WAE声发射技术应用

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声发射信号模拟源: 日本产 HBФ0.5mm 铅芯折断。 c) 纵向声发射模拟源衰减测量结果 衰减测量部位如下图所示:
探头
⊙. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(m)
1
2
3
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6
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图 5 发射模拟声发射源部位示意图 以日本生产 HBФ0.5mm 铅芯折断为声发射信号模拟源, 每个部位进行四次测量, 取其平均置, 声发射信号幅度和能量测量结果如表 3 所示, 衰减曲线如图 6 所示。
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10 9 7 4 5 8 6 9 7 6 3 4 3 1 2 5 8
1
2
图 1 平面等腰三角定位探头阵列
11 图 2 圆柱形容器的等腰三角定位探头阵列 15 14 13 11 12
10 5
9
8 7
6 3 4 1 16 图 3 球形容器的任意三角定位探头阵列 2
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a） 不锈钢储罐 b） 钢制脱气容器 c）高压气瓶
d）钢制压力容器 图 4
e）钢制球罐
f）钢制储罐
传感器布置实例
图 4 a)～f) 给出了对各类典型压力容器进行检测的传感器布置阵列实例。 所用传 感器分别为 2～64 个。 (2) 衰减测量 1) 50M3 石油液化气贮罐 a) 贮罐的设计参数 设计压力：2.0MPa; 公称壁厚：24mm;
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(5) 源定位校准 多通道检测时，应在构件的典型部位上，用模拟源进行定位校准。通过实测探头 之间的时差，计算出实际声速并输入定位计算软件，最终达到每一模拟信号，均能被 —个定位阵列所接收，并提供唯一的定位显示，定位精度应在两倍壁厚或最大传感器 间距的 5%以内。区域定位时，应至少被一个传感器接收到。 1.6 加载试验过程中的声发射监测和信号采集 检测时及时存储采集到的声发射信号数据并做好记录，应实时观察声发射撞击数 随载荷或时间的变化趋势，声发射撞击数随载荷或时间的增加呈快速增加时，应及时 停止加载，在未查出声发射撞击数增加的原因时，禁止继续加压。检测中如遇到强噪 声干扰时，应暂停检测并在数据记录表上加以说明，排除强噪声干扰后再进行检测。 1.7 声发射数据的分析和源的分类 压力容器声发射检测数据的分析和源的分类均是基于时差声发射源定位的基础 上进行，声发射源的等级按源的活度和强度划分，划分方法是先确定源的活度等级和 强度等级，然后再确定源的综合等级。 (1) 源的活度划分 源的活度划分为强活性、活性、弱活性和非活性四个等级。如果源区的事件数随 着升压或保压呈快速增加时，则认为该部位的源具有强活性；如果源区的事件数随着 升压或保压呈连续增加时，则认为该部位的源具有活性；如果源区的事件数随着升压 或保压呈间断出现时，根据不同加压阶段出现的次数来级划分活度的级别。 (2) 源的强度划分 源的强度分高强度、中强度和弱强度三个级别，源的强度Q可用能量、幅度或计 数参数来表示。源的强度计算取源区前5个最大的能量、幅度或计数参数的平均值(幅 度参数应根据衰减曲线加以修正)。源的强度划分参考表3进行。表 1中的a、b值应由 试验来确定，16MnR钢采用幅度参数划分源的强度的推荐值为a=60dB和b=80dB。
1.5 仪器的调试 (1) 仪器硬件工作参数设置 在仪器开机后，应根据被检测对象，首先设置仪器硬件的工作参数，这些参数一 般包括增益、 门槛、 峰值鉴别时间 （PDT） 、 撞击鉴别时间 （HDT） 、 撞击闭锁时间 （HLT） 、 定位闭锁时间、采样率、外接参数采样率等。 (2) 背景噪声测定和检测门槛设置 在开始检测之前进行背景噪声的测定，然后在背景噪声的水平上再加 5 到 10dB 作为仪器的门槛电平值。多数检测是在门槛为 35～55dB 的中灵敏度下进行，最常用 的门槛值为 40dB。 (3) 通道灵敏度校准 为确认传感器的耦合质量和前置放大器与仪器主机各通道处于良好的工作状态， 检测前后应检查各信号通道对模拟信号源的响应幅度。 模拟信号—般采用直径 0.5mm 的 HB（或 2H）笔芯断铅信号，其伸长量约为 2.5mm，笔芯与构件表面夹角为 30°左 右，响应幅度取三次响应的均值。多数金属压力容器的检测规程规定，每通道对铅笔 芯模拟信号源的响应幅度与所有传感器通道的平均值偏差为土 3dB 或±4dB。 (4) 衰减测量 对被检容器采用模拟声发射信号进行衰减测量，画出距离—声发射信号幅度衰减 曲线。
200M3 球罐模拟声发射信号幅度衰减测量结果 0.1 73 6.0 48 0.5 63 0 50 1.0 53 8.0 54 1.5 48 9.0 47 2.0 37 10.0 44 3.0 36 52 4.0 38 11.0 5.0 43
