声发射技术可用于玻璃钢管道检测

声发射技术可用于玻璃钢管道检测

玻璃钢材料因其具有耐蚀、易成型等优良特点在石油化工行业得到广泛应用。而简易的连接方法和多样的失效形式使在役玻璃钢产品还没有十分有效的检测及寿命评价方法。

玻璃钢

中国特种设备检测研究院的闫河等研究人员采用声发射检测技术，通过对玻璃钢材质进行衰减测试、实际案例检测以及对比玻璃钢材质和金属材质的衰减差异，探讨声发射检测技术在玻璃钢材质应用中的有效性和适用性。

检测对象为一根服役20多年的磷酸管线,其具体参数为:材料为FRP;直径 为400mm;壁厚为12mm;所储介质为磷酸;投用日期为1991年。

检测所使用的主要仪器为声发射检测仪,传感器中心频率为150kHz, 频带宽100~400kHz,耦剂为真空脂,采用胶带粘传感器方式固定,传感器的型号为PXR15I。

由于玻璃钢为各向异性材料,而且不同的玻璃纤维及其制品组合会有不同的特性,所以对在役设备实施检测时,应首先进行声信号衰减测试,以确定传感器布置间距,完成对在役设备的检测工作。

声发射衰减测试步骤如下:

1. 将传感器布置于事先标记好的部位。

2. 连接同轴电缆、前置放大器、数据线及主机。

3. 打开软件,测试背景噪声,并根据背景噪声情况来设置门槛、振铃计数等检测参数。

4. 按衰减测试的有关规定,在传感器10mm以内、100,300,500,1000,2000,3000mm 等部位进行不少于三次断铅试验,记录所采集的信号幅值、拟合幅值与距离的曲线图,即可得到相应的衰减曲线图。

根据声信号衰减测试方法,对管线进行衰减测试,由于检测对象为活性缺陷检测,非泄漏检测,故选用高频传感器,衰减测试的最大间距为3m,测试结果如下图所示：

玻璃钢材料衰减曲线

根据衰减曲线及背景噪声采集可知,声发射检测传感器布置间距最大为3m,在检测覆盖的20m范围内共布设10个传感器,具体传感器的布置方式如下图所示。

传感器布置间距

传感器布置方式

由玻璃钢材料衰减曲线可知:

1. 3m的衰减测试远大于ASME RTPG1标准中规定的标定衰减测试距离（约1300mm）,符合有关衰减测试的相关要求。

2. 采用高频的传感器进行衰减测试,距离传感器3m处的信号幅值大于50dB,高于一般检测环境40dB背景噪声加6dB的通道设置,也满足一般工程检测传感器间距设置3~5m的检测要求;从而说明声发射检测技术不仅可以应用于试验研究,也可以应用于实际工程检测中。

对比声发射检测结果与复验宏观检测结果可知:

1. 在产生有效声发射源的部位,其宏观检测结果为阻燃层断开,纤维局部断裂;因阻燃层断开后会产生与管线本体的摩擦信号,纤维断裂会产生一定的声信号,这些信号沿管线传播被传感器接收定位后便形成有效的声发射源。

2. 在无有效声发射源部位,其宏观检测结果未见异常;两个结果的一致性可以进一步说明声发射检测技术在实际工程应用中的有效性。

由金属材料与玻璃钢材料衰减曲线可知:

1. 声信号在玻璃钢中衰减梯度远大于声信号在金属材料中的衰减梯度。

2. 两种材料的衰减差异主要体现在距离传感器1000mm范围内,在1000~3000mm范围内两种金属的衰减梯度无明显差异,从而说明导致复合材料管道声信号衰减的主要原因是吸收衰减和散射衰减,而非扩散衰减。这是由于吸收衰减和散射衰减主要是由声阻抗的多变与介质的黏滞性所引起的。

复合材料是由玻璃纤维和合成树脂复合而成,其不仅属于多阻抗介质的组合体,而且介质的黏滞性较强,所以可以根据不同的衰减曲线来确定复合材料不同的失效形式,工程中也可以根据简单的声信号衰减来预测材料的早期失效。