声发射检测技术

4 声发射仪器研制
• 1995年，中国特种设备检测研究院研制出硬件 采用PC-AT总线、软件采用WINDOWS界面的 多通道(2~64通道)声发射检测分析系统。2000 年，广州声华科技有限公司基于大规模可编程 集成电路（FPGA）技术，研制出全波形全数 字化多通道声发射检测分析系统。声华科技公 司多次将新研制的声发射仪器带到国外，参加 国际无损检测大会、国际声发射学术会议及展 览会，得到与会专家的好评，使我国的声发射 仪器在国外也有一定的影响。
• 1978年，随着全国无损检测学会的建立，成立 了第一届声发射专业委员会，并于1980年在黄 山召开了第一届全国声发射学术研讨会。到目 前为止，声发射专业委员会已改选了八届。每 一届声发射专业委员会都为我国各阶段声发射 技术的发展做出了重要贡献，培养了一大批声 发射研究领域的人才，提高了我国声发射技术 的应用水平。
1 中国声发射检测技术的发展历程
• 声发射检测与常规的无损检测方法有很大的差 别，可以完成许多常规检测所不能完成的任务。 因此，在我国石油、石化、电力、航空、航天、 冶金、铁路、交通、煤炭、建筑、机械制造与 加工等领域已经开展了广泛的声发射技术研究 和应用。
2 声发射检测标准状况
• 我国在声发射检测标准的制定方面已取得进展， 目前已颁布的主要声发射标准有： • GB／T 12604 .4—2005 声发射检测术语 • GB／T 18182—2000 金属压力容器声发射检 测及结果评价方法 • GJB 2044—1994 钛合金压力容器检测方法 • JB／T 8283—1995 检测仪性能测试方法
6 声发射学术会议
表1 中国历届声发射学术会议举办情况 届次 时间 地点 主办单位 1 1980.10 黄 山 合肥通用机械 研究院 2 3 4 1983.10 1986.11 1989.10 桂 林 长 春 黄 岛 声发射学组 长春试验机研 究所 北京航空材料 研究院
5
19究设计院, 国防科技大学
7.1 压力容器的声发射检测
• 压力试验过程中的声发射检测效果最理想，此 时是用声发射技术对压力容器进行整体检测， 以找出容器上存在的活性缺陷，弥补了盲目抽 检的不足，提高了容器的安全使用性能。由于 只针对声发射检测出的活性缺陷进行局部复验， 而且复验比例远远小于100%焊缝长度，从而 大大缩短检测时间，为用户带来很大的直接经 济效益，采用上述方法检测出严重超标的活性 缺陷，可采用缺陷评定方法进一步提高压力容 器的安全可靠性。
• 随后，合肥通用机械研究院、大庆石油学院、 冶金部武汉安全环保研究院、西安44所等多家 单位相继引进国外的先进声发射仪器，开展了 在压力容器、飞机、金属材料、复合材料和岩 石领域的检测和应用。
1 中国声发射检测技术的发展历程
• 进入20世纪90年代至今，由于声发射检测技术 是一种动态无损检测技术，并具有实时、在线 和整体检测等特点，所以声发射检测技术在我 国的研究和应用呈快速发展的趋势。20世纪90 年代初燕山石化、天津石化、大庆石化、大庆 油田、哈尔滨炼化、广州石化、扬子石化、镇 海石化、胜利油田和辽河油田等石油、石化企 业广泛开展了压力容器的声发射检测工作，并 取得显著的经济和社会效益。
1 中国声发射检测技术的发展历程
• 20世纪80年代中期，中国特种设备检测研究院 从美国PAC公司引进当时世界上先进的 SPARTAN-AT声发射检测与信号处理分析系 统，并在全国一些石化和煤气公司开展了大量 球形储罐和卧罐等压力容器的检测，取得了成 功的应用，得到了用户的认可。
1 中国声发射检测技术的发展历程
4 声发射仪器研制
• 在声发射仪器研制和生产方面，我国的起步并 不算太晚。沈阳电子研究所于20世纪70年代开 始从事声发射仪器的研究与开发，研制出单通 道声发射仪，之后又推出4通道声发射仪和多 种专用声发射测试仪器。长春试验机研究所自 1972年起在多年试验和理论分析的基础上，先 后于20世纪80年代中期研制出采用微处理计算 机控制的36通道声发射源定位分析系统及旋转 机械声发射故障诊断系统。
