声发射检测技术
无损检测之声发射检测
无损检测之声发射检测无损检测之声发射检测7.声发射检测声发射检测技术是一种与X射线、超声波等常规检测方法不同的、特殊无损检测方法。
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。
7.1 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。
（AcousticEmission，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。
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。
声发射技术是一种动态无损检测方法，它通过探测受力时材料内部发出的应力波判断承压设备内部损伤程度。
声发射检测技术主要用于在用承压设备装个系统安全性评价。
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。
声发射检测的的主要目的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。
示例：球罐的声发射检测能力范围a）能检测出金属材料承压设备加压试验过程的裂纹等活性缺陷的部位、活性和强度；b）能够在一次加压试验过程中，整体检测和评价整个结构中缺陷的分布和状态；c）能够检测出活性缺陷随载荷等外变量而变化的实时和连续信息。
局限性a）难以检测出非活性缺陷；b）难以对检测到的活性缺陷进行定性和定量，仍需要其它无损检测方法复验；c）对材料敏感，易受到机电噪声的干扰，对数据的正确解释要有较为丰富的数据库和现场检测经验。
声发射及红外无损检测技术
红外无损检测技术通过测量材料因缺陷或应力集中而产生的热辐射变化，实现对其内部状态的检测。随着红外探 测器技术和图像处理技术的发展，红外无损检测技术在高温、高压、高腐蚀等极端环境下的应用逐渐增多，为工 业生产的安全监控提供了有力支持。
应用领域的拓展
声发射检测技术的应用领域
从传统的压力容器、管道和机械装备等领域，拓展到了新能源、航空航天、轨道 交通等新兴领域。随着技术的进步和应用需求的增长，声发射检测技术在结构健 康监测、产品研发和质量保障等方面的应用将更加广泛。
技术创新
随着科技的不断进步，无损 检测技术将不断涌现新的方 法和手段，提高检测的准确 性和可靠性。
智能化发展
未来的无损检测技术将更加 智能化，通过人工智能和机 器学习等技术，实现自动化 的检测和数据分析。
应用领域拓展
无损检测技术的应用领域将 进一步拓展，不仅局限于制 造业，还将广泛应用于航空 航天、医疗、环保等领域。
提高生产效率
通过实时监测和预警，可以及时 发现并处理问题，避免生产线的 停工和维修，提高生产效率。
降低维护成本
无损检测技术可以在设备运行过 程中进行监测，提前发现潜在问 题，减少突发故障和维护成本。
促进科技进步
无损检测技术的发展和应用推 动了相关领域的科技进步，提
高了工业生产的整体水平。
对未来发展的展望
此外，声发射技术还可以用于考古、文物保护等 领域，对文物进行无损检测和评估。
03
红外无损检测技术
红外检测技术原理
红外辐射
无损检测
物体在绝对零度以上都会产生红外辐 射，且辐射的波长与物体的温度有关。
红外无损检测技术利用红外辐射的特 性，在不破坏、不接触被测物体的前 提下，实现对物体的无损检测。
声发射监测技术
机械设备故障诊断讲稿＿＿声发射监测技术声发射技术是根据结构内部发出的应力波来判断结构内部损伤程度的一种动态无损检测技术。
由于该方法能连续监视结构内部损伤的全过程，因此得到了广泛应用。
一、声发射监测的基本原理在日常生活中，人们会注意到，折断竹杆可以听到噼啦的断裂声，打碎玻璃可以听到清脆的破碎声，水开时可以听到对流声，这些都是人耳可觉查到的声发射现象。
通常，人们把物体在状态改变时自动发出声音的现象称为声发射。
其实质是物体受到外力或内力作用产生变形或断裂时，就以弹性波形式释放能量的一种现象。
由于声发射提供丁材料状态变化的有关信息，所以可用于设备的状态监测和故障诊断。
声发射源往往是材料损坏的发源地。
由于声发射源的活动常在材料破坏之前很早就会出现，因此，可根据材料的微观变形和开裂以及裂纹的发生和发展过程所产生声发射的特点及强度来推知声发射源目前的状态(存在、位置、严重程度)，而且可知道它形成的历史，并预测其发展趋势。
这就是声发射监测的基本原理。
二、声发射监测具有以下持点：(1)声发射监测可以获得有关缺陷的动态信息。
结构或部件在受力情况下，利用声发射进行监测，可以知道缺陷的产生、运动及发展状态，并根据缺陷的严重程度进行实时报警。
