声发射技术的基础原理
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• (3) 声发射检测目前只能给出声发射源的部位、活 性和强度，不能给出声发射源内缺陷的性质和大小， 仍需依赖于其它无损检测方法进行复验。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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8
5 声发射检测方法和其它常规无
损检测方法的特点对比
声发射检测方法
其它常规无损检测方法
缺陷的增长／活动
缺陷的存在
与作用应力有关
与缺陷的形状有关
对材料的敏感性较高
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3
2 声发射检测的基本原理
• 原理：从声发射源发射的弹性波最终传播到达材料 的表面，引起可以用声发射传感器探测的表面位移， 这些探测器将材料的机械振动转换为电信号，然后 再被放大、处理和记录。根据观察到的声发射信号 进行分析与推断以了解材料产生声发射的机制。
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4
3 声发射检测的的主要目的
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6
4 声发射技术的特点
声发射技术的优点
• (5) 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；
• (6) 对于在役压力容器的定期检验，声发射检 验方法可以缩短检验的停产时间或者不需要
停产；
• (7) 对于压力容器的耐压试验，声发射检验方 法可以预防由未知不连续缺陷引起系统的灾
• 应力的种类——拉应力、压应力和剪切应力。根据 物体的结构和加载方式的不同，物体内出现的应力 状态也不同，分别有拉应力、压应力和剪切应力。 实际物体结构中的应力要复杂得多，通常是这三种 应力的组合。
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12
第二节 材料力学
材料的应力应变曲线(应力与应变的关系)
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13
第三节 材料弹性和塑性变形
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14
第三节 材料弹性和塑性变形
大量位错运动的结果将导致材料产生如下的结果： • 滑移 • 屈服 • 留德尔斯线（钢） • 裂纹尖端塑性区 • 空隙增长和聚结 • 韧性斯裂
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第三节 材料弹性和塑性变形
孪生变形
• 孪生产生较高幅值的声发射，孪生发生在锡、锌、钛中，但
不发生在钢与铝中。
对材料的敏感性较差
对几何形状的敏感性较差
对几何形状的敏感性较高
需要进入被检对象的要求较 少
进行整体监测
需要进入被检对象的要求较多 进行局部扫描
主要问题：噪声、解释
主要问题：接近、几何形状
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9
第二章 声发射检测的物理基础
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10
第一节 材料的结构
• 晶界——晶粒之间的界面称为晶界。典型晶粒的大小为几微 米到几百微米之间。
声发射检测技术——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 。
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声发射效应
• Kaiser Effect——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。
• Felicity Effect——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。（PAE／ Pmax），称为费利西蒂比。 PAE／Pmax < 0.95作为声发射源超标的重要判据。
• 弹性变形——材料在应力作用下产生变形，当应力 消逝后，材料的变形也将消逝，材料完全回复到原 来的状态，这种变形即称为弹性变形。
• 塑性变形——材料在应力作用下产生变形，当应力 消逝后，即使材料的应力全部解除，材料也不能回 复到原来的状态，即永久变形，这种变形即称为塑 性变形。这时，材料的应力达到或超过了材料的屈 服点，材料产生的塑性变形，材料也不能回复到原 来的状态。
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第三节 材料弹性和塑性变形
• 裂纹周围的应力场分布——内部带有裂纹 的材料在受到应力作用时，应力场必定要 “围绕着”裂纹的边界产生集中 ，应力的 集中作用将使裂纹尖端的材料产生变形， 甚至破坏，而这时材料的其它部位还都处 于强性范围以内 。在材料整体处于弹性范 围时，裂纹和类似的缺陷确已经产生了声 发射信号。
在晶粒内部，有可能存在各种不同材料的微小的夹杂物，例
如，铁素体钢中的部分碳可以形成Fe3C（碳化铁），它具有 自已的结晶结构，并在局部位置上代替了铁素体晶格。夹杂
