声发射检测的基本原理(2012年).pptx
中国特种设备检测研究院C CH HI IN NA A S SP PE EC CI IA AL L E EQ QI IP PM ME EN NT T I IN NS SP PE EC CT TI IO ON N A AN ND D R RE ES SE EA AR RC CH H I IN NS ST TI IT TU UT TE E声发射检测技术声发射检测技术 中国特种设备检测研究院C CH HI IN NA A S SP PE EC CI IA AL L E EQ QI IP PM ME EN NT T I IN NS SP PE EC CT TI IO ON N A AN ND D R RE ES SE EA AR RC CH H I IN NS ST TI IT TU UT TE E2声发射声发射材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象。性波的现象。(Acoustic Emission,简称简称AE)，也，也称为应力波发射。称为应力波发射。声发射事件声发射事件引起声发射的局部材料变化。引起声发射的局部材料变化。声声发发射射源源材材料料中中直直接接与与变变形形和和断断裂裂机机制制有有关关的的弹弹性性波波发发射射源源。声声发发射射源源的的实实质质是是指指声声发发射射的的物物理理源源点点或或发发生生声声发发射射的的机机制制源源。材材料料在在应应力力作作用用下下的的变形与裂纹扩展，是结构失效的重要机制。变形与裂纹扩展，是结构失效的重要机制。其其它它声声发发射射源源流流体体泄泄漏漏、摩摩擦擦、撞撞击击、燃燃烧烧等等与与变变形形和和断断裂裂机机制制无无直直接接关关系系的的另另一一类类弹弹性性波波源源。也称为二次声发射源。也称为二次声发射源。声发射的概念声发射的概念 中国特种设备检测研究院C CH HI IN NA A S SP PE EC CI IA AL L E EQ QI IP PM ME EN NT T I IN NS SP PE EC CT TI IO ON N A AN ND D R RE ES SE EA AR RC CH H I IN NS ST TI IT TU UT TE E3n声声发发射射信信号号的的频频率率几几HZ到到数数MHZ，包包括括次次声声频频、声频（声频（20HZ20KHZ）、超声频。）、超声频。n声声发发射射信信号号幅幅度度从从微微观观的的位位错错运运动动到到大大规规模模的的宏宏观观断断裂裂，变变化化范范围围很很大大，波波长长范范围围从从10-13m的的微微观观位位错错运运动动到到1m量量级级的的地地震震波波；传传感感器器的的输输出出可可包包括括数数v到到数数百百mv。不不过过多多数数声声发发射射信信号号为为只只能能用用高高灵灵敏敏度度传传感感器器才才能能探测到的微弱振动。探测到的微弱振动。n声声发发射射检检测测技技术术用用仪仪器器探探测测、记记录录、分分析析声声发发射射信信号号和和利利用用声声发发射射信信号号推推断断声声发发射射源的技术称为声发射技术源的技术称为声发射技术。中国特种设备检测研究院C CH HI IN NA A S SP PE EC CI IA AL L E EQ QI IP PM ME EN NT T I IN NS SP PE EC CT TI IO ON N A AN ND D R RE ES SE EA AR RC CH H I IN NS ST TI IT TU UT TE E4 声发射技术发展声发射技术发展 最最自自然然的的声声发发射射：如如折折断断树树技技、岩岩石石破破碎碎和和折折断断骨骨头头、地地震震等等的的断断裂裂过过程程无无疑疑是是人人们们最最早早听听到到的的声声发发射射信信号。号。五五十十年年代代初初：现现代代的的声声发发射射技技术术的的开开始始以以KaiserKaiser在在德德国国所所作作的的研研究究工工作作为为标标志志。他他观观察察到到铜铜、锌锌、铝铝、铅铅、锡锡、黄黄铜铜、铸铸铁铁和和钢钢等等金金属属和和合合金金在在形形变变过过程程中中 都都 有有 声声 发发 射射 现现 象象。KaiserKaiser Amercian,a student of Germany Munich Universty。Kaiser Kaiser EffectEffect材材料料被被重重新新加加载载期期间间，在在应应力力值值达到上次加载最大应力之前不产生声发射信号。达到上次加载最大应力之前不产生声发射信号。Felicity EffectEffect材材料料重重复复加加载载时时，重重复复载载荷荷到到达达原原先先所所加加最最大大载载荷荷前前发发生生明明显显声声发发射射的的现现象象，称称为为费费利利西西蒂蒂效效应应。（PAEPmax），称称为为费费利利西西蒂蒂比比。