而超声波探伤，只能检测过去的状态，属于静态情况下的探伤。
(2)声发射监测不受材料位置的限制。
材料的任何部位只要有声发射，就可以进行检测并确定声源的位置。
(3)声发射监测只接收由材料本身所发射的超声波；而超声波监测必须把超声波发射到材料中，并接收从缺陷反射回来的超声波。
(4)灵敏度高。
结构缺陷在萌生之初就有声发射现象；而超声波、x射线等方法必须在缺陷发展到一定程度之后才能检测到。
(5)不受材料限制。
因为声发射现象普遍存在于金属、塑料、陶瓷、木材、混凝土及复合材料等物体中，因此得到广泛应用。
由于声发射具有以上特点，因此得到了科学家和工程技术人员的重视。
美国在l 964年就研制成功一套实用的声发射监测系统，并用于火箭发动机壳体水压试验的监测。
无损检测技术中的声发射检测方法
无损检测技术中的声发射检测方法声发射检测方法是无损检测技术中的一种重要方法，它通过监测材料或结构在受力或变形时产生的声波信号，识别出潜在的缺陷或病态信号，从而实现对材料或结构的监测和评估。
声发射检测方法具有灵敏度高、可靠性强、非破坏性的特点，被广泛应用于航空航天、能源、交通、制造等领域。
声发射检测方法的基本原理是利用物体在受力或变形时产生的应变能释放出声波信号。
当材料或结构中存在缺陷或病态时，这些缺陷会在受力或变形时产生能量释放，从而引起声波信号的发射。
通过分析和处理这些声波信号的特征参数，可以确定缺陷的位置、大小、性质以及材料或结构的损伤程度。
声发射检测方法在无损检测领域中有着广泛的应用。
首先，它可以用于评估材料或结构的完整性。
在航空航天领域，飞机的结构完整性是至关重要的，声发射检测方法可以用来监测飞机的机翼、机身等关键结构是否存在潜在的裂纹、疲劳或腐蚀等问题。
其次，声发射检测方法还可以用于监测材料或结构在受力或变形时的响应情况。
例如，在能源领域，声发射检测方法可以用来监测核电站压力容器的变形和疲劳破坏，以确保其安全运行。
此外，声发射检测方法还可以用于提前预警材料或结构的潜在问题，以便采取相应的维修和保养措施，避免事故的发生。
声发射检测方法具有许多独特的优点。
首先，它是一种非破坏性的检测方法，不需要对材料或结构进行破坏性的取样或试验，可以对大型、复杂的结构进行在线监测。
其次，声发射检测方法对缺陷的敏感性高，能够检测到微小的缺陷，如微小裂纹、微小气泡等。
第三，声发射检测方法具有较高的可靠性和准确性，可以对缺陷进行实时监测和评估，及时发现潜在问题并采取相应的措施。
此外，声发射检测方法还具有较强的定位能力，可以确定缺陷的具体位置和分布。
然而，声发射检测方法也存在一些局限性。
首先，对于复杂结构和材料的检测，声发射检测方法可能受到环境噪音的干扰，影响信号的采集和处理。
其次，在某些情况下，声发射检测方法可能存在误报和漏报的情况，需要进一步的分析和判断。
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
声发射及红外无损检测技术
要用液氮、氖气或热电致冷，以保证在低温下工作； 光学机械扫描装置结构复杂。
缺点：
红外热像仪的特点和主要参数
能显示物体的表面温度场，并以图象的形式显示，非常直观。 分辨力强，现代热像仪可以分辨0.1℃甚至更小的温差。 显示方式灵活多样 能与计算机进行数据交换，便于存储和处理
6.5 红外无损检测
压力容器弹性应力红外检测
01
小型容器压力实验装置
02
打压过程产生冷发射，卸压则温度回升
03
6.5 红外无损检测
液氯钢瓶纵焊缝上人工制造裂纹（通过磁粉检测显示）
6.5 红外无损检测
液化气钢瓶环焊缝上人工制造裂纹（通过磁粉检测显示）
6.4 声发射检测技术
声发射信号的特征参数
声发射事件 声发射信号的波形，经过包络检波后，波形超过预置的阈值电压形成一个矩形脉冲。如果一个突发型信号形成一个矩形脉冲叫做一个事件，这些事件脉冲数就是事件计数。单位时间的事件计数称为事件计数率，其计数的累积则称为事件总数。
6.4 声发射检测技术
对声发射信号的振铃波形，设置某一阈值电压，振铃波形超过这个阈值电压的部分形成矩形窄脉冲，计算这些振铃脉冲数就是振铃计数。这是对振幅加权的一种计数方法，如果改变阈值电压，则振铃计数也发生变化。单位时间的振铃计数率称为声发射率，累加起来称为振铃总数。取一个事件的振铃计数称为事件振铃计数或振铃/事件。
20世纪50年代初 德国凯赛尔所作的研究工作。在金属材料的变形过程中观察到到声发射现象，并提出了著名的声发射不可逆效应。
20世纪60年代，声发射作为无损检测技术，在美国原子能、宇航技术中兴起，在焊接延迟裂纹监视、压力容器与固体发动机壳体等检测方面出现了应用实例。
声发射检测.