对金属的机械性能具有非精常选p大pt 的影响。
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第二节 材料力学
• 应力——材料单位面积上所受的作用力。物体内的 应力称为应力场 。应力的单位：Kg/cm2 和 Mpa。 与压强的单位相同。
其它声发射源——流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧等与 变形和断裂机制无直接关系的另一类弹性波源。也称 为二次声发射源。
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声发射信号的频率—几HZ到数MHZ，包括次声频、 声频（20HZ—20KHZ）、超声频。
声发射信号幅度—从微观的位错运动到大规 模的宏观断裂，变化范围很大，波长范围从 10-13m的微观位错运动到1m量级的地震波； 传感器的输出可包括数μv到数百mv。不过多 数声发射信号为只能用高灵敏度传感器才能 探测到的微弱振动。
声发射的概念
声发射——材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性 波的现象。 (Acoustic Emission, 简称AE) ，也称为 应力波发射。
声发射事件—引起声发射的局部材料变化。
声发射源——材料中直接与变形和断裂机制有关的弹 性波发射源。声发射源的实质是指声发射的物理源点 或发生声发射的机制源。材料在应力作用下的变形与 裂纹扩展，是结构失效的重要机制。
• ①确定声发射源的部位；
• ②分析声发射源的性质；
• ③确定声发射发生的时间或载荷；
• ④评定声发射源的严重性。一般而言，对超 标声发射源，要用其它无损检测方法进行局 部复检，以精确确定缺陷的性质与大小。
• GB18182：检测由金属压力容器压力管道的
器壁、焊缝、装配的零部件等表面和内部产
生的声发射源，并确定声发射源的部位及划
分综合等级。
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5
4 声发射技术的特点
声发射技术的优点 • (1) 声发射检测是一种动态检验方法； • (2) 声发射检测方法对线性缺陷较为敏感； • (3) 声发射检测在一次试验过程中能够整体
探测和评价整个结构中缺陷的状态； • (4) 可提供缺陷随载荷、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；
难性失效和限定系统的最高工作压力；
• (8) 适于检测形状复杂的构件。
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7
4 声发射技术的特点
声发射技术的缺点
• (1)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。因为声发射特性对材料甚为敏感，又易 受到机电噪声的干扰。
• (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，但有时，还需要 特作准备；
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5 声发射检测方法和其它常规无
损检测方法的特点对比
声发射检测方法
其它常规无损检测方法
缺陷的增长／活动
缺陷的存在
与作用应力有关
与缺陷的形状有关
对材料的敏感性较高
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2 声发射检测的基本原理
• 原理：从声发射源发射的弹性波最终传播到达材料 的表面，引起可以用声发射传感器探测的表面位移， 这些探测器将材料的机械振动转换为电信号，然后 再被放大、处理和记录。根据观察到的声发射信号 进行分析与推断以了解材料产生声发射的机制。
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3 声发射检测的的主要目的
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4 声发射技术的特点
声发射技术的优点
• (5) 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；
• (6) 对于在役压力容器的定期检验，声发射检 验方法可以缩短检验的停产时间或者不需要
停产；
• (7) 对于压力容器的耐压试验，声发射检验方 法可以预防由未知不连续缺陷引起系统的灾
• 应力的种类——拉应力、压应力和剪切应力。根据 物体的结构和加载方式的不同，物体内出现的应力 状态也不同，分别有拉应力、压应力和剪切应力。 实际物体结构中的应力要复杂得多，通常是这三种 应力的组合。
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第二节 材料力学
材料的应力应变曲线(应力与应变的关系)
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第三节 材料弹性和塑性变形
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第三节 材料弹性和塑性变形
大量位错运动的结果将导致材料产生如下的结果： • 滑移 • 屈服 • 留德尔斯线（钢） • 裂纹尖端塑性区 • 空隙增长和聚结 • 韧性斯裂
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第三节 材料弹性和塑性变形