PAEPmax 0.95作为声发射源超标的重要判据。作为声发射源超标的重要判据。中国特种设备检测研究院C CH HI IN NA A S SP PE EC CI IA AL L E EQ QI IP PM ME EN NT T I IN NS SP PE EC CT TI IO ON N A AN ND D R RE ES SE EA AR RC CH H I IN NS ST TI IT TU UT TE E5 声发射技术发展声发射技术发展 五十年代末：美国人五十年代末：美国人KaiserKaiser，Schofield和和Tatro经大经大量研究发现金属塑性形变的声发射主要由大量位错量研究发现金属塑性形变的声发射主要由大量位错的运动所引起的运动所引起5。六十年代初：六十年代初：Green等人首先开始了声发射技术在无等人首先开始了声发射技术在无损检测领域方面的应用损检测领域方面的应用,Dunegan首次将声发射技术首次将声发射技术应用于压力容器方面的研究。在整个六十年代应用于压力容器方面的研究。在整个六十年代,美国美国和日本开始广泛地进行声发射的研究工作和日本开始广泛地进行声发射的研究工作,将这一技将这一技术应用于材料工程和无损检测领域。美国于术应用于材料工程和无损检测领域。美国于1967年年成立了声发射工作组，日本于成立了声发射工作组，日本于1969年成立了声发射年成立了声发射协会。协会。中国特种设备检测研究院C CH HI IN NA A S SP PE EC CI IA AL L E EQ QI IP PM ME EN NT T I IN NS SP PE EC CT TI IO ON N A AN ND D R RE ES SE EA AR RC CH H I IN NS ST TI IT TU UT TE E6 声发射技术发展声发射技术发展七十年代初：七十年代初：Dunegan等人于开展了现代声发射仪等人于开展了现代声发射仪器的研制，他们把实验频率提高到器的研制，他们把实验频率提高到100KHz-1MHz的的范围内范围内。整个七十年代和八十年代初人们从声发射。整个七十年代和八十年代初人们从声发射源机制、波的传播到声发射信号分析方面开展了广源机制、波的传播到声发射信号分析方面开展了广泛和系统的深入研究工作。泛和系统的深入研究工作。八十年代初：美国八十年代初：美国PAC公司将现代微处理计算机技公司将现代微处理计算机技术引入声发射检测系统术引入声发射检测系统,设计出了体积和重量较小的设计出了体积和重量较小的第二代源定位声发射检测仪器第二代源定位声发射检测仪器,并开发了一系列多功并开发了一系列多功能高级检测和数据分析软件能高级检测和数据分析软件,通过微处理计算机控制通过微处理计算机控制,可以对被检测构件进行实时声发射源定位监测和数可以对被检测构件进行实时声发射源定位监测和数据分析显示。据分析显示。中国特种设备检测研究院C CH HI IN NA A S SP PE EC CI IA AL L E EQ QI IP PM ME EN NT T I IN NS SP PE EC CT TI IO ON N A AN ND D R RE ES SE EA AR RC CH H I IN NS ST TI IT TU UT TE E7 声发射技术发展声发射技术发展由于采用由于采用286及更高级的微处理机和多功能检测分析及更高级的微处理机和多功能检测分析软件，仪器采集和处理声发射信号的速度大幅度提软件，仪器采集和处理声发射信号的速度大幅度提高，仪器的信息存储量巨大，从而提高了声发射检高，仪器的信息存储量巨大，从而提高了声发射检测技术的声发射源定位功能和缺陷检测准确率。测技术的声发射源定位功能和缺陷检测准确率。九十年代：美国九十年代：美国PAC公司、美国公司、美国DW公司和德国公司和德国Vallen Systeme,声华公司先后分别开发生产了计算声华公司先后分别开发生产了计算机化程度更高、体积和重量更小的第三代数字化多机化程度更高、体积和重量更小的第三代数字化多通道声发射检测分析系统，这些系统除能进行声发通道声发射检测分析系统，这些系统除能进行声发射参数实时测量和声发射源定位外，还可直接进行射参数实时测量和声发射源定位外，还可直接进行声发射波形的观察、显示、记录和频谱分析。声发射波形的观察、显示、记录和频谱分析。