聲發(fā)射檢測技術及應用

聲發(fā)射檢測技術及應用第一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二報告內(nèi)容無損檢測簡介聲發(fā)射檢測的原理和特點聲發(fā)射檢測的定位方法聲發(fā)射檢測的應用

第二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二第一部分無損檢測

一、什么是無損檢測

無損檢測是在不破壞或損傷原材料和工件受檢對象的前提下，測定和評價物質內(nèi)部或外表的物理和力學性能，并包括各類缺陷和其他技術參數(shù)的綜合性應用技術。第三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二

二、無損檢測的應用形式（一）在生產(chǎn)過程質量控制中的無損撿測，即應用于產(chǎn)品的質量管理。（二）用于成品的質量控制，即用于出廠前的成品檢驗和用戶的驗收檢驗。（三）在產(chǎn)品使用過程中的監(jiān)測，即維護檢驗。

第四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二三、無損檢測方法的種類

人們按照不同的原理，和不同的探測及信息處理方式，已經(jīng)應用和正在研究的各種無損檢測方法，總共達70多種。目前在工業(yè)生產(chǎn)檢測中，應用最廣泛的無損檢測方法主要是液體滲透法，磁粉檢測法，射線檢測法，超聲波檢測法和渦流檢測法。第五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二第二部分聲發(fā)射檢測原理

聲發(fā)射技術在材料和結構的無損檢測中占有很重要的地值，是在60年代發(fā)展起來的一種材料和構件評價的新方法，現(xiàn)已成為一種不可缺少的檢測手段。材料或結構件受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應變能的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。

利用儀器檢測、分析聲發(fā)射信號并利用聲發(fā)射信息推斷聲發(fā)射源的技術稱為聲發(fā)射技術。第六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二

聲發(fā)射檢測必須有外部條件的作用，使材料內(nèi)部結構發(fā)生變化，即結構、焊接接頭或材料的內(nèi)部結構、缺陷處于運動變化的過程中，才能實施檢測。第七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二一、聲發(fā)射的來源與產(chǎn)生位錯運動和塑性變形實際金屬晶體存在著各種各樣的缺陷，當晶體內(nèi)沿某一條線上的原子排列與完整晶格不同時就會形成缺陷。高速運動的位錯產(chǎn)生高頻率、低幅值的聲發(fā)射信號，而低速運動的位錯則產(chǎn)生低頻率、高幅值的聲發(fā)射信號。據(jù)估計，大約100個到1000個位錯同時運動可產(chǎn)生儀器能檢測到的連續(xù)信號；幾百個到幾千個位錯同時運動時可產(chǎn)生突發(fā)型信號。第八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二裂紋的形成和擴展

塑性材料裂紋的形成與擴展同材料的塑性變形有關，一旦裂紋形成，材料局部區(qū)域的應力集中得到卸載，產(chǎn)生聲發(fā)射。材料的斷裂過程大體上可分為三個階段：①裂紋形成；②裂紋擴展；③最終斷裂。這三個階段都可以產(chǎn)生強烈的聲發(fā)射。脆性材料不產(chǎn)生明顯的塑性變形，因此一般認為，位錯塞積是脆性材料形成微裂紋的基本機理。脆性材料由于不產(chǎn)生明顯的塑性變形，其聲發(fā)射頻度低，每次的發(fā)射強度大；塑性材料與之形成對照，聲發(fā)射頻度高，每次發(fā)射強度小。第九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二脆性材料和塑性材料的聲發(fā)射信號比較第十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二二、聲發(fā)射信號的特征參數(shù)聲發(fā)射事件

右圖是一個突發(fā)型信號的波形，經(jīng)過包絡檢波后，波形超過頂置的閾值電壓形成一個矩形脈沖。一個突發(fā)型信號形成一個矩形脈沖叫做一個事件，這些事件脈沖數(shù)就是事件計數(shù)。單位時間的事件計數(shù)稱為事件計數(shù)率，其計數(shù)的累積則稱為事件總數(shù)。第十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二

右圖是一個聲發(fā)射信號的振鈴波形，設置某一閾值電壓，振鈴波形超過這個閾值電壓的部分形成矩形窄脈沖，計算這些振鈴脈沖數(shù)就是振鈴計數(shù)．單位時間的振鈴計數(shù)率則稱為聲發(fā)射率，累加起來稱為振鈴總數(shù)。取一個事件的振鈴計數(shù)稱為事件振鈴計數(shù)或振鈴/事件。第十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二

