专利名称：乙炔钢瓶填料缺陷的声测方法
技术领域：
本发明涉及一种利用声波通过记录仪测试固体中缺陷的方法，具体地说用乙炔瓶进行气密试验时，通过充压产生的声波为信号通过记录仪记录的曲线来检测瓶内填料完整性的方法。
在当今工业中，乙炔用途极广。由于乙炔是不饱和的三价共键分子结构，极不稳定，在自由空间中很容易发生聚和与分解反应引起爆炸。它不能象其他气体那样用压缩或液化的方法在钢瓶压力容器中储存和使用。现有普遍的方法是在钢瓶容器中装入多孔性填料(MASS)，充入丙酮，将乙炔溶解在丙酮中的方法，能有效地解决安全，可靠的储存乙炔的问题。因此，经过浇铸水热反应固化成多孔形的填料，其质量好坏是确保乙炔钢瓶能否安全可靠地使用的主要因素。除去填料的化学、物理质量参数之外，填料的孔洞或穿透性的裂纹、断层、龟裂等缺陷，也会为乙炔分子提供自由空间引起爆炸。因而，确定填料的完整性是乙炔钢瓶安全使用性能的关键因素。
现今生产乙炔钢瓶在去厂前大多采用破损检测法，以抽样标准从批量产品中随机抽取一定数量的样品，再按质量标准剖开样品目测其填料的完整性，来确定该批产品合格与否。这种方法的不足之处在于，以抽样确定批量产品不合格，其中尚有大量合格品被报废;而定为合格品又存在质量不合格品的隐患，其危害极大不可忽视。特别是大量使用的或回收准备再用的乙炔钢瓶是否重新产生缺陷，该法无法确定。
为确保安全，迅速而准确的测出缺陷，国内外很多技术人员，致力于能全数无损检测方法的研究，但是，目前尚无成功应用的报导。其中美国布拉波恩于1985年在美国专利4468965号中公开了“乙炔瓶检验方法”一文。该方法谈及用监测声发射法对乙炔瓶进行无损检验，示意如图1。压力气源(2)采用3.1兆帕，通过通气阀(3)压入乙炔瓶，钢瓶上可固定有二个传感器(4)，将搜集的声波信号转变成电讯号，通过电讯号前置放大器(5)传至记录仪(6)上，该讯号与气源压力讯号共同带动记录笔记录。所记录的图形如图2所示。图中横座标为规范化压力值P0，P0＝P/3.1，纵坐标为规范化声波信息N0，N0＝N/N3.1，如果填料完整性好，曲线如J型，呈指数曲线或非线性曲线;如填料不完整，有缺陷则曲线形状如H型，基本为一直线。
但是上述方法谈到，在对有缺陷填料的乙炔瓶检验时“只要使结构处于已知载荷的作用下而又将其解除时，则尔后的加载在没有超过上述最大载荷的作用以前是不会产生声发射的，也就是说，只有在应力作用下产生裂纹增长，以便产生声发射，而又将该应力解除时，则该裂纹就不会回到其予应力状态，而尔后所加之应力在超过上述所加应力之前，是不会产生裂纹并随尔后的声发射而增长的”。所以该方法在测量时不能重复测定，如果缺陷填料在测定时缺陷不再扩展、裂纹、孔洞不增大用该方法无效。此外，就其检测方法而言，采用两个探头也就是两个获取信号通道同时收集信号(如计数)，如何应用信号没有说明，比如是取两个通道数据之和？还是平均值？两种处理方法差异很大。还有，评定填料“好”与“不好”的“曲线”是以原始数据曲线进行规范化得到的，这是相当繁琐的。在生产上应用这种方法检查的乙炔瓶，每一个瓶都要画出一条规范曲线才能评定填料的“好”与“不好”，在实际应用中是难以实现的。且这种检验方法评定填料“好”与“不好”，不能提供对应填料缺陷是什么情况。特别是该方法提供数据少，专利中没有提供重复性实验结果。从我们掌握、搜集的资料看，没有发现其工业化试验和被生产采用的报导。