5.3 检验方案的制定
在资料审查和现场勘察的基础上制定声发射检验方案，最终确定 采用的通道数、传感器阵列布置图、探头在压力容器上的安装部位 和加载程序，并准备好检验记录表格。
构件声发射检测所需传感数量，取决于压力容器的大小和所选传 感器间距。传感器间距又取决于波的传播衰减，而传播衰减值又来 自用铅笔芯模拟源实际测得的距离一衰减曲线。在金属容器中，常 用的传感器间距约为1～5m，多数容器的检测需布置8～32个探 头。
（２）声发射源的定性 声发射源的性涉及到AE源信号，包括AE特征量和
AE波形的获取。AE波形含有大量的声发射信息，利用 当今先进的计算机、信号处理技术对AE波形进行分析处 理，就给较准确的分析AE源性质提高了可能。
传统的声发射技术对声源特征和识别没有采用合适的 手段去充分研究，也就无法实现对缺陷进行定性分析。定 量的方法也只是对提取的少量参数进行统计分析。因此， 为了更加准确的对检测对象进行定位、定量、定性分析， 更加准确的对检测对象进行无损评价，必须利用具有大吞 吐量获取AE波形数据、灵活布置传感器进行源定位的多 通道全波形声发射准实时检测系统。
高性能全波采集的声发射仪其原理是，声发射信号经 高灵敏度传感器接收后，经过全波列数字采集变为数字信 号，再进行数字信号处理，最后把信号输入计算机通过软 件设计，对检测缺陷进行定位和定量。
典型的裂纹声发射波形图 典型的干扰波形
仪器组成 3.1信号电路
从前置放大器到声发射检测仪主体，往往需要很长 的信号传输线和前置放大器的供电电缆，在前置放大器和 主放大器也需要进行信号传输，通常需要采用信号电缆实 现。常用的为同轴电缆 。
获得参数数据的方法又有三种： （ａ）硬件模拟电路获得参数。
其特点是获得参数前没有将模拟声发射波形信号经过 A/D模数转换成为数字波形信号；
无损检测中的声发射技术研究与应用
无损检测中的声发射技术研究与应用无损检测（non-destructive testing，NDT）是一种非破坏性检测技术，它能够在不影响被检测物体完整性的情况下对其进行检测。
无损检测在机械、航空、电力、化工等领域得到广泛应用，是保证工业设备安全可靠的重要手段。
声发射技术是无损检测中的一种重要技术，主要应用于金属、混凝土等材料的疲劳损伤、龟裂、渗透等缺陷的检测。
本文将探讨声发射技术在无损检测中的研究与应用。
一、声发射技术的原理声发射是指物体表面发生微小裂纹和变形等异常情况时产生的声波，其频率范围一般在几百赫兹至几兆赫兹之间。
声发射技术是通过监测物体表面的声波信号来寻找和定位缺陷的。
声发射检测系统一般由传感器、信号放大器、模拟滤波器及数据处理器等组成。
传感器是关键部件，其接收材料内部的微小声波信号，并将其转换成电信号输出。
信号放大器将低电平的声发射信号放大后，再通过模拟滤波器进行滤波和去噪处理，最终由数据处理器记录并分析信号。
二、声发射技术的应用声发射技术主要应用于金属、混凝土等材料的缺陷检测。
在金属材料上的应用较为广泛，可用于疲劳损伤、龟裂、脆性断裂等缺陷的检测。
在混凝土检测方面，声发射技术一般用于寻找混凝土中的龟裂、空洞以及钢筋锈蚀等缺陷。
声发射技术在材料疲劳损伤检测中有非常重要的应用，其原理是监测金属材料在加载循环中产生的微裂纹的声波信号。
当材料承受重复的外部载荷时，其内部将产生微小的裂纹，声发射技术可通过监测这些微小裂纹的声波信号来预测金属材料的寿命。
声发射技术在航空、机械等行业的应用较为广泛，可用于检测航空发动机、飞机翼和螺旋桨等重要部件的安全状况。
同时，在火电厂、核电站等重要设备中，声发射技术也常被使用。
其原理是通过监测设备内部的声波信号，发现管道、阀门、轴承、齿轮等部件的缺陷，以避免因缺陷导致的事故。
三、声发射技术的研究声发射技术自问世以来，一直在不断地发展和完善。
近年来，它在无损检测中的应用也有了很大的拓展。
声发射检测技术原理
声发射检测技术原理
1 声发射检测技术
声发射检测技术是一种用于检测机械设备中微小振动、声发射的
非接触式的无损检测技术，是综合应用声学、声电子、数据处理等多
学科领域的技术，可以检测被检机械设备的噪声信息和机械振动信息，隐含着某种机械故障信息，经数据分析处理后，可以准确同时预测出
机械设备故障的发生及严重程度、故障类型及损伤部位。
2 声发射检测技术原理
当机械设备受力失衡或磨损时，会产生微小振动，这些振动信号
隐含有机械设备故障的信号，而声发射技术就是检测这些微小振动信号，从而获取机械设备故障的信息。
声发射检测技术一般分为三个步骤：首先，通过传感器将环境噪
声及机械设备的振动信号采集成电信号；其次，通过数据处理后，将
获得的信号分解成许多振动频率模式，即频谱图，然后在频谱图中分
析振动模式；最后，通过分析结果，可以判断机械设备的故障类型或
损伤部位。
3 声发射检测技术的优势
声发射检测技术最大的优势是非接触式，可以在机械设备正常工
作中进行无损检测、及早发现机械故障，并可以准确预测出机械设备
故障的发生及严重程度、故障类型及损伤部位，避免了台位检测时需
要拆开机械设备的必要性–造成的浪费。
此外，声发射检测技术可提供的数据量大、可以长期应用于监测，具有重用性、可复制性和灵活性，可大大提高维修和维护检测的效率与精度。