2007年第一台年第一台USB口声发射仪口声发射仪SAEU2S 中国特种设备检测研究院C CH HI IN NA A S SP PE EC CI IA AL L E EQ QI IP PM ME EN NT T I IN NS SP PE EC CT TI IO ON N A AN ND D R RE ES SE EA AR RC CH H I IN NS ST TI IT TU UT TE E8 声发射技术发展声发射技术发展我国于七十年代初首先开展了金属和复合材料的声发我国于七十年代初首先开展了金属和复合材料的声发射特性研究，八十年代中期声发射技术在压力容器和射特性研究，八十年代中期声发射技术在压力容器和金属结构的检测方面得到应用，目前我国已在声发射金属结构的检测方面得到应用，目前我国已在声发射仪器制造、信号处理、金属材料、复合材料、磁声发仪器制造、信号处理、金属材料、复合材料、磁声发射、岩石、过程监测、压力容器、飞机等领域开展了射、岩石、过程监测、压力容器、飞机等领域开展了广泛的研究和应用工作。广泛的研究和应用工作。我国于我国于19781978年在中国无损检测学会成立了声发射专业年在中国无损检测学会成立了声发射专业委员会，并于委员会，并于19791979年在黄山召开了第一届全国声发射年在黄山召开了第一届全国声发射学术会议，近年来已固定每两年召开一次学术会议，学术会议，近年来已固定每两年召开一次学术会议，到目前为止已召开了十一届（浙江杭州）。到目前为止已召开了十一届（浙江杭州）。声发射标准：声发射标准：ASMEASME、ASTMASTM、BSBS、DINDIN、JISJIS、EROUPEROUP、CHINESECHINESE（GB/T18182-2000GB/T18182-2000）JB/T4730.9JB/T4730.9。中国特种设备检测研究院C CH HI IN NA A S SP PE EC CI IA AL L E EQ QI IP PM ME EN NT T I IN NS SP PE EC CT TI IO ON N A AN ND D R RE ES SE EA AR RC CH H I IN NS ST TI IT TU UT TE E92 2 声发射检测的基本原理声发射检测的基本原理原理：从声发射源发射的弹性波最终传播到达材料原理：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，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。根据观察到的声发射信号再被放大、处理和记录。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。进行分析与推断以了解材料产生声发射的机制。中国特种设备检测研究院C CH HI IN NA A S SP PE EC CI IA AL L E EQ QI IP PM ME EN NT T I IN NS SP PE EC CT TI IO ON N A AN ND D R RE ES SE EA AR RC CH H I IN NS ST TI IT TU UT TE E10 3 3 声发射检测的的主要目的声发射检测的的主要目的确定声发射源的部位；确定声发射源的部位；分析声发射源的性质；分析声发射源的性质；确定声发射发生的时间或载荷；确定声发射发生的时间或载荷；评定声发射源的严重性。一般而言，对超评定声发射源的严重性。一般而言，对超标声发射源，要用其它无损检测方法进行局标声发射源，要用其它无损检测方法进行局部复检，以精确确定缺陷的性质与大小。部复检，以精确确定缺陷的性质与大小。GB/T18182：检测由金属压力容器压力管道：检测由金属压力容器压力管道的器壁、焊缝、装配的零部件等表面和内部的器壁、焊缝、装配的零部件等表面和内部产生的声发射源，并确定声发射源的部位及产生的声发射源，并确定声发射源的部位及划分综合等级。划分综合等级。中国特种设备检测研究院C CH HI IN NA A S SP PE EC CI IA AL L E EQ QI IP PM ME EN NT T I IN NS SP PE EC CT TI IO ON N A AN ND D R RE ES SE EA AR RC CH H I IN NS ST TI IT TU UT TE E114 4 声发射技术的特点声发射技术的特点声发射技术的优点声发射技术的优点 (1)声发射检测是一种动态检验方法；声发射检测是一种动态检验方法；(2)声发射检测方法对线性缺陷较为敏感；声发射检测方法对线性缺陷较为敏感；(3)声声发发射射检检测测在在一一次次试试验验过过程程中中能能够够整整体体探测和评价整个结构中缺陷的状态；探测和评价整个结构中缺陷的状态；(4)可可提提供供缺缺陷陷随随载载荷荷、时时间间、温温度度等等外外变变量量而而变变化化的的实实时时或或连连续续信信息息，因因而而适适用用于于工工业业过程在线监控及早期或临近破坏预报；过程在线监控及早期或临近破坏预报；中国特种设备检测研究院C CH HI IN NA A S SP PE EC CI IA AL L E EQ QI IP PM ME EN NT T I