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1、概述 声发射的理论基础 声发射信号的检测与分析 声发射在设备状态监测中的应用,主要内容,无损检测,NDT （Non-destructive testing），就是利用声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，进而判定被检对象所处技术状态（如合格与否、剩余寿命等）的所有技术手段的总称。,背景介绍,无损检测方法,目视检测 Visual Testing （缩写 VT）超声检测 Ultrasonic Testing（缩写 UT）射线检测 Radiographic Testing（缩写 RT） 磁粉检测
2、Magnetic particle Testing（缩写 MT） 渗透检测 Penetrated Testing （缩写 PT）声发射 Acoustic Emission(缩写 AE) 涡流检测Eddy current Testing （缩写 ET） 泄漏检测 Leak Testing（缩写 LT）,背景介绍,折断竹子发出的声音,撕报纸发出的声音,声发射技术概论,裂纹,分层,材料在外力作用下，形成裂纹、断裂、分层等形式的损伤时，也会发声，产生声发射信号！,颗粒断裂,但这些信号很微弱，人耳听不到，必须借助先进的设备来检测,声发射技术概论,声发射（acoustic emission，简称AE）是指
3、材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以应力波形式释放出应变能的现象。, 应变能足够强，则人耳可以听到。, 许多金属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。,什么是声发射？,声发射源,如何产生声发射？,起重机主梁裂纹检测,管道裂纹检测,声发射源的典型例子,储油罐漏油检测,变压器局部放电检测,声发射源的典型例子, 50年代:德国人Kaiser发现Kaiser效应 50-70年代: 实验室阶段 70-80年代：工程应用 90-本世纪初: 迅速发展、广泛应用,声发射技术的发展,美国物理声学公司一PAC公司作为声发射技术领导者、世界著名生产商，PAC公司有完
4、整的、系统化的声发射产品生产线。其声发射产品占全球声发射市场的85%以上。声发射系统是PAC公司主导产品之一。完整的声发射系统包括：声发射卡、声发射主机、声发射传感器、声发射前置放大器、声发射处理软件，其核心部件包括声发射卡，采集分析软件、传感器和前置放大器。PAC公司声发射产品依据其声发射卡型号不同而构成三个声发射系统。即：DiSP系统、SAMOS系统 、PCI-2系统。三个系统的采集卡均采用标准PCI总线技术，并由先进的表面封装设备（SMD）制造的多层高密度卡。最近公司又研制出ARB-1410卡采用标准的PCI总线,14位A/D,速度为100MSample/sec的任意波形发生卡.同时,此
5、卡使用专用的WaveGen1410软件,可以产生各种类型的波形. PAC公司的声发射产品广泛应用于压力容器检测、管道检测、航空航天材料检测、起重设备检测、铁路罐车检测、桥梁检测、贮罐检测、金属材料检测、复合材料检测、陶瓷检测、水泥构件检测、岩石及电器产品等检测。PAC公司拥有世界上领先的声发射研究中心（RD）及最优秀的专家，为不同行业开发了解决工程问题的专家系统:VPAC（阀门定量泄漏检测声发射专家系统）、MONPAC(压力容器检测声发射专家系统）、TANKPAC（油罐罐底腐蚀状况声发射在线检测专家系统）、CORPAC（工业结构中局部腐蚀状况声发射在线监控系统）、PDDPAC（变压器局部放电声
6、发射检测专家系统）。,声发射系统在如下领域应用：Traditional Material Testing(声发射对传统材料的检测) Advanced Composite Material Testing (声发射对高级复合材料的检测) Fatigue Testing(声发射在疲劳测试中应用) Pressure Vessel (Metal & FRP) Safety Verification (声发射对金属及玻璃钢压力容器安全检测) Cryogenic Vessel Testing(声发射应用于低温容器检测) Sphere Testing(声发射对球罐的检测）Storage Tank Integ
7、rate Verification(声发射对储罐完整性的检测) Tank Bottom Condition Assessment(声发射对罐底状况的评价) Quantitative Gas Valve Leak Detection (声发射对气体阀门泄漏定量检测) Tube Trailer Testing Rail Road Tank Car Testing(声发射对铁路罐车的检测） Corrosion Detection(声发射腐蚀检测) Buried Pipeline Leak Detection(声发射对埋地管道检测) Concrete Testing(声发射对混凝土检测) Rock T
8、esting(声发射对岩石检测) Bridge and Infrastructure Testing(声发射对桥梁及地基检测) Partial Discharge Detection of Transformers and Gas Insulated Station (声发射应用于变压器及GIS局部放电检测) Power Plant Steam Pipeline and Boiler Leak Detection(声发射对电站蒸气管道及锅炉泄漏的检测) Aerial Lifting Device Testing(声发射对吊车设备检测) Aging Aircraft Testing(声发射对老化