2 声发射检测标准状况
• GB/T 19800—2005 无损检测 声发射检测 换能器的一级校准 • GB/T 19801—2005 无损检测 声发射检测 换能器的二级校准 • JB/T 10764－2007 常压金属储罐声发射检测 及评价方法
3 声发射检测人员的培训和取证
• 据估计，我国目前约有100多个科研院所、大 专院校和专业检验单位在各个部门和领域从事 声发射技术的研究、检测应用、仪器开发、制 造和销售工作，从业人员不断扩大。
航天材料及工 艺研究所 大庆石油学院 浙江省特种设 备检测研究院
6 声发射学术会议
• 专业委员会还积极组织和推荐声发射研究人员 参加国际学术交流，如参加国际声发射学术研 讨会和世界无损检测会议，以介绍我国声发射 理论和技术研究的最新成果，所发表的论文得 到国外同行的好评。
7 声发射检测技术 的主要应用领域
5 声发射信号处理技术
• 面内（IP）力源主要产生的是扩展波，离面 （OOP）力源主要产生弯曲波。两种声源都有 可能产生SH波。大量的非AE源或噪声没有这 种特征。这三种波的波形特征不同、声传播速 度不同、其主要频率范围也不相同，并都与噪 声信号有很大差别，是一种有效的声发射信号 处理方法。
6 声发射学术会议
1 中国声发射检测技术的发展历程
• 一些研究和检测单位从国内外购进了数字化多 通道声发射检测分析仪，开展了以波形分析为 基础的声发射检测与信号处理分析。随着声发 射研究领域的扩大，声发射的含义已广义化， 比如泄漏过程、轴承的磨损、钻井过程、腐蚀 过程、骨关节的损伤和变压器局部放电时发出 的声波等都被称为声发射，而且有大量的研究 和应用成果。这些广义解释的声发射情形很多， 其共同特点是声源来自于被测对象的本身。
4 声发射仪器研制
• 2002年，中国特种设备检测研究院与声华科技 公司合作，研制出基于信号处理集成电路 （DSP）技术的全数字化多通道声发射检测分 析系统。新仪器的不断推出，加快了我国声发 射技术研究与应用的进程。
5 声发射信号处理技术
• 在声发射信号的处理和分析方面，除常用经典 声发射信号参数和定位分析之外，我国目前开 展了处于世界前沿的基于波形分析基础之上的 经典谱分析、现代谱分析、小波分析和人工神 经网络模式识别。此外，灰色关联分析和模糊 分析等先进技术也已用于声发射信号处理，并 在此基础上自主开发了进行各种信号分析和识 别的软件包。
7.3 航空航天工业中的应用
• 通过模态声发射理论和方法、材料损伤声发射 源机制、材料疲劳损伤与声发射特征参数之间 关系、材料腐蚀损伤与AE特征参数之间关系 的研究，声发射检测技术在航空新材料性能检 测、飞机疲劳损伤的声发射实时监测方面发挥 了重要作用。
6 声发射学术会议
• 近15年来，声发射专业委员会每两年召开一次 全国性学术会议，在石油化工、电力、材料试 验、民用工程、航天和航空、金属加工和交通 运输等工业和研究领域进行广泛的声发射学术 交流和仪器展示活动。
6 声发射学术会议
• 通过邀请国内外声发射领域的知名专家和学者， 针对研究热点（如声发射技术在国内外研究的 最新进展、数字式声发射仪器的发展方向、声 发射信号分析的新技术、声发射技术在航空和 航天方面的应用以及声发射技术在石化工业中 的应用等）在会议上做专题报告。这些学术活 动大大促进了我国声发射技术的研究与发展。 到目前为止，中国声发射学术会议已召开了十 一届，每次学术会议均收集论文40~60篇，与 会代表60~80人（表1）。
5 声发射信号处理技术
• 近年来，北京航空工程技术研究中心和北京声 华兴业科技有限公司等单位开展了模态声发射 （简称MAE）理论和应用研究。该技术是一 种基于波形分析的声发射信号处理技术，其研 究背景是由于工程上大量使用的板状结构厚度 远小于声波波长，声发射源在板中主要激励起 扩展波（最低阶对称波S0）、弯曲波（最低阶 反对称波A0）和水平切变（SH）波三种模式 的声波。