总之，声发射技术是一种新兴的检测技术，由于不仅针对机械设备具有强大的检测深度以及无损检测功能，在工业和航空领域已开始被广泛采用，其优势无疑将会在维护保养领域发挥出越来越重要的作用。
声发射检测技术
1 声发射检测的原理及特点
波的反射与模式转换
8
1 声发射检测的原理及特点
若在半无限大固体中的某一点产生声发射波，当传播到表 面上某一点时，纵波、横波和表面波相继到达，互相干涉而呈 现复杂的模式。与地震的情况一样，首先到达的是纵波，其次 到达的是横波，最后到达的是表面波。在实际的声发射应用中， 经常遇到的是像高压容器那样的厚钢板。声发射波在厚钢板中 传播时，在两个界面上发生多次反射， 每次反射都要发生模 式变换。
4
1 声发射检测的原理及特点
二． 1. 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。这种直接与变形和断裂机制有关的源，通常称为典型声发 射源。近年来，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，也被划到声发射源范畴， 称为其他声发射源或二次声发射源。
5
1 声发射检测的原理及特点
2 声发射检测定位方法
2． 1） 一维(线) 一维(线)定位就是在一维空间中确定声发射源的位置坐标，
亦称直线定位法。一维定位是声源定位中最简单的方法，多用 于焊缝缺陷的定位。一维定位至少要采用两个传感器和单时差。
若声发射波从波源Q到达传感器S1和S2的时间差为Δt，波 速为v，则可得下式：
|QS1-QS2|=υΔt
16
声发射信号类型
(a) 突发型； (b) 连续型
17
1 声发射检测的原理及特点
（1） 信号特征参数。超过门槛的声发射信号由特征提取电 路变换为几个信号特征参数。连续信号参数包括：振铃计数、 平均信号电平和有效值电压。突发信号参数包括： 撞击(事件) 计数、振铃计数、幅度、能量计数、上升时间、持续时间和时 差等。 常用突发信号特征参数的示意如下图所示。
第九章 声发射检测技术及应用
常用的声发射参数及其意义
（1）声发射事件总数：一个声发射过程中所发出的事件总数，
便为所有这些事件的和。
（2）振铃总计数：设置某一阈值电压，振铃波形超过这一阈值
电压的部分形成矩形脉冲，累加这些振铃脉冲数，就是振铃总数。
（3）总能量：声发射信号的能量是与信号的幅度及幅度分布有关
的参数。关于声发射信号的能量有多种不同的定义。通常是把信号幅度 的平方、事件的包络、持续时间的长短或事件包络的面积等作为能量参 数。尽管声发射能量不是物理意义上的能量，但对于衡量和评价材料的 断裂以及损伤程度却具有重要意义。
（4）度总计数：幅度累积计数就是按信号峰值幅度大小的不同范
围，分别对声发射信号进行事件计数。幅度计数，可以是事件的分级幅 度计数，也可以是累积幅度计数。计数的结果又分别称为分级幅度分布 和累积幅度分布。
450
0.8
400
0.7
350
0.6
300
0.5
250
0.4
200
0.3
150
0.2
100
0.1
50
0.0
0
0.00 0.02 0.14 0.33 0.51 0.79 0.97 0.77 0.46
应力应变曲线与声发射特征关系
Vp km/s 4.4
4.35
声速-应力关系
原有裂隙 受压闭合
B
加载新生 裂隙开展
（5）大事件计数：是指声发射信号脉冲超过某一阈值（较大）
并维持较长时间的事件的个数。
Xi’an Jiaotong University
常用的声发射参数及其意义
(二)变化率参数： 变化率参数反映的是在一定条件下声发射信号在单
声发射检测技术.ppt
声发射检测原理 ：
声发射现象的实质是物体受到外力或内力作用时， 由于内部结果的不均匀及各种缺陷的存在造成应 力集中，从而是局部的应力分布不稳定。当这种 不稳定应力分布状态所积蓄的应变能达到一定程 度时，就会发生应力的重新分布，重新达到新的 稳定状态。这一过程中往往伴随有范性流变、微 观龟裂、位错的发生与堆积、裂纹的长生与发展 等，实际上这就是应变能释放的过程。
生发射信号的典型波形：
连续型 特点： 连续型发射信号波幅 没有很大的起伏，发 射的频度高、能量小。
生发射信号的基本特性
1·生发射信号是上升时间很短的震荡脉冲信号， 2·声发射信号的频率范围很宽，通常可以从次 声频一直到30MHz。 3·生发射信号一般是不可逆的，具有不复现性。 4·声发射 产生的影响因素复杂，不仅与外部 因素有关，也与材料的内部结构有关。 5· 由于产生发射信号的机理各式各样，且频 率范围很宽，因此声发射信号具有一定的模糊 性。
声发射检测方法
定义： 声发射信号是物体受到外部条件作用使其 连续型
声发射检测方法 生发射信号的典型波形：
突发型
特点： 突发型生发射信号表 现为脉冲波形，脉冲 的峰值可能很大，但 衰减很快。
声发射检测方法
声发射检测的可靠性评价
归纳的四种情况： 1· 存在或不存在危险缺陷 2·产生了危险缺陷信号或没有产生危险缺 陷信号 3· 操作者发出或没有发出危险警告指示 4·实验操作人员注意或没有注意到发出的 指示