本发明的目的在于克服上述缺欠而提供一个直接的以声发射(AE)能量曲线为标准的测试原理出发，可以准确测试乙炔钢瓶填料完整性的实用的方法。
本发明可以通过以下措施来实现。成品乙炔钢瓶出厂前必须充气进行气密性试验，与此同时，在乙炔钢瓶外瓶壁上用磁性材料固定一与本发明仪器配套的AE传感器(7)，它将充气时产生的声波变换成电讯号，经前置放大器放大后输入到AE监测仪(8)，AE监测仪将电讯号再变换成均方根电压参数(RMS)，并输入到X-Y1-Y2函数记录仪(9)上，与气源压力经压力变换器变换的压力讯号一起驱动记录笔划图，由曲线图形来确定乙炔钢瓶填料完整性状态。
众所周知，当气源气压充入钢瓶时，随气源的充入，必然要产生噪声。噪声与钢瓶内填料的抗压强度，含水率也与填料的表面孔洞，龟裂裂纹、断层等存在着一定的内在的关系。经过我们研究发现，将噪声传感器(7)收集到的声波信号加以变换、放大并与气源压力变换数据作图时，填料的状态，如完好的，或填料不完整而有孔洞、穿透性裂纹、或是原生微孔在加压时通连，都会产生湍流，摩擦和裂断信号。并发现只有这种填料产生的湍流、摩擦、微断裂引发的声信号对经AE监测仪(3)变换得到的能量曲线(RMS)影响较大，其他因素及填料的强度、含水率因素对能量曲线也有一定的影响，所以采用能量RMS曲线来检测填料的完整性，准确性极好。
RMS(均方根电压参数)值可由下式表示
其中Vp为信号峰值电压N(Vp)是以峰值电压为变量的微分型分布函数。
其测试条件是首先对于受验乙炔钢瓶要作5.2兆帕左右的水压试验，放在橡皮板上。在清洁无附着物的钢瓶上，以真空油脂作为探头与瓶壳的耦合剂，用砂纸将瓶体与探头处打磨光滑将探头牢固地卡在钢瓶壳体的中央部位。同时将其他仪器设备装调好。以氮气或压缩空气为压力源对乙炔瓶加压。只用一只与AE监测仪配套之传感器(7)即可，信息处理仪器采用AE监测仪(8)，阈值电压固定为1伏(门槛电压);充气压力0～3兆帕;充压时间在1.0～3.0分钟之间。在开动仪器后，对钢瓶加压，则在加压期间，在X-Y1-Y2记录仪上，即可显示RMS曲线。在检测时，如果第一次加压后，能量RMS曲线呈现拖尾等不正常现象，表示填料有异常，则只要泄压后进行第二次加压测试，即可显示正确结果。其检测结果可分为光滑、非光滑、奇异、准奇异和准无信息五种情况。打压时是向瓶体内压入高速气流，如果填料外表面光滑，气流阻力小，气流波动小，则产生的噪音能量也就必然小在能量曲线上略去微小脉冲信号，整个曲线呈平滑状，如附图4。如果填料表面有孔洞，则气流在空洞处显示湍流，能量增大，如附图5所示，曲线后段压力较大处脉动较大，被称为非光滑型，显示填料有空洞，但空洞较小。如果填料表面有断层、裂纹存在则加压时，就会产生界面摩擦、也会使能量增大，从而产生能量曲线拖尾现象，称为奇异曲线，如附图6、7、8其中有的空间较大，较多超过标准如图6。有的是填料中有裂纹、或空洞、裂纹兼有之，如图7、8如填料有较小的裂纹，则有时在第一次加压时曲线基本呈奇异型，但泄压后再进行第二次或第三次加压，该裂纹会因前次加压而裂纹减小，情况得以改善。则第二次或第三次测得的能量曲线如图9，会消除有拖尾的奇异型曲线，而类似光滑或非光滑型曲线。按我国现行标准恒量，该钢瓶完全可用。实践证实了这一点，我们称该曲线即第二次或第三次加压获得的曲线为准奇异型曲线。如果填料的强度低，含水率也高则能量曲线不成峰型如图10，该钢瓶不宜使用我们称准无信息型。测试所示五种情况中奇异型和准无信息型，根据我国对乙炔钢瓶填料的检测规定，可以认定产品为不合格，而其他几种类型中，虽然也有表示有小型园型或椭园形孔洞，或孔洞总体积不超过标准，但可以认定为合格乙炔钢瓶。
