声发射检测技术介绍

声发射与其它无损检测技术对比
声发射检测方法 缺陷的增长／活动 与作用应力有关 其它常规无损检测方法 缺陷的存在 与缺陷的形状有关
对材料的敏感性较高
对几何形状的敏感性较差
对材料的敏感性较差
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
干扰噪声种类
电气干扰噪声 机械噪声源 声波传播途径引起的声信号畸变和衰减
小结
AE源机制的多样性、声波传播途径的复杂性、AE信号本身 的突发性和不确定性，以及干扰噪声的严重性等因素都使 AE信号的处理和分析面临极其严重的挑战。尽管如此，目 前人们还是有了一整套比较有效的AE信号处理和分析方法。 了解并掌握这些方法对AE技术的推广应用具有重要意义。
AE信号的例子
AE信号的例子
另一困难
AE信号处理技术面临的另外两大困难是AE信号的微弱性 （但又完全可以是宽动态范围）和干扰噪声的多样性。因 此，在AE技术发展史上，各种可能的信号处理技术都曾被 尝试过。可以毫不夸张地说，在现有的各种无损检测方法 中，AE检测技术所涉及到的信号处理内容应当是最广泛、 最全面的。在了解了这一点之后也就不难理解，为什么会 有如此众多的AE信号处理方法。
声发射检测技术
声发射的基本概念
什么叫声发射？材料内部迅速释放能量而产生瞬态弹性波 (声波) 的一种物理现象
主要的声发射源：裂纹的形成和扩展，塑性形变，位错 的移动，孪晶边界的移动，磁畴壁的移动、复合材料基 体或夹杂物的破裂、分层或纤维的断裂，以及物质结构 的变化（包括相变）等。 声发射的频率范围是什么？几十KHz- 数MHz
传统的做法是: 新压力容器只在最初打水压前进行检测,然 后直到经过一定服役期前不再检测。这意味着在初次水压过 程中所产生的缺陷也要经过一段服役后维修时才能发现,所 以这种缺陷很难确认是制造缺陷还是使用后造成的缺陷。但 声发射通过对新容器水压实验的监测,可以帮助人们的区分 各种缺陷,以掌握投入使用前的容器情况, 这些情况更可用 于服役后检测时 的比较参考。
却过程监测
对于有一定壁厚的高温压力容器, 冷却过程的温度变化造 成的温度应力会带来很大的破坏性, 在这种情况下, 可用 声发射来监测。在一些声发射试验中已经用过超过 500个 传感器对大型结构进行冷却状态的声发射监测,根据声发 射方法所提高的检测维修时效, 最大限度地减少设备停机 时间。
新压力容器检测
声发射检测的特点
4.鲁棒性：对于大多数无损检测方法来说，缺陷的形状和大
小、所处位置和方向都是很重要的，因为这些缺陷特性参数直 接关系到缺陷漏检率。而对声发射法来说，缺陷所处位置和方 向并不影响声发射的检测效果。 声发射法受材料的性能和组织的影响要小些。例如：材料的不 均匀性对射线照相和超声波检测影响很大，而对声发射法则无 关紧要。因此，声发射法的使用范围较宽（按材料）。例如， 可以成功地用以检测复合材料，而用其它无损检测方法则很困 难或者不可能。
困难所在
而对于AE检测技术而言，情况却完全不同。不同的AE源机 制可以产生完全不同的AE信号，而人们对AE源机制的认识 总是受到这样那样条件的限制。因此，说极端一点，检测 人员有时几乎不知道真正的AE信号究竟应当是什么样子。 其次，AE信号的瞬态性和几乎不可重复性增加了对其认识 的困难。
另外，声信号传输途径的影响是一个完全不容忽视的因素， 但问题在于，这种传输途径又是同AE源位置、被检测对象 性质（材料材质、材料形状和几何尺寸）、声耦合剂特征、 接收传感器位置等诸多因素有关。
声发射的基本概念
声发射检测仪
声发射监测原理
利用材料内部因局部 能量的快速释放（缺 陷扩展、应力松弛、 摩擦、泄露、磁畴壁 运动等）而产生的弹 性波，用声发射传感 器及二次仪表取该弹 性波，从而对试样的 结构完整性进行检测。
声发射检测原理图
声发射检测主要目的
确定声发射源的部位； 分析声发射源的性质； 确定声发射发生的时间或载荷； 评定声发射源的严重性。
干扰噪声分析
虽然各种检测方法都面临干扰噪声问题，但由于声发射是 用于动态监测，它所面临的噪声干扰问题就特别严重，甚 至是其它方法无法比拟的。在许多情况下，例如当利用AE 进行疲劳裂纹扩展监测、对正在运行中的设备状况进行监 测和对行驶中的汽车的传动轴和转向节进行动态监视时， 外部干扰噪声都可能远大于人们感兴趣的AE信号。
5.易用性：使用声发射法比较简单，现场声发射检测监控与