IN NS SP PE EC CT TI IO ON N A AN ND D R RE ES SE EA AR RC CH H I IN NS ST TI IT TU UT TE E124 4 声发射技术的特点声发射技术的特点声发射技术的优点声发射技术的优点(5)(5)适适于于其其它它方方法法难难于于或或不不能能接接近近环环境境下下的的检检测测，如如高高低低温温、核核辐辐射射、易易燃燃、易易爆爆及及极极毒等环境；毒等环境；(6)(6)对对于于在在役役压压力力容容器器的的定定期期检检验验，声声发发射射检检验验方方法法可可以以缩缩短短检检验验的的停停产产时时间间或或者者不不需需要停产；要停产；(7)(7)对对于于压压力力容容器器的的耐耐压压试试验验，声声发发射射检检验验方方法法可可以以预预防防由由未未知知不不连连续续缺缺陷陷引引起起系系统统的的灾难性失效和限定系统的最高工作压力；灾难性失效和限定系统的最高工作压力；(8)(8)适于检测形状复杂的构件。适于检测形状复杂的构件。中国特种设备检测研究院C CH HI IN NA A S SP PE EC CI IA AL L E EQ QI IP PM ME EN NT T I IN NS SP PE EC CT TI IO ON N A AN ND D R RE ES SE EA AR RC CH H I IN NS ST TI IT TU UT TE E13声发射技术的缺点声发射技术的缺点(1)(1)对对数数据据的的正正确确解解释释要要有有更更为为丰丰富富的的数数据据库库和和现现场场检检测测经经验验。因因为为声声发发射射特特性性对对材材料料甚甚为为敏敏感感，又又易易受到机电噪声的干扰。受到机电噪声的干扰。(2)(2)声声发发射射检检测测，一一般般需需要要适适当当的的加加载载程程序序。多多数数情情况况下下，可可利利用用现现成成的的加加载载条条件件，但但有有时时，还还需需要要特作准备；特作准备；(3)(3)声声发发射射检检测测目目前前只只能能给给出出声声发发射射源源的的部部位位、活活性性和和强强度度，不不能能给给出出声声发发射射源源内内缺缺陷陷的的性性质质和和大大小小，仍需依赖于其它无损检测方法进行复验。仍需依赖于其它无损检测方法进行复验。4 4 声发射技术的特点声发射技术的特点 中国特种设备检测研究院C CH HI IN NA A S SP PE EC CI IA AL L E EQ QI IP PM ME EN NT T I IN NS SP PE EC CT TI IO ON N A AN ND D R RE ES SE EA AR RC CH H I IN NS ST TI IT TU UT TE E14 5 5 声发射检测方法和其它常规无损检测方法声发射检测方法和其它常规无损检测方法的特点对比的特点对比 声发射检测方法其它常规无损检测方法缺陷的增长活动缺陷的存在与作用应力有关与缺陷的形状有关对材料的敏感性较高对材料的敏感性较差对几何形状的敏感性较差对几何形状的敏感性较高需要进入被检对象的要求较少需要进入被检对象的要求较多进行整体监测进行局部扫描主要问题：噪声、解释主要问题：接近、几何形状 中国特种设备检测研究院C CH HI IN NA A S SP PE EC CI IA AL L E EQ QI IP PM ME EN NT T I IN NS SP PE EC CT TI IO ON N A AN ND D R RE ES SE EA AR RC CH H I IN NS ST TI IT TU UT TE E156 6 声发射技术的应用领域声发射技术的应用领域 (1)(1)石油化工工业；石油化工工业；(2)(2)电力工业；电力工业；(3)(3)材料试验；材料试验；(4)(4)民用工程；民用工程；(5)(5)航天和航空工业；航天和航空工业；(6)(6)金属加工；金属加工；（7)7)交通运输业；交通运输业；(8)(8)林业林业 (9)(9)其他。其他。中国特种设备检测研究院C CH HI IN NA A S SP PE EC CI IA AL L E EQ QI IP PM ME EN NT T I IN NS SP PE EC CT TI IO ON N A AN ND D R RE ES SE EA AR RC CH H I IN NS ST TI IT TU UT TE E压力容器的声发射检测压力容器的声发射检测 中国特种设备检测研究院C CH HI IN NA A S SP PE EC CI IA AL L E EQ QI IP PM ME EN NT T I IN NS SP PE EC CT TI IO ON N A AN ND D R RE ES SE EA AR RC CH H I IN NS ST TI IT TU UT TE E