声发射检测的可靠性评价
肯定的记为A，否定的记为B，得出的结果：
1· AAAA：已找到缺陷并进行了处理 2·AAAB：找到了缺陷，但没有进行处理 3·AAB—：缺陷被漏检 4· ABB—：缺陷存在，但没有声发射信息 5· B—AA：没有缺陷，但仪器给出了假信号，并作出 错误判断 6· B—AB：没有缺陷，但仪器给出了假信号，对假信 号为作出判断 7· B—B —:没有缺陷，也没有信号
声发射检测报告
声发射检测报告简介声发射检测是一种用于监测和评估结构的健康状况的非破坏性试验技术。
它通过监听和分析材料或结构在加载或变形时产生的声波信号，来探测和定位潜在的缺陷。
本报告将介绍声发射检测的原理和应用，并通过详细的分析结果，评估待测结构的可靠性和安全性。
声发射检测原理声发射检测的基本原理是在结构加载或变形时，由于内部缺陷或损伤的存在，会产生微小的应力释放，从而形成声波信号。
这些声波信号可以通过传感器进行捕捉，并通过信号处理和分析，识别和分析不同的声发射事件。
声发射事件的特征包括声发射源的位置、能量、频谱和持续时间等。
声发射检测的应用声发射检测广泛应用于各种领域和行业，包括材料科学、结构工程、航空航天等。
主要的应用包括以下几个方面：结构健康监测声发射检测可以用于监测结构的健康状况，通过实时监测和分析声发射事件，可以及时发现结构中的缺陷和损伤，从而采取相应的维修和修复措施，避免潜在的灾难性破坏。
材料评估声发射检测可以用于评估材料的质量和可靠性。
通过分析声发射事件，可以判断材料中是否存在内部缺陷、裂纹或疲劳等问题，为生产和工程质量提供依据。
构件性能测试声发射检测可以用于测试结构构件的性能。
通过加载结构构件，并监听和分析声发射事件，可以评估构件的强度、刚度和稳定性等性能指标，为结构设计和优化提供依据。
实验方法与结果分析为了评估待测结构的可靠性和安全性，我们进行了一系列声发射检测实验。
实验步骤如下：1.准备测试设备：包括声发射传感器、信号放大器和数据采集系统等。
2.安装传感器：将声发射传感器固定在待测结构的表面，确保其能够准确捕捉声波信号。
3.加载结构：施加适当的负荷或变形到待测结构，触发声发射事件。
4.数据采集与分析：通过数据采集系统记录并存储声发射事件的信号数据，然后对数据进行分析。
5.结果评估：根据分析结果，评估待测结构的可靠性和安全性。
经过实验和数据分析，我们得到了以下结果：1.声发射事件的定位：通过分析声发射事件的波形和到达时间，我们可以定位声发射源的位置。
声发射技术在金属材料分析检测中的应用
声发射技术在金属材料分析检测中的应用摘要：金属材料在受力过程中容易产生变形、裂缝等问题，这严重地影响了材料的应用效果。
在材料使用过程中，有必要进行材料动态、无损检测。
声发射技术是金属材料检查中的常用手段，其能在节省时间和人力的基础上，大大提升了金属材料物理状态监测的效率和精准程度。
基于此，文章主要分析了声发射技术在金属材料检测中的应用。
关键词：声发射技术；金属材料检测；应用1声发射技术原理特征1.1声发射技术的检测原理声发射技术是一种无损检测方法，通过检测材料内部的声波信号来评估材料的完整性和结构状况。
当材料内部发生变形、裂纹、破裂或其他损伤时，会产生弹性波或超声波，这些波通过材料的传播会引起微小的振动或声发射。
声发射传感器会捕捉到这些微弱的声波信号，并通过信号处理技术分析，确定材料中存在的缺陷位置、类型和严重程度。
1.2声发射技术的检测特征（1）高灵敏性。
声发射技术能够检测到微小的裂纹、破裂等缺陷，并能提供关于缺陷的详细信息，如位置、尺寸、形态等。
（2）实时性。
声发射技术能够实时监测材料的状况，及时发现和跟踪缺陷的变化，从而做出相应的维修或替换决策。
（3）定位精确。
声发射技术可以通过分析声波传播的时间、振幅等参数，精确定位缺陷的位置，有助于针对性地修复或处理。
（4）无损检测。
声发射技术是一种非破坏性检测方法，不会对被测材料造成额外的损伤或影响，适用于许多不同类型的材料。
（5）广泛适用性。
声发射技术可以应用于各种材料，如金属、复合材料、混凝土等，适用于不同行业领域的缺陷检测和结构评估。
2声发射技术在金属材料检测中的应用2.1塑性形变检测金属材料在受到外力作用时、内外温差过大的情况下，其内部结构可能发生一定的变化，进而出现开裂、变形等质量问题。
在这个过程中，金属材料微观层面会产生松弛应力，并通过应力波的形式将能量释放出来，最终表现为声发射现象。
声发射技术主要就是对这一过程中产生的能量波形进行接收分析等，最终达到无损检测的目标。
声发射检测技术在水利水电工程上的应用
声发射检测技术在水利水电工程上的应用声发射是指在材料或零件受到外力作用时发生变形、断裂或内部应力超出其屈服极限而进入不可逆塑性变形的过程中所产生的一种暂态弹性波，即AE。
在外界环境中，由于材料或零件的缺陷或潜在的缺陷发生变化，从而使其产生了一种自发的暂态弹性波。
由于该声波能够反映某些物质的特性，所以通过对其进行探测，可以对其进行某些状态的判定。
声发射检测技术是一种利用仪器对声发射信号进行检测、记录和分析，并对其进行诊断的方法。
