声发射检测技术及应用.

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1、声发射检测技术及应用 报告内容 v无损检测简介 v声发射检测的原理和特点 v声发射检测的定位方法 v声发射检测的应用 第一部分 无损检测 一、 什么是无损检测 无损检测是在不破坏或损伤原材料和工件受检 对象的前提下，测定和评价物质内部或外表的物理 和力学性能，并包括各类缺陷和其他技术参数的综 合性应用技术 。 二、无损检测的应用形式 （一）在生产过程质量控制中的无损捡测，即应用于 产品的质量管理。 （二）用于成品的质量控制，即用于出厂前的成品检 验和用户的验收检验。 （三）在产品使用过程中的监测，即维护检验。 三、无损检测方法的种类 人们按照不同的原理，和不同的探测及信息处 理方式，已经应用和

2、正在研究的各种无损检测方法 ，总共达70多种。目前在工业生产检测中，应用最 广泛的无损检测方法主要是液体渗透法，磁粉检测 法，射线检测法，超声波检测法和涡流检测法。 第二部分 声发射检测原理 声发射技术在材料和结构的无损检测中占有很 重要的地值，是在60年代发展起来的一种材料和构 件评价的新方法，现已成为一种不可缺少的检测手 段。 v材料或结构件受外力或内力作用产生变形或断裂， 以弹性波形式释放出应变能的现象称为声发射。 v利用仪器检测、分析声发射信号并利用声发射信息 推断声发射源的技术称为声发射技术。 声发射检测必须有外部条件的作用，使 材料内部结构发生变化，即结构、焊接接头 或材料的内部结

3、构、缺陷处于运动变化的过 程中，才能实施检测。 一、声发射的来源与产生 v位错运动和塑性变形 实际金属晶体存在着各种各样的缺陷 ，当晶体内沿某 一条线上的原子排列与完整晶格不同时就会形成缺陷。高速 运动的位错产生高频率、低幅值的声发射信号，而低速运动 的位错则产生低频率、高幅值的声发射信号。据估计，大约 100个到1000个位错同时运动可产生仪器能检测到的连续信 号；几百个到几千个位错同时运动时可产生突发型信号。 v裂纹的形成和扩展 塑性材料裂纹的形成与扩展同材料的塑性变形有关，一 旦裂纹形成，材料局部区域的应力集中得到卸载，产生声发 射。材料的断裂过程大体上可分为三个阶段：裂纹形成； 裂纹扩

4、展；最终断裂。这三个阶段都可以产生强烈的声 发射。 脆性材料不产生明显的塑性变形，因此一般认为，位错 塞积是脆性材料形成微裂纹的基本机理。 脆性材料由于不产生明显的塑性变形，其声发射频度低 ，每次的发射强度大；塑性材料与之形成对照，声发射频度 高，每次发射强度小。 脆性材料和塑性材料的声发射信号比较 二、声发射信号的特征参数 v声发射事件 右图是一个突发型信号的波形， 经过包络检波后，波形超过顶置的 阈值电压形成一个矩形脉冲。一个 突发型信号形成一个矩形脉冲叫做 一个事件，这些事件脉冲数就是事 件计数。单位时间的事件计数称为 事件计数率，其计数的累积则称为 事件总数。 右图是一个声发射信号的振

5、 铃波形，设置某一阈值电压，振 铃波形超过这个阈值电压的部分 形成矩形窄脉冲，计算这些振铃 脉冲数就是振铃计数单位时间 的振铃计数率则称为声发射率， 累加起来称为振铃总数。取一个 事件的振铃计数称为事件振铃计 数或振铃/事件。 仪器输出的声发射信号是一个随机信号，如下图所示 一个事件的振铃计数为： 式中， 工作频率， 衰减系数 ， 峰值电压， 阈值电压 v振幅及振幅分布 振幅分布又称幅度分布，振幅是指声发射波形的峰值振 幅。振幅及振幅分布被认为是可以更多地反映声发射源信息 的一种处理方法。它既可以是事件计数对振幅的分布，也可 以是振铃计数对振幅的分布。 v能量 声发射能量反映了声发射源以弹性波

6、形式释放的能量。 能量分析是针对仪器输出的信号进行的。瞬态信号的能量定 义为 式中， 随时间变化的电压， 电压测量电路的输入 阻抗。 第三部分 声发射检测定位方法 v直线定位法 直线定位法是在一维空间中确定声发射源位置坐标，大 多用于焊缝缺陷定位。在一维空间内放置两个换能器，它们 所确定的声源位置必须在两个换能器连线或圆弧线上。取坐 标原点为两个换能器之间连线的中点，见下图。 声源的位置坐标可由下式 求出， 式中， 相对时差， 声速。 v平面三角形定位法 将4个换能器分别置于(0，0)， (1，B)，(1，B)与品(0,A)， 其中后三点构成一个正三角形， (0，0)为三角形的内心，并取其 为

7、直角坐标系的原点，见右图。在 P(x，y)点有一声源，在求出到达， 和相对于的时差后，可以计算出声 源P(x，y)的位置。 v归一化正方阵定位法 归一化正方阵定位是一种将声源位置坐标按换能器位置 坐标归一化的定位方法。将四个换能器置于直角坐标系中的 位置(1，1)，(1，-1)，(-l，-1)，(-1，1)。由声源P(x,y)的声 波到达换能器1的传播时间到换能器2、3和4的时差来定位。 第四部分 声发射检测的应用 v声发射在材料研究中的应用 1金属材料 采用声发射监测与三点弯曲试验相结合 ，计算其开裂应力和变形量 ，评价表面渗透层(渗氮、渗碳等)的脆性 。 2非金属材料 陶瓷材料采用复合方法

8、如连续纤维强化可使材料的性能显著提高。 对于SiC纤维强化玻璃复合材料可采用多通道声发射波形逆问题解析 法，根据声波到达的时间差标定破坏源的位置，根据发射形式识别破坏 模式，用逆卷积积分评价破坏源的大小。 v声发射在焊接中应用 1焊接质量监测 基本原理：在焊缝冷却过程中， 焊缝及其热影响区的收缩与相变所 造成应力不均匀分布而产生裂纹。 可用于氩弧焊、电阻焊、自动 焊和电子束焊等。还可用于电阻点 焊的质量监控中 。右图为Y形裂纹 试样的声发射总计数与焊后延迟时 间之间的关系 2压力容器在役检测 在容器受载过程中进行动态整体监测，特别适合无法进 行内部检验和焊缝中存在大量超标缺陷的压力容器的检验和 评定。在压力容器的应用主要有以下几个方面： (1)出厂水压试验时的声发射监测。 (2)容器定期检修时水压试验声发射监测 。 (3)运行中压力容器的声发射监测 。 (4)容器爆破试验时的声发射监测。 v声发射在飞机结构件监测中的应用 据资料介绍，KC135运输机主要翼下的翼片是用 7178T6合金制造，材料本身具有脆性，有时在飞行中 产生18cm长的龟裂可导致完全破坏。曾采用中心频率为 250kHz的窄带传感器对其进行了声发射监测，虽然监测 中有一定的电磁和机械噪声影响，但是可以清晰地检测出 5cm以上的疲劳裂纹的扩展情况。因此，美国空军将此项 飞行中的监测作为日常例行程序。 谢谢大家！