9、飞机结构的检测)Aircraft & Aerospace Structure and Fatigue Testing (声发射应用于飞机及宇航结构疲劳检测) Hard Disk Drive Contact Start/Stop Testing(声发射用于硬盘驱动器检测) Tool Wear and Tool Breakage Detection (声发射对工具磨损及断裂监测) Welding Processing Monitoring(声发射在焊接过程监测) Bearing and Gear Condition Monitoring(声发射对轴承及齿轮的监测) Process Diagnosi
10、s(声发射用于过程诊断),北京声华兴业科技有限公司是专业的无损检测仪器生产商。公司从事声发射检测仪、管道泄漏检测仪、超声波探伤仪、超声波测厚仪，超声波液位计等声学测试仪器的研发、生产和技术应用服务。本公司生产的产品广泛应用于压力容器、机械加工、隧道桥梁、矿山设备、各种材料断裂等方面的无损检测和测试。北京声华兴业科技有限公司于2007年自主研发出USB2.0接口的多通道声发射检测仪，并于当年在美国加州第六届世界声发射会议和第十五届美国声发射会议上发布世界上第一台多通道USB2.0接口的声发射检测仪产品。自1998年声华科技研发出第一台PCI多通道数字声发射系统E98至今，我们从未停止过对于声发射
11、前沿技术研究和产品创新的追求。北京声华兴业科技有限公司于2006年自主研发出第一代超声波测厚仪，目前已经拥有穿透涂层功能的超声波测厚仪、高精度大量程超声波测厚仪等系列各型号的超声波测厚仪产品。北京声华兴业科技有限公司于2008年开发出第一代SUFD1型超声波探伤仪，目前已经拥有2个系列6各型号的超声波探伤仪。北京声华兴业科技有限公司于2009年5月研制成功管道泄漏检测定位系统，目前产品分为用于现场快速定位的管道泄漏检测仪，以及管网在线长期监测用途的管道泄漏检测系统。,（1）声发射是一种动态检验方法，声发射探测到的能量来自被测试物体本身，而不是象超声或射线探伤方法一样由无损检测仪器提供；（2）在
12、一次试验过程中，声发射检验能够整体探测和评价整个结构中活性缺陷的状态； （3）由于对构件的几何形状不敏感，而适于检测其它方法受到限制的形状复杂的构件。 （4）可提供活性缺陷随载荷、时间、温度等外变量而变化的实时或连续信息，因而适用于工业过程在线监控及早期或临近破坏预报；（5）由于对被检件的接近要求不高，而适于其它方法难于或不能接近环境下的检测，如高低温、核辐射、易燃、易爆及极毒等环境；,声发射技术的优点,(1) 声发射特性对材料敏感，又易受到机电噪声的干扰，对数据的正确解释要有更为丰富的数据库和现场检测经验； (2) 声发射检测一般需要适当的加载程序。多数情况下，可利用现成的加载条件，但还需要
13、特作准备；(3)由于声发射的不可逆性，实验过程的声发射信号不可能通过多次加载重复获得，因此，每次检测过程的信号获取是非常宝贵的，不可因人为疏忽而造成宝贵数据的丢失。,声发射技术的局限,概述 声发射的理论基础 声发射信号的检测与分析 声发射在设备状态监测中的应用,主要内容,声发射波的传播 声发射波的衰减 凯撒效应 费利西蒂效应,声发射的理论基础,声发射波的传播形式：纵波横波表面波（瑞利波）板波（在板厚与波长相当的薄板中传播的波）,声发射波的传播,半无限体自由表面：（如薄板）,在固体介质中，声发射源处同时产生纵波和横波两种传播模式。它们传播到不同材料界面时，可产生反射、折射和模式转换。 两种入射波
14、除各自产生反射（或折射）纵波与横波外，在半无限体自由表面上，一定的条件下还可转换成表面波，厚度接近波长的薄板中又会发生板波。,O-波源 L-纵波 S-横波 R-表面波,声发射波的传播,在实际的声发射应用中，能够把检测对象看做无限大介质的情况不多，经常遇到的是像高压容器那样的厚钢板，波在这种介质传播过程中在两个界面上发生多次反射，每次反射都要发生模式转换。这样传播的波称为循轨波。,具有一定厚度的材料：,O-波源 L-纵波 S-横波 R-表面波,声发射波的传播,衰减就是信号的幅值随着离开声源距离的增加而减小。衰减控制了声源距离的可检测性。,压力容器衰减曲线,声发射波的频率越高，则衰减越严重,声发射
15、波的衰减,引起声发射波衰减的原因：,几何扩展衰减：由于声发射波从波源向各个方向扩展，从而随传播距离的增加，波阵面的面积逐渐扩大使面积上的能量逐渐减少，造成波的幅值下降。材料吸收衰减：波在介质中传播时，由于质点间的内摩擦和热传导等因素，部分波的机械能转换成热量等其他能量，使波的幅度随传播距离以指数式下降。散射衰减：波在传播过程中，遇到不均匀声阻抗界面时，发生波的不规则反射，使波源原传播方向上的能量减少。粗晶、夹杂、异相物、气孔等是引起散射衰减的主要材质因素。,声发射波的衰减,传播衰减的大小，关系到每个传感器可监视的距离范围，在源定位中成为确定传感器间距或工作频率的关键因素。在实际应用中，为减少衰
16、减的影响而常采取的措施包括：减小传感器间距。,声发射波衰减的抑制：,声发射波的衰减,凯赛尔效应是德国学者凯赛尔在1963年研究金属声发射特性时发现的。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。多数金属材料和岩石中，可观察到明显的凯赛尔效应。,凯赛尔效应,在重复加载前，如产生新裂纹或其它可逆声发射机制，凯赛尔效应则会消失。 材料重复加载时，重复载荷到达原先所加最大载荷前发生明显声发射的现象，称为费利西蒂效应，也可以认为是反凯赛尔效应。 重复加载时的声发射起始载荷P1对原先最大载荷P2之比P1/P2,称为费利西蒂比。,P2,P1,费利西蒂效应,费利西蒂比大于1表示凯塞效应成立，而小于1则表示费利西蒂效应成立。费利西蒂比作为一种定量参数，较好地反映材料中原先所受损伤或结构缺陷的严重程度，已成为缺陷严重性的重要评定判据。 一般情况下，费利西蒂比越小，表示原先所受损伤或结构缺陷越严重。树脂基复合材料等粘弹性材料，由于具有应变对应力的迟后效应而使其应用更为有效。 在一些复合材料构件中，费利西蒂比小于0.95作为声发射源超标的重要判据。,