儀器輸出的聲發(fā)射信號是一個隨機信號，如下圖所示．

一個事件的振鈴計數(shù)為：式中，—工作頻率，—衰減系數(shù)，—峰值電壓，—閾值電壓第十三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二振幅及振幅分布振幅分布又稱幅度分布，振幅是指聲發(fā)射波形的峰值振幅。振幅及振幅分布被認為是可以更多地反映聲發(fā)射源信息的一種處理方法。它既可以是事件計數(shù)對振幅的分布，也可以是振鈴計數(shù)對振幅的分布。

第十四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二能量聲發(fā)射能量反映了聲發(fā)射源以彈性波形式釋放的能量。能量分析是針對儀器輸出的信號進行的。瞬態(tài)信號的能量定義為式中，—隨時間變化的電壓，—電壓測量電路的輸入阻抗。第十五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二第三部分聲發(fā)射檢測定位方法

直線定位法直線定位法是在一維空間中確定聲發(fā)射源位置坐標，大多用于焊縫缺陷定位。在一維空間內(nèi)放置兩個換能器，它們所確定的聲源位置必須在兩個換能器連線或圓弧線上。取坐標原點為兩個換能器之間連線的中點，見下圖。聲源的位置坐標可由下式求出，式中，—相對時差，—聲速。第十六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二平面三角形定位法將4個換能器分別置于(0，0)，

(—1，—B)，(1，—B)與品(0,A)，其中后三點構成一個正三角形，

(0，0)為三角形的內(nèi)心，并取其為直角坐標系的原點，見右圖。在P(x，y)點有一聲源，在求出到達，和相對于的時差后，可以計算出聲源P(x，y)的位置。第十七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二歸一化正方陣定位法

歸一化正方陣定位是一種將聲源位置坐標按換能器位置坐標歸一化的定位方法。將四個換能器置于直角坐標系中的位置(1，1)，(1，-1)，(-l，-1)，(-1，1)。由聲源P(x,y)的聲波到達換能器1的傳播時間到換能器2、3和4的時差來定位。第十八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二第四部分聲發(fā)射檢測的應用

聲發(fā)射在材料研究中的應用

1．金屬材料采用聲發(fā)射監(jiān)測與三點彎曲試驗相結合，計算其開裂應力和變形量，評價表面滲透層(滲氮、滲碳等)的脆性

。

2．非金屬材料

陶瓷材料采用復合方法如連續(xù)纖維強化可使材料的性能顯著提高。對于SiC纖維強化玻璃復合材料．可采用多通道聲發(fā)射波形逆問題解析法，根據(jù)聲波到達的時間差標定破壞源的位置，根據(jù)發(fā)射形式識別破壞模式，用逆卷積積分評價破壞源的大小。第十九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二聲發(fā)射在焊接中應用

1．焊接質量監(jiān)測

基本原理：在焊縫冷卻過程中，焊縫及其熱影響區(qū)的收縮與相變所造成應力不均勻分布而產(chǎn)生裂紋?？捎糜跉寤『?、電阻焊、自動焊和電子束焊等。還可用于電阻點焊的質量監(jiān)控中。右圖為Y形裂紋試樣的聲發(fā)射總計數(shù)與焊后延遲時間之間的關系．

第二十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二2．壓力容器在役檢測

在容器受載過程中進行動態(tài)整體監(jiān)測，特別適合無法進行內(nèi)部檢驗和焊縫中存在大量超標缺陷的壓力容器的檢驗和評定。在壓力容器的應用主要有以下幾個方面：

(1)出廠水壓試驗時的聲發(fā)射監(jiān)測。

(2)容器定期檢修時水壓試驗聲發(fā)射監(jiān)測。

(3)運行中壓力容器的聲發(fā)射監(jiān)測。

(4)容器爆破試驗時的聲發(fā)射監(jiān)測。第二十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二聲發(fā)射在飛機結構件監(jiān)測中的應用

據(jù)資料介紹，KC—135運輸機主要翼下的翼片是用7178—T6合金制造，材料本身具有脆性，有時在飛行中產(chǎn)生18cm