基于声发射技术的压力容器水压试验异常声响诊断.pdf

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1、第39卷第5期化[机械567基于声发射技术的压力容器水压试验异常声响诊断崔强4梁华业成蔡文生蒋俊邵峰(南京市锅炉压力容器检验研究院)摘要某新制换热器管程水压试验升压阶段产生异常声响，为确认声响是否为容器主要受压元件裂纹开裂所致，应用声发射技术对换热器升压过程及同类材料试样拉伸过程进行了监测，并对采集的声发射信号进行分析和比较。结果表明该换热器产生的异常声响不是由主要受压元件裂纹开裂所致，并在此基础上对其进一步分析和处理。关键词压力容器声发射换热器诊断中图分类号TQ051．3文献标识码A文章编号0254—6094(2012)05—0567—05某压力容器制造企业新制一台列管式

2、换热器，简体直径l500mm，厚度为24mm，全长8874mm，其中单侧椭圆封头段长1691mm，材料为Q345R，设计压力3．2MPa，水压试验压力4．23MPa。该换热器在制造完成后管程水压试验时，升压阶段产生清晰短促的金属异常响声，连续几次试压均产生类似异常声响。异常声响是否为换热器主要受压元件裂纹扩展产生关系着压力容器安全性能，但目前却缺乏有效方法进行识别⋯。鉴于声发射技术在材料损伤诊断旧’31和压力容器检验H’纠方面的成功应用，笔者应用声发射技术对该换热器管程升压过程异常声响和Q345R材料拉伸过程进行比较和分析，诊断异常声响是否为主要受压元件开裂所致。1试验仪器

3、试验用声发射仪为美国PAC公司生产的POcKETAE．2型二通道声发射系统，声发射传感器型号为R15a型，中心频率为150kHz，可同时采集记录声发射信号参数、波形数据，并可存储和回放，还能用存储卡导出数据到计算机中应用AEwinforPcl2等PAc软件中作进一步数据处理。2试验过程2．1水压试验监测应用声发射技术监测换热器管程水压过程。声发射传感器置于换热器壳程顶部，耦合剂为真空脂，用塑料胶带将传感器固定。幅度门槛值设置为45dB，同时采集声发射信号参数和波形，采样频率5MHz，每个波形}已录1024个点。根据水压试验要求缓慢升高试验堆力，当听到异常声响时，保压观察；如

4、无异常继续升压，并根据异常声响情况确定加载最大水压试验压力，2．2拉伸试验监测Q345R材料拉伸试验声发射监测参数设置与换热器水压监测参数设置相同。拉伸试样采用与换热器制造材料相同的Q345R钢板制作，金属拉伸试验在lnsfrI)n5869试验机上进行，应用引伸计和横梁位移洲量试样的应变数值。根据GB228—2002”进行试验，试样加载过程中进行声发射进行信号采集，同时记录应力、应变及时间等试验参数：，3试验结果和分析3。1试验结果声发射监测换热器管程水压试验过程中，当。崔强，男，1968年6月生，高级』：程师江一jj：省南京I『JI，2l0002、568化工机械2012年

5、水压升高到2．0MPa时，产生短促金属异常声响，保压观察2min左右；继续升压到3．0MPa时，又产生异常声响，保压lmin；继续升压到4．OMPa时，再次产生异常金属声响．保压2min，未见异常现象，停止声发射数据采集，卸载水压。Q345Ri刊L．。1

6、)0∞0⋯一，8㈣J是6㈣一是‘㈣一2∞∞一。一J0200枷湖湖1咖1瑚响A换热器水址声发射：氍测能}l}时111JJJj手II!j，；刍由二由柏，sr．Q345R拉伸声发射监测幅度时问所程材料拉伸声发射监测记录了材料拉伸直到失效整个过程的声发射信号，并根据应力一时间曲线确定出材料屈服和断裂等不同阶段的对应的声发射信号。换

7、热器水压试验和Q345R材料拉伸试验声发射监测结果如图l所示。>25．0>10．0l—1．1．※j刍厶由由、如，血时闻，8换热器水胍j：f发射监测幅度时

8、1

9、J历程Q345l{托仲，i，发射临测捕a川口IllJ协程}’5：*蔓墨”“；。—蔷—i—j一—五。二占南由明／sf．Q345R托伸卢发射监测能fI}时l’HJ历程图1换热器水压试验和Q345R拉伸过程声发射监测信号参数3．2声发射信号参数分析图l中a、b、c为换热器管程升压阶段声发射监测典型参数时间历程。试验升压过程中(0—4．0MPa)共产生3次异常声响，分别在450s，850s和1080s。异常声响声发射信号撞击密

10、度约80次／s；能量约60000～80000ms·V；幅度约105dB。罄于异常声响的声发射源位置不确定，在被传感器接收前，声波在换热器传播中将经历几何效应、色散效应、散射和衍射效应、向容器中水介质“泄漏”及接管等障碍物阻挡等衰减过程，实际信号幅度和能量应比测量值更大。这表明异常声响是一种持续时间短但能量很大的一种信号。每次出现异常声响后均保压观察，保压阶段未发现任何声发射信号。图l中d、e、f为Q345R拉伸过程声发射监测典型参数时间历程图。根据应力一应变曲线及时间记录对应关系可将拉伸曲线划分为弹性(0～2．86