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摘 要：声发射技术具有可靠性好、准确性和完整性好的优点，能够及时检测出压力容器中的腐蚀、咬边、埋藏缺陷、应力集中等缺陷，并且声发射技术能够在检测过程中让检测人员远离现场，完全用计算机进行监测，确保了检测的安全，随着声发射技术的不断完善，肯定会更多的用于压力容器制造、安装、运行等环节的检测。本文结合笔者工作实践，对声发射检测技术及其在压力容器检测中的应用进行探讨，供参考。
关键词：声发射；检测；压力容器
一、声发射及检测技术简介
（一）声发射技术概念。
材料或构件因受力产生变形或断裂，以弹性波的形式释放出应变能称为声发射。利用接收声发射信号研究材料、动态评价结构的完整性称为声发射检测技术。声发射技术是1950年由德国人凯泽(J.Kaiser)开始研究的，1964年美国应用于检验产品质量，从此获得迅速发展。声发射检测的基本原理见图。材料的范性形变、马氏体相变、裂纹扩展、应力腐蚀以及焊接过程产生裂纹和飞溅等，都有声发射现象，检测到声发射信号，就可以连续监视材料内部变化的整个过程。因此，声发射检测是一种动态无损检测方法。
声发射检测仪器分单通道和多通道两种。单通道声发射仪比较简单，主要用于实验室材料试验。多通道声发射仪是大型声发射检测仪器，有很多个检测通道，可以确定声发射源位置，根据来自各个声源的声发射信号强度，判断声源的活动性，实时评价大型构件的安全性。主要用于大型构件的现场试验。
声发射技术是一种新兴的动态无损检测方法，又称应力波，当材料或零部件受外力作用而发生变形、断裂或内部应力超过屈服极限而进入不可逆的塑性变形阶段，都会以瞬态弹性波形式释放出应变能，才检测过程中可以对检测对象进行实时监测，且检测灵敏度高，并且几乎所有的材料都具有声发射特性，各种材料声发射的频率范围很宽，可以从次声频、声频到超声频，通过探测受力状态下由材料内部所发射出来的应力波，可以判断结构或容器内部损伤的程度。
（二）声发射技术的原理。声发射技术可以在材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波，这种直接与变形和断裂机制有关的声发射源，是结构失效的重要机制。在检测中，利用附合在材料表面上的压电陶瓷探头将材料内声发射源产生的瞬态弹性波转化为电信号，然后利用这些电信号做过特殊处理，并加以显示和记录，最终获得检测数据，经过解释和评定等手段，对这些数据和参数进行分析，推断出材料或结构的损伤程度。声发射技术的动态无损检测是区别于超声波、X射线、涡流等其他无损检测的标志。
声发射检测的原理如下图所示，从声发射源发射的弹性波最终传播到达材料的表面，引起可以用声发射传感器探测的表面位移，这些探测器将材料的机械振动转换为电信号，然后再被放大、处理和记录。固体材料中内应力的变化产生声发射信号, 在材料加工、处理和使用过程中有很多因素能引起内应力的变化，如位错运动、孪生、裂纹萌生与扩展、断裂、无扩散型相变、磁畴壁运动、热胀冷缩、外加负荷的变化等等。人们根据观察到的声发射信号进行分析与推断以了解材料产生声发射的机制。
（三）声发射技术的优点。声发射检测需要在容器加载情况下进行动态测试，在检测方法上还与其他常规无损检测方法有许多区别，其主要的优点表现为：
声发射是一种动态检测方法。探测到的能量来自于物体本身，不像超声波等其他无损检测需要仪器提供；声发射检测方法对线性缺陷较为敏感。能探测到在外加结构应力下线性缺陷的活动情况，且稳定的缺陷不产生声发射信号；在一次实验过程中，声发射检验能够全面的探测到设备的任何地方，并能评价整个结构缺陷的情况；对于使用中的压力容器定期检查，使用声发射技术可以缩短检验的时间和检测程序，检测效率高；对于压力容器的耐压试验，声发射检测方法可以预防由未知缺陷引起的灾难性失效和限定压力容器的最高工作压力；采用声发射技术检测，可以降低检测费用，在检测、评估和维修中，减少了检测程序，降低了费用，并能够制定合理的维修计划，避免事故发生所带来的损失。
二、声发射技术在压力容器检测中的应用