孪生变形
• 孪生产生较高幅值的声发射，孪生发生在锡、锌、钛中，但
不发生在钢与铝中。
对材料的敏感性较差
对几何形状的敏感性较差
对几何形状的敏感性较高
需要进入被检对象的要求较 少
进行整体监测
需要进入被检对象的要求较多 进行局部扫描
主要问题：噪声、解释
主要问题：接近、几何形状
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第二章 声发射检测的物理基础
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10
第一节 材料的结构
• 晶界——晶粒之间的界面称为晶界。典型晶粒的大小为几微 米到几百微米之间。
声发射检测技术——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 。
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2
声发射效应
• Kaiser Effect——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。
• Felicity Effect——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。（PAE／ Pmax），称为费利西蒂比。 PAE／Pmax < 0.95作为声发射源超标的重要判据。
• 弹性变形——材料在应力作用下产生变形，当应力 消逝后，材料的变形也将消逝，材料完全回复到原 来的状态，这种变形即称为弹性变形。
• 塑性变形——材料在应力作用下产生变形，当应力 消逝后，即使材料的应力全部解除，材料也不能回 复到原来的状态，即永久变形，这种变形即称为塑 性变形。这时，材料的应力达到或超过了材料的屈 服点，材料产生的塑性变形，材料也不能回复到原 来的状态。
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第三节 材料弹性和塑性变形
• 裂纹周围的应力场分布——内部带有裂纹 的材料在受到应力作用时，应力场必定要 “围绕着”裂纹的边界产生集中 ，应力的 集中作用将使裂纹尖端的材料产生变形， 甚至破坏，而这时材料的其它部位还都处 于强性范围以内 。在材料整体处于弹性范 围时，裂纹和类似的缺陷确已经产生了声 发射信号。
在晶粒内部，有可能存在各种不同材料的微小的夹杂物，例
如，铁素体钢中的部分碳可以形成Fe3C（碳化铁），它具有 自已的结晶结构，并在局部位置上代替了铁素体晶格。夹杂
对金属的机械性能具有非精常选p大pt 的影响。
11
第二节 材料力学
• 应力——材料单位面积上所受的作用力。物体内的 应力称为应力场 。应力的单位：Kg/cm2 和 Mpa。 与压强的单位相同。
其它声发射源——流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧等与 变形和断裂机制无直接关系的另一类弹性波源。也称 为二次声发射源。
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1
声发射信号的频率—几HZ到数MHZ，包括次声频、 声频（20HZ—20KHZ）、超声频。
声发射信号幅度—从微观的位错运动到大规 模的宏观断裂，变化范围很大，波长范围从 10-13m的微观位错运动到1m量级的地震波； 传感器的输出可包括数μv到数百mv。不过多 数声发射信号为只能用高灵敏度传感器才能 探测到的微弱振动。
声发射的概念
声发射——材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性 波的现象。 (Acoustic Emission, 简称AE) ，也称为 应力波发射。
声发射事件—引起声发射的局部材料变化。
声发射源——材料中直接与变形和断裂机制有关的弹 性波发射源。声发射源的实质是指声发射的物理源点 或发生声发射的机制源。材料在应力作用下的变形与 裂纹扩展，是结构失效的重要机制。
• ①确定声发射源的部位；
• ②分析声发射源的性质；
• ③确定声发射发生的时间或载荷；
• ④评定声发射源的严重性。一般而言，对超 标声发射源，要用其它无损检测方法进行局 部复检，以精确确定缺陷的性质与大小。
• GB18182：检测由金属压力容器压力管道的
器壁、焊缝、装配的零部件等表面和内部产
生的声发射源，并确定声发射源的部位及划
分综合等级。
精选ppt
5
4 声发射技术的特点
声发射技术的优点 • (1) 声发射检测是一种动态检验方法； • (2) 声发射检测方法对线性缺陷较为敏感； • (3) 声发射检测在一次试验过程中能够整体
探测和评价整个结构中缺陷的状态； • (4) 可提供缺陷随载荷、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；
难性失效和限定系统的最高工作压力；
• (8) 适于检测形状复杂的构件。
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4 声发射技术的特点
声发射技术的缺点
• (1)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。因为声发射特性对材料甚为敏感，又易 受到机电噪声的干扰。
• (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，但有时，还需要 特作准备；