另外，由于大部分的材料都具有声发射性质，因此它不会受到材料的限制，也不会受到物体的尺寸、几何形状和工作环境的影响。
将其融入到水利水电工程中将具有必要意义。
1声发射信号的产生声发射信号是指在外界环境的作用下，由瞬态弹性波所释放出的能量。
声发射信号是一种含有大量发射源状态信息的复杂波形，在传输过程中会产生不同的波形，并会产生噪声。
期间适合于声发射探测的机械装置一般可分为两种：（1）管道及压力容器。
长时间处于高温、高压的环境中，材料容易因疲劳、腐蚀等产生裂缝。
裂纹的形成、扩展和开裂过程中，都会有一定的应变能被释放出来，从而导致了AE信号的出现。
通过以上AE信号的强度，可以判定是否存在裂纹、泄漏以及泄漏情况。
（2）旋转和往复运动机械。
尤其是在高速转动的机器中，因运转不平衡、不中、热弯曲等原因，会引起转子的碰撞，这时，金属内部的晶格会发生滑动或重排，在此过程中，能量的变化会以弹性波的形式释放，从而形成一个声发射信号。
2声发射技术的特点声发射技术是一种无损检测技术，与其它无损检测技术相比，具有以下优点:(1)能实现实时连续检测。
该技术能够实时地检测和监控水工结构的缺陷发生、发展、破坏的全过程，同时还能够实时、连续地反映缺陷的变化情况，然后对结构的破坏程度、结构完整性和使用寿命进行评估。
(2)能对结构或构件的整体进行检测并确定缺陷的具体位置。
在物体上放置一定数目的静止传感器，然后由声波发射机接收到来自该传感器的信号，从而获得被探测物体内所有的运动信息。
无损检测中声发射技术应用研究
无损检测中声发射技术应用研究第一章：绪论无损检测是指在对被检测物体进行检测时，不破坏被检测物体的情况下，通过非接触或隔离检测方法，对物体内部的缺陷或故障进行检测，以使问题得到及时解决。
随着科学技术的不断发展，各种无损检测技术得到了广泛的应用。
其中，声发射技术是无损检测中较为重要的技术之一，本文将对声发射技术在无损检测中的应用进行研究。
第二章：声发射技术的原理及特点声发射技术是一种基于物理学原理发展起来的无损检测方法。
其中，声发射波是指由撞击、龟裂、断裂等引起的超声波信号，其频率范围在几十千赫兹到几百千赫兹之间。
声发射检测系统通常由传感器、数据采集卡、数据处理程序和数据存储设备等组成。
声发射技术具有以下特点：1.无接触检测：声发射技术是通过检测声发射波信号，从而确定被检测物体内部有无缺陷或故障，不会对物体造成二次破坏。
2.高灵敏度：声发射技术可以检测到微小的裂缝、缺陷等，能够提前预测物体破坏的趋势，从而进行有效维修或更换。
3.实时监测：声发射技术能够即时记录声发射波信号的变化，并进行实时监测，从而有效地进行物体健康状态评估和预测。
4.广泛适用性：声发射技术适用于多种材料的无损检测，包括金属、陶瓷、玻璃、塑料等，应用领域广泛。
第三章：声发射技术的应用研究进展声发射技术在无损检测中的应用研究已经取得了显著的进展。
以下将从实验研究、应用案例和相关领域三个方面进行介绍。
1.实验研究近年来，越来越多的学者对声发射技术进行了实验研究。
例如，有学者针对航空航天领域的复合材料进行了声发射检测研究，通过对声发射波信号的分析，准确诊断出该复合材料的裂缝和破损状况。
同时，还有学者对钢材、铝材等多种金属材料进行了声发射检测实验，获取了关于疲劳损伤、塑性变形等方面的信息。
2.应用案例声发射技术在多个领域中得到了广泛应用。
例如，在民航领域中，声发射技术已成为一种重要的工具，用于实时检测机身结构和发动机的健康状态，防止事故的发生。
声发射检测技术介绍
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。
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。
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
声发射检测技术特点（1）
声发射检测三级
声发射检测三级
声发射检测三级——深入探索与应用
声发射检测，也被称为声发射技术或声发射分析，是一种通过检测材料内部应力波的传播和反射来评估材料性能或结构状态的无损检测技术。
它在众多领域，如航空航天、石油化工、电力、交通、建筑等，都有着广泛的应用。
其中，声发射检测三级作为该领域中的一个重要环节，对于确保检测精度和效果起着至关重要的作用。
声发射检测三级，通常指的是在声发射检测过程中，对声发射信号进行的三级处理和分析。
这三级处理分别是：信号预处理、特征提取和模式识别。
信号预处理是声发射检测三级中的第一级，主要是对原始声发射信号进行去噪、滤波和增强，以提高信号的信噪比和分辨率，为后续的特征提取和模式识别提供高质量的信号数据。
特征提取是声发射检测三级中的第二级，主要是从预处理后的信号中提取出能够反映材料内部状态的关键特征，如信号的频率、振幅、持续时间等。
这些特征将作为后续模式识别的输入数据。
模式识别是声发射检测三级中的第三级，也是最为关键的一级。
它通过对提取出的特征进行学习和分类，实现对材料内部状态或缺陷的自动识别和分类。
这一级的准确性和稳定性将直接影响到整个声发射检测的效果和可靠性。
