声发射无损检测

特点
评价
升压过程中没有或只有少量随压力升高而出现的 分散的地幅度声发射信号，保压时没有声发射
在升压至低、中压力时有较强的声发射，保压时 没有声发射
声发射源 是稳定的
声发射源 比较稳定
第3类
第4类
不论升压时声发射的强烈程度如何，在保压初期 声发射均快速收敛
不论升压时声发射的强烈程度如何，在保压初期 声发射均收敛缓慢、或持续出现、或原来越强
当脆性材料或带裂纹的金 属材料在裂纹不连续扩展时 所发出的高幅值、不连贯、 持续时间为微秒级的单个应 力波脉冲
波幅没有很大起伏 频度高、能量小 峰值大、衰减很快
连续型声发射信号
突发型声发射信号
3.2声发射信号的特征参数
• 为排除噪声干扰，可设置阈 值电压 Vt ，当传感器输出信 号低于阈值电压时无效 • 从包络线超过 Vt 的一点开始 到包络线降到 Vt的时间称为 事件宽度te • 为避免同一个事件的反射信 号当作另一个事件处理，设 置事件间隔时间 ti，在该时间
（7） B–B–
没有缺陷，也没有信号
对于（1）（7），检测成功 对于（2），避免出现，对操作人员的要求，良好的通信联络 方法 对于（3）（5）（6），要求做好充分的实验前准备工作，操 作人员业务熟练，设备处在良好的状态 对于（4），避免出现，良好的设备
五、声发射检测应用
(1)可获得关于缺陷的动态信息,并据此评价缺 陷的实际危害程度,以及结构的完整性和预期 使用寿命; (2)可提供随载荷、时间和温度等外部变量而 变化的实时瞬态或连续信号,适用于过程监控 以及早期或临近破坏的预报。
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频域图
泄漏点尺寸的影响
结果表明：在一定压力条件下和一 定的孔径范围内，泄漏声发射信号 RMS值随泄漏孔径的增大而增大。
0.02 波形图
0.06
管道直径 1.0mm（左） 1.5mm（右）
频域图
2.在压力容器安全运行中的应用 国内某公司液化气站7 台 100 m3 液化石油气贮罐封头出 现鼓包。这些鼓包的存在会严重影响人身以及国家财产安全。 有关单位对其进行了开罐检验。 在检验过程中，要解决的关
4
1: 达到最大输出幅度上升时间 tτ 2: 阈值电压 Vt； 3: 最大信号输出幅度 Vp 4: 事件宽度 te 5: 事件间隔时间 ti
内出现的信号，仪器不予处
理 • te+ti 称为事件时间或事件持续
事件
四、声发射技术与仪器
4.1 声发射的测量参数
（1）事件计数 事件计数率 、事件总计数 （2）振铃计数 （对一持续时间内超过门槛值的振铃次数的计数） 振铃计数率、振铃总计数 振铃－事件比（用单位事件的振铃计数，即振铃计数/事件） 振铃在一定程度上反映了信号的幅度 （3）幅度和幅度分布 声发射信号幅度可用于量度声发射信号的能量 （4）能量 声发射信号的幅度平方，然后进行包络线检波，求出包络 线检波后的包络线所围面积
（3）压力容器缺陷检测与评价 新制造、在役以及在线的压力容器的声发射检测与评价 （4）声发射检测可靠性评价 声发射检测可靠性，也就是对危险缺陷的检查出概率问题 将检测结果归纳为： ①存在或者不存在危险信号 ②产生了或者没有产生危险信号 ③操作者发出了或者没有发出危险信号指示 ④实验操作人员注意或者没有注意到发出的指示
声发射源 不够稳定
声发射源 不稳定
2）缺陷有害度综合评价方法
由计算机实时处理这些方 面的数据并发出警报信号
缺陷有害度分类 等级 类型 I 1 D D D C 2 D C C B
声 发 射 加 强 3 4 C C B A B B A A
稳 II 定 性 III 减 弱 IV
A特别注意 B要注意 C不必注意 D不必注意
4
4.2 声发射检测程序
（以压力容器升压过程的声发射检测为例） （1）准备工作 了解各种可能的噪声来源；预计压力容器薄弱部位；熟 悉压力容器材料的声发射特性；试验时的加压装置，确定声 发射检测人员与加压装置控制人员之间的联络方法；确定连 续记录压力的方法。 （2）布置声发射换能器 换能器阵列的数目、大小及位置；用模拟声发射源逐个 监测换能器的耦合质量和耦合的一致性；用模拟声发射源检 查换能器阵列的大小是否合适，并测出换能器之间的距离。 （3）校准声发射仪器 使各个监测通道的灵敏度一致；测量各个通道背景噪声 的强度，据此设置声发射检测的门槛电压
其他应用方向： 金属结构 水泥混凝土 金属材料 复合材料 磁性材料 陶瓷材料 核工业领域 焊接过程控制 机械加工 机械诊断 医学领域 。。。
The end Thank you!
