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1、摘要 摘 要 声发射技术属于声学检测技术领域 作为一种新型动态检测技术 目前已 发展成为压力容器检测和安全评定的重要无损检测方法之一 在故障诊断中 占有重要地位 并有广泛的应用前景 声发射技术特别适合那些无法进行内 部检测和焊缝中存在大量超标缺陷的压力容器的检验和评定 本文简单介绍了声发射技术概念和基本原理 声发射的特点及其优缺 点 对直线定位技术和任意三角形网络定位技术进行了研究 对区域定位法进 行了简单的介绍 然后设计了检验框图和基本程序 对声发射前置电路进行了 深入研究 并探讨了压力容器的声发射检验缺陷评定 最后声发射检测系统采 用空间滤波技术来排除外界噪声的干扰 关键词 声发射技术 压
2、力容器 定位方法 声发射源 空间滤波技术 1 燕山大学本科生毕业设计 论文 Abstract Detection of acoustic emission technique is the field of ultrasound technology as a new type of dynamic testing technology has developed into a pressure vessel the current detection and safety assessment of one of the important non destructive testing m
3、ethods in fault diagnosis plays an important role as well as the prospects for a wide range of applications Acoustic emission technology especially for those who are unable to conduct an internal testing and the existence of a large number of weld defects in the pressure vessel over the testing and
4、evaluation This article briefly introduced the concept of acoustic emission technique and the basic principles of acoustic emission characteristics and their advantages and disadvantages of linear positioning technology and location technology arbitrary triangle network conducted a study on the regi
5、onal location of a brief introduction and then design a test block diagram and basic procedures pre AE depth study of the circuit and to explore the pressure vessel defect assessment of acoustic emission testing the final acoustic emission detection spatial filtering technique used to exclude extern
6、al noise interference Keywords AE technology pressure vessels positioning methods acoustic emission source space filtering technology 2 目 录目 录 摘 要 摘 要 AbstractAbstract 第 1 章 绪论 1 1 课题背景 1 2 压力容器声发射技术的发展概况 1 2 1 声发射技术的研究进展 1 2 2 国外压力容器声发射检测技术概况 1 2 3 国内压力容器声发射检测技术概况 1 3 本课题研究内容 第 2 章 声发射技术原理 2 1 声发射技
7、术的原理 2 2 压力容器检验中应用声发射技术的重要依据 2 2 1 凯赛尔效应 2 2 2 费利西蒂效应和费利西蒂比 2 3 声发射技术的特点 2 3 1 声发射技术的优点 2 3 2 声发射技术的局限性 2 4 本章小结 第 3 章 声发射定位技术 3 1 声发射定位技术研究 3 1 1 不同声发射源的产生部位和机理 3 1 2 不同声发射源定位特性 3 2 声发射定位技术研究方法 3 2 1 时差定位法 3 2 2 直线定位法 3 2 3 任意平面三角形定位法 3 2 4 区域定位法 3 3 本章小结 第 4 章 压力容器的声发射检验和安全评定 4 1 压力容器的声发射在线检验 4 2
8、压力容器的声发射检测方法 4 2 1 声发射技术在压力容器检验中的步骤 3 4 2 2 在用压力容器的常规检验方法的不足 4 2 3 新制造压力容器的声发射检验 4 3 在用压力容器的声发射检验的优势 4 4 本章小结 第 5 章 压力容器的声发射检验程序 5 1 声发射检测的基本程序及检验框图 5 1 1 压力容器声发射检验框图 5 1 2 声发射检测的基本程序 5 2 声发射检测系统主要装置 5 2 1 声发射仪 5 2 2 换能器 5 2 3 前置放大器 5 2 4 记录和分析声发射信号的装置 5 3 本章小结 第 6 章 系统抗干扰技术及应用 6 1 声发射信号采集过程的干扰来源 6