综上所述，声发射检测三级是一种重要的无损检测技术，它通过三级处理和分析，实现对材料内部状态或缺陷的高精度、高可靠性检测。
随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展，声发射检测三级将在未来发挥更加重要的作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(2) 被监测的对象：被检对象的大小和形状、发射源 可能出现的部位和特征的不同，决定选用检测仪器 的通道数量。对试验室材料试验、现场构件检测、 各类工业过程监视等不同的检测，需选择不同类型 的系统，例如，对实验室研究，多选用通用型，对 大型构件，采用多通道型，对过程监视，选用专用 型。 (3) 需要得到的信息类型：根据所需信息类型和分 析方法，需要考虑检测系统的性能与功能，如信号 参数、波形记录、源定位、信号鉴别、及实时或事 后分析与显示等。
1000
高衰减金属构件
低衰减金属构件
1000
2000
20000
6.3 加载程序
6.3.1 加载准备
多数情况下，加载操作仅有一次机会，关系到声 发射检测的成败，须作充分的准备。
(1) 加载方式：应尽量模拟试件的实际受力状态 ，包括：内压、外压、热应力及拉、压、弯； (2) 加载设备：试压泵、材料试验机等，应尽量 选择低噪声设备；
声发射波形随试件的材料、形状、尺寸等因素而变，因而，定时 参数应根据试件中所观察到的实际波形进行合理选择，其推荐范 围如表6.3所示。
表6.3 定时参数选择
材料与试件 复合材料 金属小试件 PDT（s） 20～50 HDT（s） 100～200 HLT（s） 300
300
300
600
600
1000
长期监测的传感器固定方式一般采用一些快干式粘接 剂，包括快干胶、环氧树脂，既可固定传感器，而又 起着声耦合作用。这种耦合方法在高应变、高温环境 下可能发生脱粘问题。 包括周期疲劳在内的周期性的检测对仪器采集数据的 时间会有一些特殊的要求，比如疲劳实验，在拉申与 压缩载荷转换时会有试样夹具松动产生的噪音信号， 在这一段时间，会设置声发射仪器停止信号采集。
表6.2 门榄设置与适用范围
门槛（dBae）
适
用
范
围
25－35
35－55
高灵敏度检测，多用于低幅度信号 或高衰减材料或基础研究 中灵敏度检测，广泛用于材料研究 和构件无损检测 低灵敏度检测，多用于高幅度信号 或强噪声环境下的检测
55－65
(2) 系统增益设置：增益是仪器主放大器对声发射波形信号 放大倍数的设置，一些20世纪70年代生产的老的声发射系统 通常有分开的可变增益（dB）和门槛电压（伏特），在某些 系统中，增益或门槛中的一个可能被固定，通过提高增益dB 或降低门槛电压能获得较高的灵敏度。
(2) 恒载：多数工程材料，在恒载下显示出应 变对应力的迟后现象。一些材料在恒载下可 产生应力腐蚀或氢脆裂纹扩展。恒载周期又 为避免加载噪声或鉴别外来噪声干扰提供了 机会。近年来，恒载声发射时序特性已成为 声发射源严重性评价和破坏预报的一主要依 据，必要时，可忽略升载声发射，而只记录 恒载声发射。对于压力容器，分级恒载时间 约设定 2 ～ 10min ，而最高压力下约恒裁 10 ～ 30min。
(3) 系统定时参数设置：定时参数，是指撞击信号测量过程的控制 参数，包括：峰值定义时间（PDT）、撞击定义时间（ HDT ）和 撞击闭锁时间（HLT）。 峰值定义时间，是指为正确确定撞击信号的上升时间而设置的新 最大峰值等待时间间隔。如将其选得过短，会把高速、低幅度前 驱波误作为主波处理，但应尽可能选得短为宜。 撞击定义时间，是指为正确确定一撞击信号的终点而设置的撞击 信号等待时间间隔。如将其选得过短，会把一个撞击测量为几个 撞击，而如选得过长，又会把几个撞击测量为一个撞击。 撞击闭锁时间，是指在撞击信号中为避免测量反射波或迟到波而 设置的关闭测量电路的时向间隔。
(3) 现场声发射检测系统源定位的校准：通 过直接在被检构件上发射声发射模拟源信 号来进行校准。源定位校准的目的是确定 定位源的唯一性和与实际模拟声发射源发 射部位的对应性，一般通过实测时差和声 速以及设置仪器内的定位闭锁时间来进行 仪器定位精度的校准。定位校准的最终结 果为，所加模拟信号应被 — 个定位阵列所 接收，并提供唯一的定位显示，区域定位 时，应至少被一个传感器接收到。多数金 属容器检测方法中规定，源定位精度应在 两倍壁厚或最大传感器间距的5%以内。
6.3.2 载荷控制 (1) 升载速率：慢速加载会过分延长检测周期， 而快速加载也会带来不利的影响。首先，会使 机械噪声变大，如低压下的流体噪声；其次， 会引起高频度声发射活动，以致因超过检测仪 的极限采集速率而会造成数据丢失；再则，由 于应变对应力的不平衡而会带来试验安全问题 。压力容器的加载，多采用较低的加载速率， 且要保证均匀加载。
(3) 加载程序：主要决定于产品的检测规范， 但有时因声发射检测所需，要作些调整。常 用的加载参数包括：升压速率、分级载荷和 最高载荷及其恒载时间，有时需要增加重复 加载程序； (4) 应确定声发射检测人员与加载人员之间的 联络方法，以实时控制加载过程；