7.1 压力容器的声发射检测
• 压力容器声发射在线监测和评定应用最具优势。 国内有关检验单位已对难以停产检修的许多容 器、储罐和其它结构进行了在线检测、评定工 作，解决了用户生产与安全的难题。它适用于 背景噪声小，操作稳定和可变载的工况条件。 通过压力容器的在线检测与评价，确定其安全 等级和提供合理的维修计划，这种检测方法深 受广大压力容器用户的欢迎。
7.3 航空航天工业中的应用
• 早在20世纪80年代初，国内有关单位就进行了 飞机机翼疲劳试验过程中的声发射监测研究， 并在信号处理和识别技术方面积累了宝贵经验。 近年来，北京航空工程技术研究中心在某型飞 机的全尺寸疲劳试验过程中，用声发射技术对 其主梁螺孔和隔框连接螺栓等部位疲劳裂纹的 形成和扩展进行了跟踪监测，积累了大量数据， 成功对疲劳裂纹产生的声发射信号进行了识别。
3 声发射检测人员的培训和取证
• 国家质量监督检验检疫总局特种设备无损检测 人员资格考试委员会，以及航天工业无损检测 人员资格考试委员会已经开展声发射II级检验 人员的培训和取证工作，并编写了2部培训教 材。自1998年以来，航天工业无损检测人员资 格考试委员会已培训II级检验人员85人，4人取 得声发射检测Ⅲ级证。国家质量监督检验检疫 总局特种设备无损检测人员资格考试委员会已 经培训II级声发射检验人员320人，16人取得 Ⅲ级证。
6 声发射学术会议
表1 中国历届声发射学术会议举办情况 届次 时间 地点 主办单位 6 1995.10 峨眉山 中国特种设备 检测研究院
7
8 9 10 11
1997.10
1999.06 2001.08 2004.08 2006.08
北 京
上 海 成 都 大 庆 杭 州
北京航空工程 技术研究中心 上海交通大学
7.2 大型常压储罐 的声发射在线检测
• 声发射检测技术是一种适用于对大型常压储罐 底部腐蚀与泄漏进行在线检测的技术，它在美 国、英国、法国、澳大利亚和日本等国家已得 到大量应用，在石油和石油化工领域具有广泛 的应用前景。
7.2 大型常压储罐 的声发射在线检测
• 1999年，大庆石油学院开展了大型油罐罐底腐 蚀与泄漏声发射在线检测研究与应用工作。研 究了常压储罐罐底腐蚀、泄漏的声发射信号特 征和分析方法，进行了300多台常压储罐的检 测与评价，其检测结果得到漏磁扫描检测仪器 的开罐检测验证。目前，中国特种设备检测研 究院、合肥通用机械研究院、浙江省特种设备 检测研究院等有关单位也作了大量的研究和现 场检测工作，并制定了相关行业标准。
2 声发射检测标准状况
• JB/T 7667—1995 在役压力容器声发射检测 评定方法 • JB/T 6916—1993 在役高压气瓶声发射检测 和评定方法 • JB/T 7667—1995 在役压力容器声发射检测 评定方法（JB／T Q753－1989修订） • QJ 2914—1996 复合材料构件声发射检测方 法
声发射检测技术在中国
戴 光 沈功田
1 中国声发射检测技术的发展历程
• 声发射技术于20世纪70年代初开始引入我国， 正值是我国断裂力学发展的高峰，人们希望利 用声发射预报和测量裂纹的开裂点。随后中科 院沈阳金属研究所、航空航天部621所、机械 部合肥通用机械研究院、武汉大学、航天部 703所、上海交通大学等一些科研院所和大学 开展了金属和复合材料的声发射特性研究。
• 7.1压力容器的声发射检测 • 压力容器检测是目前声发射技术在中国开展应 用最成功和普遍的领域之一。大量试验研究和 现场应用为制定GB／T 18182—2000标准奠 定了良好的基础。目前，国内每年采用声发射 技术检测大型压力容器约400～700台。
7.1 压力容器的声发射检测
• 综合分析有关文献，声发射技术应用于压力容 器结构完整性检测与评价可分为三个方面，即 ①新制压力容器的声发射检测与评价。②压力 试验过程中，在用压力容器的声发射检测和评 定。③压力容器的声发射在线监测和评定。