在石油、化工、造纸、医疗、食品、钢铁以及市政设备中常常要用到压力容器，压力容器是具有爆炸危险的特种承压设备，在高位高压下很容易产生腐蚀、裂纹等损伤，一旦发生爆炸或泄漏，往往会伴随火灾、中毒等次生灾害，造成严重的环境污染，给社会经济、生产和人民带来损失和危害。国内外对压力容器的设计、制造和使用均有严格的要求和规定，传统的检测方法已经不能满足检测要求了，这使得各种无损检测记住在压力容器的制造和定期检验中得到了广泛的应用。
（一）压力容器的定义
一般认为，盛装气体或液体并能承载一定压力的密闭设备，称为压力容器。压力容器的形式多种多样，按照材料分类，可分为钢制压力容器、钛制压力容器和非金属压力容器等；按制造方法可分为板焊容器煅焊容器、包扎容器、绕带式压力容器等；按在生产工艺过程中的作用原理可分为反应压力容器、换热压力容器、分离压力容器、储存压力容器等。
压力容器是一种能够引起爆炸或中毒等危害的特种设备，并且容器在制造过程中有很多部位需要进行焊接，但是这些部位如果存在焊接缺陷，当遇高温、高压下就容易产生腐蚀、裂纹，当设备由于这些问题而产生爆炸时，设备内的溶液或气体会迅速膨胀，释放能量的过程中会产生冲击波，使周围的建筑和人员受到伤害。若压力容器中盛放的是易燃或有毒物质，一旦在焊接中发生爆炸，将会带来火灾、中毒等一系列次生灾害，给国家带来严重的经济损失和人员损失。因此，在进行压力容器焊接和制造时，要严格按照施工工艺进行设计和焊接，绝不可像对待一般机械设备进行施工。
（二）声发射检测技术的应用
在声发射检测应用过程中，需要对压力容器制造进行水压试验，确定活动发展性焊接缺陷可能存在的区域。
声发射技术进行检测记录水压试验所需要的时间，并将这些检测的数据传送到计算机中，再利用计算机分析这些数据，并简单明确的显示这些数据，用以及时监测水压试验过程中出现的开裂及裂纹扩展。随后对已查出的声发射源进行复检工作，以检查焊接结构的活动性缺陷，可以采用加载的方法进行检测，对活动性缺陷进行检测时，采用多个声发射传感器对压力容器的壳体进行整体监控，找出声发射源类别，如裂纹扩展，未熔合、未焊透、夹渣、气孔等焊接缺陷，结构相互碰撞引起的摩擦，残余应力释放，介质泄漏，容器内壁的氧化腐蚀剥落等。
1、裂纹扩展。裂纹的声发射定位源比较集中，在进行加载声发射检测期间，一般在低于压力容器运行的压力下无声发射定位源信号，在高于此压力的升压、保压各个阶段均有声发射定位源信号，在降压后的第二次升压和保压阶段，很少或几乎没有声发射定位源信号。
2、未熔合、未焊透、夹渣、气孔等焊接缺陷。在容器制造焊接过程中，如果焊接工艺操作不当，即可出现各种焊接缺陷，其中气孔、夹渣和未熔合等焊接缺陷很容易同时出现，这些缺陷产生的声发射定位源也比较集中，在进行加载声发射检测时，一般在低于压力容器运行的压力下即可产生声发射定位源信号。
3、结构相互碰撞引起的摩擦。在现场压力容器加压试验过程中，容器壳体会产生相应的应变，以至整个结构应摩擦产生大量的声发射定位源信号时十分常见的现象。
4、残余应力释放。冷加工、焊接和不均匀加热都可在压力容器壳体上产生残余应力，焊缝错边、机械损伤和壁厚减薄等结构缺陷在加压过程中也可引起应力集中，这些部位在第一次加压和保压过程中均产生大量的声发射信号。
5、介质泄漏。裂纹的穿透、法兰和阀门的泄漏等都可产生连续的声发射信号。由于泄漏产生的声发射信号时连续的，因此不能被时差定位方法进行定位。但是，对于多通道仪器来说，探头越接近泄漏源的通道，采集的声发射信号越多，能量参数也越大。
6、容器内壁氧化腐蚀剥落。如果压力容器受到严重的腐蚀，在容器的壳体上会产生大量的氧化腐蚀产物。在首次加压过程中，随着应力的增加，容器壳体必然会产生相应的应变，但容器壳体表面附着的金属氧化物不能随之产生相同的应变，在加压过程中，氧化腐蚀物会破裂剥落产生大量的声发射信号。
与常规无损检测技术，如X射线、超声波等，只能检测材料已产生的缺陷，不能做到及时全面的检查，并评价容器在受压过程中裂纹的 产生、演化直到断裂的过程，不能在容器在发生事故前及时做出预警，但是声发射技术能够在动态条件下全方位的进行检测，可以准确的预测缺陷的程度和发展趋势，提高了检验效率和质量。
