Page 42 - 无损检测2022年第四期

王 瑶,等:
压力容器模拟缺陷的声发射定位

声发射信号分为突发型和连续型信号, 针对不
同的声发射源需要采用不同的声发射源定位方法,
常用的声发射定位法有时差定位法和衰减定位法。
针对突发型信号, 可采用时差定位法, 但其应用范围
窄, 衰减定位法则不受信号源类型的限制, 更具有工
程应用价值 [ 1 ] 。对压力容器进行现场检测时通常会
遇到多种声发射源, 由于无法判断压力容器在某段
时间内裂纹扩展产生的声发射信号具有连续性还是 图 2 声发射传感器检测信号波形与时差示意
突发性, 因此, 将采用两种定位方法分别对压力容器
1 菪 t 12 ( 1 )
(
中的模拟缺陷进行定位。 X 1 = L 12 - L 13 -L 12 )

2 菪 t 13 - 菪 t 12
1.1 时差定位法 为缺陷的定位结果。
式中: X 1
时差定位法是指将若干个声发射传感器按一定 。
同理可推出缺陷距S 2 和S 3 的距离 X 2 和 X 3
几何关系放置在固定点上, 组成传感器阵列, 测定声 检测时, 首先根据各传感器接收到的声发射振
发射源的声波传播到各个传感器的相对时差。通过 铃信号到达时差或信号幅度( 有效值) 来确定与缺陷
将这些相对时差代入满足该阵列几何关系的一组方 距离最近的传感器, 再选择相应的定位计算式。
程求解, 即可得到缺陷的位置坐标 [ 2 ] 。其具体实现 1.2 衰减定位法

路径为: ① 将压力容器模拟体按定位网格划分, 可 从声发射源到传感器接收位置的传播过程中,

算出每个网格中心点到各传感器的距离; ② 声发射 声发射信号的幅度必然会受到管道材料本身和不同
信号的主频率与传感器的谐振频率一致 [ 3 ] , 压力容 形状特征的影响, 从而产生不同程度的衰减, 衰减定
器模拟体壁厚已知, 则可确定声发射信号以何种模 位法即是利用声发射信号水平沿着传播路径呈指数
态在容器壁上传播, 从而可算出声发射信号在压力 形式衰减的原理对缺陷位置进行定位的 [ 4 ] 。必须注
容器模拟体上的传播速度, 因此各网格中心到各传 意的是, 首先需要根据各传感器响应的信号幅度( 有

感器的信号传播时间差是确定的; ③ 根据各监测通 效值) 来确定缺陷距离最近的传感器, 再确定相应的
道实测到的声发射信号到达时差与各网格中心到各
定位计算式。
传感器的信号传播时差优选网格, 可确定缺陷点的 , 传感器探测到的信
假设缺陷处信号水平为V p
位置, 即实现压力容器活动缺陷的定位。声发射传
号水平为V i , 距离衰减系数为α , 传感器到缺陷位置
感器安装位置与声发射源位置如图 1 所示。
, 则有如下关系 [ 5 ]
的距离为 L i
( ) ( 2 )
V p = V i ex pαL i
由式( 2 ) 可知, 若已知衰减系数α , 则可由任意
两个传感器接收到的声发射信号水平计算出声发射
源位置, 因此, 重点是确定衰减系数α 。该衰减系数
可通过容器模拟活动缺陷的检测定位与评定试验进
行标定。

2 试验系统及试验方法
图 1 声发射传感器安装位置与声发射源位置示意
2.1 试验压力容器
、
设 3 个声发射传感器在容器上的 位 置 为 S 1 试 验 采 用 的 金 属 压 力 容 器 上 下 封 头 直 径 为
, 缺 2880mm , 筒体高度为7000mm , 容器壁厚为80mm ,

S 2 S 3 的距离为 X 1
、 , 缺陷位置为 P , 缺陷到 S 1
其整体上近似于圆柱体, 在上封头处布置一个声发射
陷声发射信号到达 S 1 和 S 2 的时差为菪 t 12 , 到达 S 1
, 传感器, 筒体处布置2个声发射传感器, 下封头处布置
和 S 3 的时差为菪 t 13 , 到达 S 2 和 S 3 的时差为菪 t 23
、 、 , 声发射传感 器检测 3个声发射传感器, 声发射传感器布置如图3所示。
传感器间距离为 L 12 L 13 L 23
信号波形与时差如图 2 所示。 2.2 检测设备
由图 1 , 2 可推导出缺陷位置 缺陷检测的设备包括声发射传感器( 6 个)、 前
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2022 年 第 44 卷 第 4 期

无损检测