（2）数字式声发射仪
4.4 缺陷的判定与评价
（1）缺陷/声发射源位置确定 1） 区域定位法 ——对传感器布置位置无特殊要求，声源位置就是首先接收 到源信号的传感器的位置
优点：传感器位置布置灵活；检测范围大
缺点：检测到的声源的位置仅表示一定区域，具有不确定性 2）点定位法 (时差定位法) ——根据声源信号到达同一阵列内不同传感器时所形成的一
（2）缺陷评价
缺陷评价的目的是及时了解缺陷的状态以及生成与扩展的情况，以便采 取措施，防止事故的发生。下面以压力容器为例说明缺陷评价的内容和方法。
1）缺陷有害度的分类评价方法 a.按升压过程声发射频率分类评价——A、B、C三级
等级
A级 B级 C级
特点
严重声发射信号 在升压过程中频繁出现的信号源 重要声发射信号 在升压过程中发生频率较低的信号源
组时差，经过几何关系计算确定声源位置
优点：定出的声源为一确定点，可靠性高 为大多数试验和声发射仪采用
点定位法 (时差定位法)
两个传感器确定声发射源
四个传感器确定声发射源
目前国内外声发射源定位大多是依靠声源到达传感器的时 间差和传感器的坐标联立方程组求解 一般在由多个传感器组成的三角网络中，按一定算法选取 某个三角形，在此三角形中联立求解方程，判断出源位置
处理方法
用其他无损检测方法 进行复检 详细记录和报告，以 便再次检测室参考 不必进行进一步评价
无关紧要的声发射信号 偶尔出现声发射信号的声源
b.按声发射源的活动性和强度分类评价
声发射源的活动性：声发射事件计数或者振铃计数随压力变化出现的频率 分类 危险的活动性缺陷 活动性缺陷 稳定性缺陷 特点 随压力增大，声发射计数以较快的速度连续增大 随压力增大，声发射计数增大的速度比较慢 随压力增大，声发射计数变化不大
4.3 声发射检测仪器
（1）模拟式声发射仪
（2）数字式声发射仪
原理
数字式声发射仪特点： a. 大大降低了系统噪声、漂移和频率相关性 b. 采用高精度设计，系统不需要重新标定 c. 高速采样 d. 大动态范围 e. 灵活性强 （用户可按自己要求设计特别的特征参数） f. 数字化的信号可储存在瞬态记录仪中，可快速记录多通道的AE信号
缺陷检测 过程监控
一维定位 时差定位法 定位方法
区域定位法
二维定位
三维定位
1.在石油管线泄漏中的应用
峰值的分析
频域的确定
压力的影响
结果表明：在泄漏孔径和传播距离 一定的情况下，泄漏声发射信号 RMS值随着管道内部压力的的增大 而增大，并近似里一种线性增加的 趋势。
0.03 波形图 0.04
液体压力 0.2MPa（左） 0.3MPa（右）
键问题是：
这些贮罐能否继续安全使用？ 可继续安全使用的压力范围是多少？
1. 实验方法及过程
2.实验结果
通过声发射实验与金相检测的综合检测结果表明：
① 该站卧式液化石油气贮罐仍可安全运行
② 压力低于1.0MPa 时可保证安全运行
凯赛尔( Kaiser)效应：重复载荷到达原先所加最大载荷以前不发 生明显声发射,这种声发射不可逆性质称为凯赛尔( Kaiser)效应。
二、声发射检测的特点
优点： （1）几乎不受材料的限制 （2）动态无损检测技术，可以长期连续地监视缺陷的安全 性，这是其它无损检测方法难以实现的 （3）灵敏度高 （4）可以检测活动裂纹 （5）可以实现在线监测 局限性： 结构必须承载才能检测；测量受电噪声和机械噪声的影 响较大；定位精度不高；对裂纹裂纹只能给出有限的信息； 测量结果的解释比较困难
声发射强度 用声发射事件的平均幅度进行度量
如果是活动性缺陷，其强 度超过活动性声源的平均强度， 则认为此声源是强的； 如果声发射强度随容器压 力的增大而连续增大，则可判 定此缺陷是危险的缺陷。
c.按保压期间声发射特性分类评价
以声发射的连续性为主要依据，结合升压的声发射特性，分为四类
分类 第1类 第2类
费利西蒂( Felicity) 效应：但是,重复加载前,如产生新裂纹或其它 可逆声发射机制,则凯赛尔效应会消失。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( Felicity) 效应,也可认为是反凯赛尔效应。
3. 岩石声发射Kaiser 效应应用于地应力测试的研究
4.2 声发射检测程序
（以压力容器升压过程的声发射检测为例）
（4）试验 确定声发射参数；至少在升压前2s开始测量声发射；连 续测量声发射的发生情况；升压初期，如遇特别强的噪声， 应设法排除后再进行试验；试验过程中若遇反常、紧急情况， 应及时通知控制加压人员作出处理决定。
（5）试验结果分析和报告 推断声发射源，根据有关标准，对声发射源进行分类；对 重要的值得注意的缺陷应进行超声检测或其他检测；填写书面 实验报告。
三、声发射检测原理
声发射源
弹 性 波 的 传 播
材料表面 引起表面位移
换能器 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
Principle of Acoustic Emission
3.1声发射信号的两种基本类型 突发型声发射信号 ——
连续声发射信号 ——
一种发射次数很多的连续
波形
声发射检测
小组成员：甘妮妈 魏所
目录
一、概述
声发射 (Acoustic Emission =AE) ，又称为应力波发射 ——材料受外力或内力作用产生变形或断裂, 以弹性波形 式释放出应变能的现象 声发射信号 频率范围——从次声频、声频到数十 MHz 超声频 幅度范围——可从几微伏到上百伏 声发射技术 ——用仪器检测、记录、分析声发射信号并利用声发射 信号推断声发射源
将上面四种可能性中肯定的记为A，否定的记为B，则可能 有以下其中结果：
（4）声发射检测可靠性评价
（1） AAAA （2） AAAB （3） AAB– （4） ABB– （5） B–AA （6） B–AB 已找到了缺陷并进行了处理 找了缺陷，但没有进行处理 缺陷被漏检 缺陷存在，但没有声发射信息 没有缺陷，但仪器给出假信号，并作出错误判断 没有缺陷，但仪器给出假信号，对信号未作出处判断