三、结束语
声发射检测技术的广泛应用，可以改善传统压力容器检测的复杂程度，提高检验效果，所以一些检测机构都对声发射技术进行了引进、消化、吸收和推广，在检测过程中，可以确保各个方位都能全面检测，提高检测效率，确保检测效果。
关键词：声发射；检测；压力容器
一、声发射及检测技术简介
（一）声发射技术概念。
材料或构件因受力产生变形或断裂，以弹性波的形式释放出应变能称为声发射。利用接收声发射信号研究材料、动态评价结构的完整性称为声发射检测技术。声发射技术是1950年由德国人凯泽(J.Kaiser)开始研究的，1964年美国应用于检验产品质量，从此获得迅速发展。声发射检测的基本原理见图。材料的范性形变、马氏体相变、裂纹扩展、应力腐蚀以及焊接过程产生裂纹和飞溅等，都有声发射现象，检测到声发射信号，就可以连续监视材料内部变化的整个过程。因此，声发射检测是一种动态无损检测方法。
声发射检测仪器分单通道和多通道两种。单通道声发射仪比较简单，主要用于实验室材料试验。多通道声发射仪是大型声发射检测仪器，有很多个检测通道，可以确定声发射源位置，根据来自各个声源的声发射信号强度，判断声源的活动性，实时评价大型构件的安全性。主要用于大型构件的现场试验。
声发射技术是一种新兴的动态无损检测方法，又称应力波，当材料或零部件受外力作用而发生变形、断裂或内部应力超过屈服极限而进入不可逆的塑性变形阶段，都会以瞬态弹性波形式释放出应变能，才检测过程中可以对检测对象进行实时监测，且检测灵敏度高，并且几乎所有的材料都具有声发射特性，各种材料声发射的频率范围很宽，可以从次声频、声频到超声频，通过探测受力状态下由材料内部所发射出来的应力波，可以判断结构或容器内部损伤的程度。
（二）声发射技术的原理。声发射技术可以在材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波，这种直接与变形和断裂机制有关的声发射源，是结构失效的重要机制。在检测中，利用附合在材料表面上的压电陶瓷探头将材料内声发射源产生的瞬态弹性波转化为电信号，然后利用这些电信号做过特殊处理，并加以显示和记录，最终获得检测数据，经过解释和评定等手段，对这些数据和参数进行分析，推断出材料或结构的损伤程度。声发射技术的动态无损检测是区别于超声波、X射线、涡流等其他无损检测的标志。
声发射检测的原理如下图所示，从声发射源发射的弹性波最终传播到达材料的表面，引起可以用声发射传感器探测的表面位移，这些探测器将材料的机械振动转换为电信号，然后再被放大、处理和记录。固体材料中内应力的变化产生声发射信号, 在材料加工、处理和使用过程中有很多因素能引起内应力的变化，如位错运动、孪生、裂纹萌生与扩展、断裂、无扩散型相变、磁畴壁运动、热胀冷缩、外加负荷的变化等等。人们根据观察到的声发射信号进行分析与推断以了解材料产生声发射的机制。
（三）声发射技术的优点。声发射检测需要在容器加载情况下进行动态测试，在检测方法上还与其他常规无损检测方法有许多区别，其主要的优点表现为：
声发射是一种动态检测方法。探测到的能量来自于物体本身，不像超声波等其他无损检测需要仪器提供；声发射检测方法对线性缺陷较为敏感。能探测到在外加结构应力下线性缺陷的活动情况，且稳定的缺陷不产生声发射信号；在一次实验过程中，声发射检验能够全面的探测到设备的任何地方，并能评价整个结构缺陷的情况；对于使用中的压力容器定期检查，使用声发射技术可以缩短检验的时间和检测程序，检测效率高；对于压力容器的耐压试验，声发射检测方法可以预防由未知缺陷引起的灾难性失效和限定压力容器的最高工作压力；采用声发射技术检测，可以降低检测费用，在检测、评估和维修中，减少了检测程序，降低了费用，并能够制定合理的维修计划，避免事故发生所带来的损失。
二、声发射技术在压力容器检测中的应用
在石油、化工、造纸、医疗、食品、钢铁以及市政设备中常常要用到压力容器，压力容器是具有爆炸危险的特种承压设备，在高位高压下很容易产生腐蚀、裂纹等损伤，一旦发生爆炸或泄漏，往往会伴随火灾、中毒等次生灾害，造成严重的环境污染，给社会经济、生产和人民带来损失和危害。国内外对压力容器的设计、制造和使用均有严格的要求和规定，传统的检测方法已经不能满足检测要求了，这使得各种无损检测记住在压力容器的制造和定期检验中得到了广泛的应用。