9、1 1 机械噪声 6 1 2 电磁干扰噪声 6 2 抗干扰措施 6 2 1 硬件抗干扰的措施 6 2 2 软件抗干扰的措施 6 3 空间滤波技术 6 3 1 主副鉴别 6 3 2 符合鉴别 36 6 3 3 前沿鉴别 6 4 本章小结 结 论 结 论 参考文献 参考文献 附录附录 1 1 附录附录 2 2 附录附录 3 3 附录附录 4 4 致谢 致谢 5 1 绪论 1 1 课题背景 压力容器主要应用于石油化工行业 由于其盛装着易燃 易爆 剧毒或 腐蚀介质 长期承受高温和压力 是危险性较高的特种设备 压力容器在制造 中采用焊接连接的部位很多 这些部位存在的焊接缺陷在高温 高压下很容 易因产生腐
10、蚀 裂纹而损伤 若因此而发生泄漏或爆炸 后果将不堪设想 近 几年来 国内外的压力容器爆炸事故屡有发生 给国家和人民生命财产造成了 巨大的损失 为了避免和减少压力容器失效事故的发生 最有效的措施就是对压力容 器进行监测和定期检验 因此 无损检测在压力容器制造和使用过程中具有 举足轻重的地位 必须对在役压力容器设备进行在线检测 在役压力容器设 备检测要在线无损检测 其工作介质特殊 危险性大 一般为远程测量 另外 在役压力容器检测的工作量大 有较大难度 并且诊断要求有一定的前瞻性 有预警功能 鉴于在役压力容器在线检测的这些特点 传统的检测方法已不能满足检 测要求 声发射技术作为在线无损检测的新兴技术
11、 经过几十年的发展已逐渐 成熟地应用于压力容器的在线检测 目前声发射技术作为一种成熟的无损检测方法 已被广泛应用于许多领 域 主要包括以下方面 1 石油化工工业 各种压力容器 压力管道和海洋石油平台的检测和 结构完整性评价 常压贮罐底部 各种阀门和埋地管道的泄漏检测等 2 电力工业 高压蒸汽汽包 管道和阀门的检测和泄漏监测 汽轮机 叶片的检测 汽轮机轴承运行状况的监测 变压器局部放电的检测 3 材料试验 材料的性能测试 断裂试验 疲劳试验 腐蚀监测和摩 擦测试 铁磁性材料的磁声发射测试等 4 民用工程 楼房 桥梁 起重机 隧道 大坝的检测 水泥结构裂 纹开裂和扩展的连续监视等 6 第1 章 绪
12、论 5 航天和航空工业 航空器壳体和主要构件的检测和结构完整性评价 航空器的时效试验 疲劳试验检测和运行过程中的在线连续监测等 6 金属加工 工具磨损和断裂的探测 打磨轮或整形装置与工件接触 的探测 修理整形的验证 金属加工过程的质量控制 焊接过程监测 振动探测 锻压测试 加工过程的碰撞探测和预防 7 交通运输业 长管拖车 公路和铁路槽车及船舶的检测和缺陷定位 铁路材料和结构的裂纹探测 桥梁和隧道的结构完整性检测 卡车和火车滚珠 轴承和轴颈轴承的状态监测 火车车轮和轴承的断裂探测 8 其他 硬盘的干扰探测 带压瓶的完整性检测 庄稼和树木的干旱应 力监测 磨损摩擦监测 岩石探测 地质和地震上的应
13、用 发动机的状态监测 转 动机械的在线过程监测 钢轧辊的裂纹探测 汽车轴承强化过程的监测 铸造 过程监测 Li MnO2 电池的充放电监测 人骨头的摩擦 受力和破坏特性试验 骨关节状况的监测 1 2 压力容器声发射技术的发展概况 1 2 1 声发射技术的研究进展 材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射 1 2 声发射是一种常见的物理现象 大多数材料变形和断裂时有声发射发生 但许多材料的声发射信号强度很弱 人耳不能直接听见 需要藉助灵敏的电子 仪器才能检测出来 用仪器探测 记录 分析声发射信号和利用声发射信号 推断声发射源的技术称为声发射技术 现代声发射技术的开始以 Kaiser
14、 二十世纪五十年代初在德国所作的研 究工作为标志 他观察到铜 锌 铝 铅 锡 黄铜 铸铁和钢等金属和 合金在形变过程中都有声发射现象 他最有意义的发现是材料形变声发射 的不可逆效应即 材料被重新加载期间 在应力值达到上次加载最大应力 之前不产生声发射信号 现在人们称材料的这种不可逆现象为 Kaiser 效应 Kaiser 同时提出了连续型和突发型声发射信号的概念 二十世纪五十年代末和六十年代 美国和日本许多工作者在实验室中作 了大量工作 研究了各种材料声发射源的物理机制 并初步应用于工程材料的 7 无损检测领域 Dunegan 首次将声发射技术应用于压力容器的检测 美国 于 1967 年成立了
15、声发射工作组 日本于1969年成立了声发射协会 二十世纪七十年代初 Dunegan 等人开展了现代声发射仪器的研制 他们 把仪器测试频率提高到 100KHz 1MHz 的范围内 这是声发射实验技术的重 大进展 现代声发射仪器的研制成功为声发射技术从实验室走向在生产现场 用于监视大型构件的结构完整性创造了条件 随着现代声发射仪器的出现 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泛和系统的深入研究工 作 在生产现场也得到了广泛的应用 尤其在化工容器 核容器和焊接过程 的控制方面取得了成功 Drouillard 于 1979 年统计出版了 1979 年以前世界
16、 上发表的声发射论文目录 据他的统计 到 1986年底世界上发表有关声发射 的论文总数已超过 5000篇 八十年代初 美国 PAC 公司将现代微处理计算机技术引入声发射检测系 统 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 并开发了一 系列多功能高级检测和数据分析软件 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据分析显示 由于第二代声发射仪 器体积和重量小易携带 从而推动了八十年代声发射技术进行现场检测的广 泛应用 另一方面 由于采用 286 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 进入九十年代 美国 PAC 公司 美国 DW 公司 德国 Vallen Systeme 公 司和中国广州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 还可直接进行声发射波形的观察 显示 记录和频谱分析 声发射信号处理技术的发展同声发射技术的发展