(5) 应确定记录载荷的方法。多用声发射仪记 录载荷传感器的电压输出。
(2) 现场声发射检测系统灵敏度的校准：通 过直接在被检构件上发射声发射模拟源信 号来进行校准。灵敏度校准的目的是确认 传感器的耦合质量和检测电路的连续性， 各通道灵敏度的校准为在距传感器一定距 离（压力容器规定为 100mm ）发射三次声 发射模拟源信号，分别测量其响应幅度， 三个信号幅度的平均值即为该通道的灵敏 度，多数金属压力容器的检测规程规定， 每通道对铅笔芯模拟信号源的响应幅度与 所有传感器通道的平均值偏差为土 3dB 或 ±4dB，而玻璃钢构件为土6dB。
6.4 特殊检测的程序
声发射特殊的检测一般包括高温或低温下的检测 、间歇性的检测（包括周期疲劳）、长期监测和 高噪声环境的检测等。这些特殊的检测对传感器 的安装和信号的采集有一些特殊的要求。 在高温或低温检测中，多采用由金属或陶瓷制 成的波导杆转接器。它是通过焊接或加压方式固 定于试件表面，可使试件表面高温或低温端的声 发射波传输到常温端的传感器。这一结构会引起 一定的传输衰减和波形畸变，其接触面为主要的 衰减因素。
20世纪80年代以后生产的仪器，均采用集成电路系统，对于 操作者设定的增益（dB）和门槛（dBae），系统就能计算出 合适的电压，把它放在门槛比较器上。因此，门槛的功能为 主要控制灵敏度，改变增益设置将不改变灵敏度。增益的设 置并不影响所测量的计数，持续时间，上升时间或幅度。但 增益设置也是十分是重要的，它直接影响能量的测量和声发 射信号的能量计数。 对于目前常用声发射仪器，为了保持系统在一合适的操作范 围内，应根据检测灵敏度的要求来选定门槛，而增益十门槛 应处于一定的范围，比如有些设备在55和88dB之间。
(3) 传感器的安装：传感器表面与试件表面之间良好的声 耦合为传感器安装的基本要求。试件的表面须平整和清 洁，松散的涂层和氧化皮应清除，粗糙表面应打磨，表 面油污或多余物要清洗。对半径大于150mm的曲面可看 成平面，而对小半径曲面应采取适当措施，例如，可采 用转接耦合块或小直径传感器。对于接触界面，应填充 声耦合剂，以保证良好的声传输。耦合剂不宜涂得过多 或过少，耦合层应尽可能薄，表面要充分浸湿。耦合剂 的类型，对声耦合效果影响甚少，多采用真空脂、凡士 林、黄油、快干胶及其它超声耦合剂。对高温检测，也 可采用高真空脂、液态玻璃及陶瓷等。但是，须考虑耦 合剂与试件材料的相容性，即不得腐蚀或损伤试件材料 表面。多用机械压缩来固定传感器。常用固定夹具包括 ：松紧带、胶带、弹簧夹、磁性固定器、紧固螺丝等。 所加之力，应尽可能大一些，约为0.7MPa。
图6.1 铅笔芯模拟声发射信号装置
6.2.2 校准的步骤
(1) 仪器硬件灵敏度和一致性的校准：对仪器硬件 系统的校准直接采用专用的电子信号发生器来产生 各种标准函数的电子信号直接输入前置放大器或仪 器的主放大器，来直接测量仪器采集这些信号的输 出。比如，GB/T18182-2000标准规定：仪器的门槛 精度应控制在2dB范围内；处理器内的幅度测量电 路测量峰值幅度值的精度为2dB；处理器内的能量 测量电路测量信号能量值的精度为 5% ，同时要满 足信号能量的动态范围不低于40dB；系统测量外接 参数电压值的精度为满量程的2%。
表6.1列出了选择检测系统时需要考虑的主要因素。
6.1 影响检测仪器选择的因素
性能及功能
影响因素
工作频率 传感器类型 通道数 源定位 信号参数 显示 噪声鉴别 存储量 数据率
材料频域、传播衰减、机械噪声 频响、灵敏度、使用温度、环境、尺寸 被检对象几何尺寸、波的传播衰减特性、整体或局部监测 不定位，区域定位、时差定位 连续信号与突发信号参数、波形记录与谱分析 定位、经历、关系、分布等图表的实时或事后显示 空间滤波、特性参数滤波、外变量滤波及其前端与事后滤波 数据量，包括波形记录 高频度声发射、强噪声、多通道多参数、实时分析
(3) 重复加载：对一些新制容器，当首次加载 时常常伴随大量无结构意义的声发射，包括局 部应力释放和机械摩擦噪声，这给检测结果的 正确解释带来很大困难，为此需进行二次加载 检测。另外，在役容器的定期检测，原理上也 属于重复加载检测，以发现新生裂纹。费利西 蒂效应，为重复加载检测提供工基本依提因此 ，对首次加载声发射过于强烈的构件、复合材 料及在役构件，宜采用重复加载检测方法。
6.2.4 仪器调试和参数设置
(1) 检测门槛设置：检测系统的灵敏度，即对小信号 的检测能力，决定于传感器的灵敏度、传感器间距和 检测门槛设置。其中，门槛设置为其主要的可控制因 素。 检测门槛，多用dBae来表示。检测门槛越低，测 得信息越多，但易受噪声的干扰，因此，在灵敏度和 噪声干扰之间应作折衷选择。多数检测是在门槛为35 ～ 55dB 的中灵敏度下进行，最为常用门槛值为 40dB 。不同的门槛设置与适用范围见表 6.2 。常用金属压 力容器检测的门槛一般为 40 dB，但长管拖车的检测 门槛为32 dB，纤维增强复合材料压力容器的检测门 槛一般为48 dB。
声发射检测技术
李光海
liguanghai@
第6章声发射检测技术
6.1检测仪器选择的影响因素