（一）压力容器的定义
一般认为，盛装气体或液体并能承载一定压力的密闭设备，称为压力容器。压力容器的形式多种多样，按照材料分类，可分为钢制压力容器、钛制压力容器和非金属压力容器等；按制造方法可分为板焊容器煅焊容器、包扎容器、绕带式压力容器等；按在生产工艺过程中的作用原理可分为反应压力容器、换热压力容器、分离压力容器、储存压力容器等。
压力容器是一种能够引起爆炸或中毒等危害的特种设备，并且容器在制造过程中有很多部位需要进行焊接，但是这些部位如果存在焊接缺陷，当遇高温、高压下就容易产生腐蚀、裂纹，当设备由于这些问题而产生爆炸时，设备内的溶液或气体会迅速膨胀，释放能量的过程中会产生冲击波，使周围的建筑和人员受到伤害。若压力容器中盛放的是易燃或有毒物质，一旦在焊接中发生爆炸，将会带来火灾、中毒等一系列次生灾害，给国家带来严重的经济损失和人员损失。因此，在进行压力容器焊接和制造时，要严格按照施工工艺进行设计和焊接，绝不可像对待一般机械设备进行施工。
（二）声发射检测技术的应用
在声发射检测应用过程中，需要对压力容器制造进行水压试验，确定活动发展性焊接缺陷可能存在的区域。
声发射技术进行检测记录水压试验所需要的时间，并将这些检测的数据传送到计算机中，再利用计算机分析这些数据，并简单明确的显示这些数据，用以及时监测水压试验过程中出现的开裂及裂纹扩展。随后对已查出的声发射源进行复检工作，以检查焊接结构的活动性缺陷，可以采用加载的方法进行检测，对活动性缺陷进行检测时，采用多个声发射传感器对压力容器的壳体进行整体监控，找出声发射源类别，如裂纹扩展，未熔合、未焊透、夹渣、气孔等焊接缺陷，结构相互碰撞引起的摩擦，残余应力释放，介质泄漏，容器内壁的氧化腐蚀剥落等。
1、裂纹扩展。裂纹的声发射定位源比较集中，在进行加载声发射检测期间，一般在低于压力容器运行的压力下无声发射定位源信号，在高于此压力的升压、保压各个阶段均有声发射定位源信号，在降压后的第二次升压和保压阶段，很少或几乎没有声发射定位源信号。
2、未熔合、未焊透、夹渣、气孔等焊接缺陷。在容器制造焊接过程中，如果焊接工艺操作不当，即可出现各种焊接缺陷，其中气孔、夹渣和未熔合等焊接缺陷很容易同时出现，这些缺陷产生的声发射定位源也比较集中，在进行加载声发射检测时，一般在低于压力容器运行的压力下即可产生声发射定位源信号。
3、结构相互碰撞引起的摩擦。在现场压力容器加压试验过程中，容器壳体会产生相应的应变，以至整个结构应摩擦产生大量的声发射定位源信号时十分常见的现象。
4、残余应力释放。冷加工、焊接和不均匀加热都可在压力容器壳体上产生残余应力，焊缝错边、机械损伤和壁厚减薄等结构缺陷在加压过程中也可引起应力集中，这些部位在第一次加压和保压过程中均产生大量的声发射信号。
5、介质泄漏。裂纹的穿透、法兰和阀门的泄漏等都可产生连续的声发射信号。由于泄漏产生的声发射信号时连续的，因此不能被时差定位方法进行定位。但是，对于多通道仪器来说，探头越接近泄漏源的通道，采集的声发射信号越多，能量参数也越大。
6、容器内壁氧化腐蚀剥落。如果压力容器受到严重的腐蚀，在容器的壳体上会产生大量的氧化腐蚀产物。在首次加压过程中，随着应力的增加，容器壳体必然会产生相应的应变，但容器壳体表面附着的金属氧化物不能随之产生相同的应变，在加压过程中，氧化腐蚀物会破裂剥落产生大量的声发射信号。
与常规无损检测技术，如X射线、超声波等，只能检测材料已产生的缺陷，不能做到及时全面的检查，并评价容器在受压过程中裂纹的 产生、演化直到断裂的过程，不能在容器在发生事故前及时做出预警，但是声发射技术能够在动态条件下全方位的进行检测，可以准确的预测缺陷的程度和发展趋势，提高了检验效率和质量。
三、结束语
声发射检测技术的广泛应用，可以改善传统压力容器检测的复杂程度，提高检验效果，所以一些检测机构都对声发射技术进行了引进、消化、吸收和推广，在检测过程中，可以确保各个方位都能全面检测，提高检测效率，确保检测效果。