本说明书的
如下图1为美国专利“乙炔瓶检测方法”的检测系统示意图1-乙炔瓶，2-充压气源，3-通气阀，4-声波传感器，5-电讯号放大器，6-记录仪。图2为美国专利中记录仪显示的填料完整性测试曲线，J-曲线为填料完整性好的5只乙炔瓶测试曲线，H-曲线为填料不完整或有缺陷的4只乙炔瓶瓶测试曲线。图3为本发明乙炔钢瓶填料完整性检测系统的示意图7-与监测仪器配套之传感器，8-AE监测仪，9-x-Y1-Y2记录仪。图4为本发明光滑型能量RMS曲线。图5为非光滑型能量RMS曲线。图6、7、8为奇异型能量RMS曲线。图9为准奇异型能量RMS曲线。图10为准无信息型能量RMS曲线。
本发明的实施例，可用图4-图10来表示用本发明乙炔钢瓶填料缺陷声测方法所得到的结果。图4-图9中，由气源加压到终了压力时所需时间分别为2分5秒、1分51秒、2分9秒、2分42秒、2分43秒和1分23秒。图10为强度较低含水率高的不合格填料测试图。
本发明的优点在于利用能量RMS曲线来测试乙炔钢瓶填料的缺陷，重复性好，可靠性高，判断合格不合格的界限清楚，且可以对乙炔钢瓶进行逐瓶检测，减少了损失，保证了乙炔瓶使用的安全性。此外，它采用声测方法，只从乙炔钢瓶外表面取声波讯号就可以检测填料的缺陷，且可以结合生产中气密试验工序同时进行，简便易行，已得到了生产厂家的承认。对于正在使用的或回收再用的乙炔钢瓶的检测，提供了有效的方法。
权利要求
1.一种乙炔钢瓶填料缺陷的声测方法，由噪声传感器、讯号放大、讯号处理及记录仪组成，其特征在于，与声发射(AE)监测仪(8)配套之传感器(4)，采用一只，讯号处理采用声发射(AE)监测仪(8)，以声发射的RMS参数为纵坐标，以充气压力为横坐标，在X-Y1-Y2记录仪(9)上划图，以该函数曲线作为评定填料完整性的标准。
2.如权利要求1所述之乙炔钢瓶填料缺陷的声测方法，其特征在于记录标识函数曲线可分为光滑(图4)非光滑(图5)奇异(图6、7、8〕非奇异(图9)和准无信息型(图10)能量RMS曲线。
3.如权利要求1所述之乙炔钢瓶填料缺陷声测方法，其特征在于，检测次数可为1或2次。
4.如权利要求1所述之乙炔钢瓶缺陷声测方法，其特征在于检测充压力为0-3兆帕。
5.如权利要求1所述之乙炔钢瓶填料缺陷声测方法，其特征在于检测时间为1.0-3.0分。
全文摘要
本发明“乙炔钢瓶填料缺陷的声测方法”是一种通过理论研究提出的，生产可用的乙炔钢瓶填料完整性的声测方法，它利用乙炔钢瓶气密试验工序充压产生的噪声，以声发射(AE)监测仪处理讯号得到能量RMS曲线，将曲线分为光滑、非光滑、奇异、非奇异和准无信息型，用以揭示填料的完整性。该方法稳定性高、重复性好，保证了乙炔钢瓶的安全使用，大大减少了原生产中检验产生的损失，而且对正在使用或回收再用的乙炔钢瓶的检测，提供了有效的方法。
文档编号G01N29/04GK1058098SQ9110136
公开日1992年1月22日 申请日期1991年3月8日 优先权日1991年3月8日
发明者万耀光, 段庆儒, 沈功田 申请人:劳动部锅炉压力容器检测研究中心