表 4 距探头距离(m) 平均幅度(dB) 距探头距离(m) 平均幅度(dB)
1.8 检验数据记录和报告 压力容器声发射检验记录和报告应包括如下内容： (1) 资料审查记录：包括压力容器的名称、编号、使用单位、设计参数、日常操 作压力、加载史、存在缺陷的情况等； (2) 执行、参考标准； (3) 声发射仪器及传感器记录：包括仪器型号、通道数、检测方式、检测频率、 传感器型号、耦合剂及传感器固定方式等； (4) 背景噪声的测定值； (5) 模拟信号衰减测量记录； (6) 门槛、增益的设置值； (7) 传感器灵敏度校准记录； (8) 传感器阵列布置图及传感器之间的距离记录； (9) 传感器阵列的定位校准记录； (10) 使用的检测软件、检测状态设置软件及存储的声发射信号数据文件名称； (11) 实际加载程序图； (12) 检测数据的分析与声发射源的分级结果； (13)检验结论； (14)检验人员和审核人员的签字； (15)检验日期。 1.9 应用实例 (1) 声发射传感器布置阵列 由于目前多通道声发射仪所采用的计算机和软件功能都比较强，因此在实际进行 声发射检测过程中，人们最常用的平面 AE 源定位探头阵列为三角形，在被检测对象 几何形状规则的情况下，采用等腰三角形探头阵列，如图 1 和图 2 所示；在被检测 对象几何形状不规则的情况下，采用任意三角形探头阵列，如图 3 所示，但一般情况 下推荐采用锐角三角形。
10.0 49 53
119 100
幅度 能量 dB 90 500 80 70 400 300
幅度曲线 能量曲线
60 50 40
200 100 0
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图 6 50M3 卧罐纵向模拟声发射信号幅度和能量衰减曲线
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2) 200M3 石油液化气球罐 a) 基本设计参数 设计压力: 1.6MPa; 公称壁厚: 24mm; 设计温度: 常温; 主体材质: 16MnR; 几何尺寸: Φ7100mm; 公称容积: 200M3 .
表 3 距探头距离(m) 平均幅度(dB) 平均能量计数 距探头距离(m) 平均幅度(dB) 平均能量计数 50M3 卧罐纵向模拟声发射信号衰减测量结果 0.1 82 436 5.5 60 116 0.5 70 240 6.0 56 57 1.0 61 140 6.5 46 35 1.5 57 105 0 40 26 5 52 107 2.0 53 84 8.0 53 2.5 48 65 8.5 47 3.0 46 50 9.0 48 80 3.5 41 45 9.5 55 87 4.0 58 99 4.5 61 100 5.0 60 99
WAE 系列数字化全波形声发射检测仪的应用
1 压力容器
压力容器声发射检测是目前声发射技术应用最成功和普遍的领域之一，压力容器 的声发射检验的步骤一般包括对被检容器进行资料审查、 现场勘察、 检验方案的制定、 声发射探头的安装、声发射仪器的调试、加载试验过程中的声发射监测和信号采集、 声发射数据的分析和源的分类及检验报告的编制等过程，下面分别加以介绍。 1.1 资料审查 资料审查应包括下列内容： (1) 产品合格证、质量证明书、竣工图； (2) 运行记录，开停车记录，有关运行参数，介质成份，载荷变化情况，以及运 行中出现的异常情况等资料； (3) 检验资料、历次检验报告和记录； (4) 有关修理和改造的文件。 通过资料审查了解压力容器的结构、几何尺寸、材料、设计压力、日常操作压力、 加载史、存在缺陷的情况等，为制订检验方案做好准备 1.2 现场勘察 检测开始前，应进行现场勘察，具体进行如下方面的工作： (1) 观察压力容器表面具体情况和周围环境条件，确定传感器的布置阵列； (2) 找出所有可能出现的噪声源，如电磁干扰、振动、摩擦和流体流动等，应对 这些噪声源设法予以排除； (3) 确定加压方式、最高试验压力和各个保压台阶等加压程序； (4) 建立声发射检测人员和加载人员的联络方式。 1.3 检验方案的制定 在资料审查和现场勘察的基础上制定声发射检验方案，最终确定采用的通道数、 传感器阵列布置图、探头在压力容器上的安装部位和加载程序，并准备好检验记录表 格。 构件声发射检测所需传感数量，取决于压力容器的大小和所选传感器间距。传感 器间距又取决于波的传播衰减，而传播衰减值又来自用铅笔芯模拟源实际测得的距离 一衰减曲线。时差定位中，最大传感器间距所对应的传播衰减，不宜大于预定最小检 测信号幅度与检测门槛值之差， 例如， 门榄值为 40dB， 预定最小检测信号幅度为 70dB， 则其衰减不宜大于 30dB。区域定位比时差定位可允许更大的传感器间距。在金属容
设计温度：常温 C;
主体材质：16Mn；
几何尺寸: Φ2400mm×10,000mm；公称容积：50M3 。
b) 测量仪器及状态设置 测量仪器: 广州声华科技有限公司 WAE98 18 通道; 探头 SR15 增益: 80dB; 门限: 35dB; 峰置定义时间: 2000μs; 撞击定义时间: 2000μs; 撞击闭锁时间: 20000μs;
表 1 源的强度划分 源的强度级别 弱强度 中强度 高强度 源强度 Q＜a a≤Q≤b Q＞b