化學成分分析、鼓泡內氣體取樣及化驗、液化氣與灌底凝結水取樣化驗等方法分析得知：這些球罐內壁的鼓泡是由于液化石油氣中的H2S含量過高，同時含有水分，從而產生大量吸附在球罐內表面的原子態氫，這些氫由于體積很小而進入金屬內部，且在內部夾渣物、分層等原始冶金缺陷處聚集，并復合成分子態氫H2，體積膨脹，再隨著聚集量的增多而產生巨大的壓力，使金屬從這些缺陷處開裂、分層，最終產生鼓泡現象。為進一步確定這些在役含缺陷球罐能否繼續安全使用，可繼續安全使用的壓力范圍，制訂了以聲發射檢測為指導，通過常規無損檢測手段復驗，找出可繼續安全運行的工作壓力范圍的方案。
3．1 檢測實施
(1)球罐技術參數 設計壓力：1.6MPa；設計溫度：50℃；容積：200m3；材質：16MnR；壁厚：30mm；介質：液化石油氣；支柱數量：6；公稱直徑：7100mm；操作壓力：≤1.2MPa；操作溫度：≤40℃；投用日期：1983年1月。
(2)聲發射檢測儀的主要參數檢測儀器為聲華sDAES的15通道數字聲發射檢測系統，濾波帶寬為(100～300)kHz，聲發射信號峰值定義時間為1000μs，通道撞擊定義時間為2000μs，撞擊閉鎖定義時間為2000μs。主要參數如下：
前放增益：40dB；探頭型號：SRl50；前置放大器型號：PA—I；門檻值：40dB；耦合劑：真空樹脂；模擬信號源：采用Ф0.5mm，硬度為HB的鉛筆芯折斷信號作為模擬源。
(3)探頭布置方案 本次檢測需布置2圈，每圈5只，上下極板各布置1只，共計12只傳感器，采用球面展開的三角形定位對球罐進行整體監測，罐體結構、探頭布置方案如圖1、2所示。
一次升壓：勻速升壓至最高工作壓力P(1.2MPa)，保壓lOmin；保壓結束后勻速升壓至試驗壓力P2(1.5MPa)，保壓10min，降至P(1.2MPa)；
二次升壓：由P(1.2MPa)勻速升壓至P1(1.45MPa)，保壓10min，卸壓。
3．2 檢測過程
在確定了加壓程序、布點方案及布點完畢后，開始進行水壓試驗條件下的聲發射檢測。僅以具有代表性的2#球罐為例加以說明。試驗各階段的聲發射源總圖見圖4～圖6。
在試驗過程中，當壓力小于1.2MPa時，聲源信號較為分散，且幅值較低，未發現高幅值的集中聲源。當壓力升至1.2MPa時，信號增多，能量急劇增高，在鼓泡部位所在定位三角區出現了大量較為密集的低幅值信號，幅值集中于(40～50)dB，撞擊數為10～20，持續時間較長，停止升壓，保壓10min進行監測，并對周圍環境可能存在的干擾因素進行排除。保壓結束，自1.2MPa繼續升壓至1.5MPa，期間，出現集中信號的部位明顯減少，且信號幅值和能量水平降低。對鼓泡所在的探頭陣列進行分析,未發現集中的定位聲源信號，僅有一些零散的低幅值信號，表明鼓泡處未產生嚴重的裂紋等缺陷。升壓至1.5MPa結束，保壓10min后卸壓，進行二次升壓及保壓。
距鼓泡部位較近的10#探頭處，在第一次升壓過程中曾出現較集中的定位信號，幅值在50dB左右，但在此后的各個過程中該處信號未再出現。卸壓后對該部位信號的定位校準表明，該處是球殼體的對接焊縫，無損檢測復驗未發現超標缺陷。鼓泡部位在二次升壓和保壓過程中均未出現集中的定位信號。
3．3 檢測結果分析
材料的受載歷史，對重復加載聲發射特性有重要影響。重復載荷到達原先所加最大載荷以前不發生明顯聲發射，這種聲發射不可逆性質稱為凱賽爾(Kaiser)效應。但是，重復加載前，如產生新裂紋或其他可逆聲發射機制，則凱賽爾效應會消失。材料重復加載時，重復載荷到達原先所加最大載荷前發生明顯聲發射的現象，稱為費利西蒂(Felicity)效應，也可認為是反凱賽爾效應。
凱塞爾效應和菲利西蒂效應表明：(1)在材料未受到損傷的前提下，當升壓達到以前所承受的最大載荷前，不出現聲發射信號；(2)對已發生損傷的材料，在低于以前所承受的最大載荷時就會發生顯著的聲發射。聲發射出現的應力水平越低，說明材料受到的損傷越嚴重，該球罐最高工作壓力為1.2MPa。因此，我們把1.2MPa作為重點監控的壓力范圍。
依據GB/T 18182—2000《金屬壓力容器聲發射檢測及結果評價方法》，對整體檢測過程中出現的信號源進行了評定，有意義的信號有兩處：2，6，7陣列內信號及4，8，9陣列內信號。根據信號在升壓、保壓過程中出現的頻率均被定為C級聲源[2]。按標準要求，對信號密集處采用常規無損檢測方法進行復驗，復驗結果表明：2，6，7定位陣列內的聲源為一處表面裂紋源，經打磨消除；4，8，9陣列內的聲源為球罐扶梯與罐體連接的角焊縫存在大量氧化皮而產生，去除氧化皮后，角焊縫處未發現其他缺陷。在聲發射試驗中，當壓力低于1．2MPa時，鼓泡部位信號較少，能量／時間較小；當壓力高于1．2MPa時，該兩項指標呈上升趨勢，但在二次保壓時鼓泡處相對安靜。根據凱塞爾效應與菲利西蒂效應，鼓泡處材質沒有發生嚴重損傷，能夠保證在1.2MPa下安全使用。此前的金相檢測結果也表明：鼓泡處金相組織為鐵素體+珠光體，鐵素體晶粒度7～8級，與內壁為鼓泡處及外壁對應部位組織相同，在正常范圍之內，也可說明材質并未劣化。由此得出結論：(1)該液化石油氣球罐仍可安全運行；(2)壓力低于1．2MPa時可保證安全運行。因此，此液化石油氣球罐應在壓力不高于1．2MPa的情況下監控使用。
4．結束語
通過對該站液化石油氣球罐的聲發射檢測表明：聲發射檢測技術可以監測缺陷的動態發展情況，并找出使容器相對安靜的使用壓力，為常規無損檢測做出指導，大大縮短檢驗時間，因此聲發射檢測技術在確定壓力容器的安全使用的條件中起到了關鍵性的作用。
聲發射檢測雖然能夠確定監控使用的壓力，保證球罐的安全運行，但對于鼓泡現象，應該在了解成因和機理的基礎上采取有效措施如：在系統中增加脫氫裝置以控制介質中硫化氫的濃度、對有修復價值鼓泡處理后作內壁防腐涂層等，從根本上消除材料的氫脆現象，才是確保此類容器長周期安全運行的主要途徑。
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