试验同步进行，不会因使用了声发射检测而延长试验工期。检 测费用也较低，特别是对于大型构件整体检测，其检测费用远 低于射线或超声检测费用。且可以实时地进行检测和结果评定。
声发射检测的特点
6局限： 声发射特性对材料甚为敏感，又易受到机电噪声的 干扰，因而，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； 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； 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。
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。
声发射检测的特点
1.动态性：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。 声发射法适用于实时动态监控检测，且只显示和记录扩展的缺 陷，与静态的缺陷尺寸无关。而是显示正在扩展的最危险缺陷。 这样，应用声发射检验方法时可以对缺陷不按尺寸分类，而按 其危险程度分类。按这样分类，构件在承载时可能出现工件中 应力较小的部位尺寸大的缺陷不划为危险缺陷，而应力集中的 部位按规范和标准要求允许存在的缺陷因扩展而被判为危险缺 陷。声发射法的这一特点原则上可以按新的方式确定缺陷的危 险性。因此，在压力管道、压力容器、起重机械等产品的荷载 试验工程中，若使用声发射检测仪器进行实时监控检测，既可 弥补常规无损检测方法的不足，也可提高试验的安全性和可靠 性。同时利用分析软件可对以后的运行安全做出评估。
声发射用于球罐监测
为大型球罐和系统监视,探头检测到的声发射信号取决于布 置的方法, 因此无损定位检测方法可直接用到有问题的区域, 以便增加它们的经济效益。例如一个20米的球罐一般需要40 个标准探头提供全方位的和全面的检查, 费用可能减少达 80%。
声发射用于在线检测
对于大部分贮罐可以实施在线检测,或者充满产品之一的,包 括煤气进入气化, 控制温度(以及此后的汽化压力),或其它 压力参数。容器操作时的应力必须远远小于设计允许的一个 安全增量, 并使它在以前12个月内的最大应力值以上。
声发射：大大减少检测成本
恰当的使用声发射技术, 不但可以大大减少维修费用,更可 以为工厂设备的更完善使用提供有力依据;而且还可大大减 少停机时间。对于典型的球罐检测AE方法的费用是组装内部 脚架进行100%磁粉检测费用的20%。
AE信号处理面临的困难
与其它任何无损检测方法不同的是，AE信号处理技术面临的 最大难题，或最大困惑首先是AE源的多样性、信号本身的突 发性和不确定性。在进行超声或涡流检测时，人们可以准确 地知道注入被检材料中信号的特征（幅度、频率、波形等）， 并由此可知道接收信号的相应特征或应当发生的变化。
声发射检测的特点
2.高灵敏度：AET技术对扩展的缺陷具有很高的灵敏度。其
灵敏度大大高于其它方法，例如，声发射法能在工作条件下检 测出零点几毫米数量级的裂纹增量，而传统的无损检测方法则 无法实现。
3.整体性：用一个或若干个固定安装在物体表面上的声发射
传感器可以检验整个物体。缺陷定位时不需要使传感器在被检 物体表面扫描（而是利用软件分析获得），因此，检验及其结 果与表面状态和加工质量无关。假如难以接触被检物体表面或 不可能完全接触时，整体性特别有用。例如：绝热管道、容器、 蜗壳；埋入地下的物体和形状复杂的构件；检验大型的和较长 物体的焊缝时（如：桥机梁、高架门机等），这种特性更明显。
主要问题：接近、几何形状
声发射技术的主要应用领域
静力强度试验：大型压力容器等； 泄漏监测：石油管道，压力容器； 结构监测：
过程监测：机械加工，焊接过程，轴承状态；
材料测试：复合材料，铝合金等。
压力容器和贮罐的AE监测
声发射(AE)检测技术是一种评估压力容器、贮罐及结构状况 的新方法。许多规范和标准(ASME、ASTM、DOT)为声发射检 测容器提供了依据, 从运输用的煤气桶和铁路罐车到30000 吨贮罐。这种方法用探头探测从恶化的结构中加载时发出的 高频信号, 这些信号可能来自局部的高应力点(塑性屈服)、 裂纹增长或腐蚀产生的断裂等能量释放。声发射检测通常是 在控制增加操作压力或保压期间、或冷却或控制温度变化即 热应力区期间进行是最有意义的。只关心活动的缺陷和恶化 结果的声发射,而不随时间变化反应缓慢的缺陷是不威胁结 构完整性的。