现代无损检测技术第7章：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
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
现代无损检测技术第7章：声发射检测技术
一.声发射声发射检测技术的发展及其现状人们知道声发射现象已经有几个世纪的历史，把声发射作为一门技术进行研究和开发是从上世纪50年代开始的。
声发射技术的发展大致可以分为三个阶段：探索研究阶段世纪50年代初德国的凯塞尔（Kaiser）用普通的可听声拾音器测量了五、六种材料在抗拉强度试验时的声发射，提出了畴界滑移产生声发射的机理。
他的重大发现之一是观察到声发射现象的不可逆效应，即尔（Kaiser）”效应。
“Kaiser效应”表明：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会产生声发射信号。
Kaiser同时提出了连续型和突发型声发射信号的概念。
由于采用的拾音器在可听声频率范围内，无法排除环境噪声的干扰。
快速加载用弹簧－质量块模型比拟声发射事件的发生过程a. 原始状态b. 新的平衡状态一.声发射产生的条件快速加载则该状态下弹簧系统贮能为：241kxU =若弹簧2突然减弱，它的刚度降低到，弹簧1的刚度不变，则系统组合刚度为：kk δ−()kk k k k δδ−−=222受到的拉力减小了，两个弹簧的平均拉力变为：p δ二.声发射产生机理1.位错运动与塑性变形刃型位错的结构由图可以看到：位错使周围的原子排列发生畸变，在外切应力的作用下，刃型位错沿滑移面运动。
二.声发射产生机理2.裂纹的形成与扩展裂纹的形成和扩展是一种主要的声发射源，它与材料的塑性变形有关。
一旦裂纹形成，材料局部应力集中得到卸载而产生声发射。
材料的断裂过程可以分为三个阶段：a. 裂纹形成；b. 裂纹扩展；c. 最终断裂。
干涉呈现复杂的模式。
半无限大物体内声发射波的传播三.声发射的传播循轨波的传播传播引起的波形分离 a.原始波形b传播760mm后的波形一.声发射信号的特征参数1.波击（Hit）和波击计数（Hits）波击：某一通道检测到的瞬态声发射信号，由通过门槛的包络线所形成的信号就是一个波击。
波击计数：系统对波击的累计计数，可分为总计数和计数率。
声发射检测技术及应用
声发射检测技术及应用
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演讲者：
无损检测简介
01
声发射检测的定位方法
02
声发射检测的原理和特点
03
声发射检测的应用
04
报告内容
第一部分 无损检测
一、什么是无损检测
无损检测是在不破坏或损伤原材料和工件受检对象的前提下，测定和评价物质内部或外表的物理和力学性能，并包括各类缺陷和其他技术参数的综合性应用技术 。
单击此处添加小标题
声发射检测必须有外部条件的作用，使材料内部结构发生变化，即结构、焊接接头或材料的内部结构、缺陷处于运动变化的过程中，才能实施检测。
PART各种各样的缺陷 ，当晶体内沿某一条线上的原子排列与完整晶格不同时就会形成缺陷。高速运动的位错产生高频率、低幅值的声发射信号，而低速运动的位错则产生低频率、高幅值的声发射信号。据估计，大约100个到1000个位错同时运动可产生仪器能检测到的连续信号；几百个到几千个位错同时运动时可产生突发型信号。
无损检测的应用形式
在生产过程质量控制中的无损捡测，即应用于产品的质量管理。 用于成品的质量控制，即用于出厂前的成品检验和用户的验收检验。 在产品使用过程中的监测，即维护检验。
无损检测方法的种类
人们按照不同的原理，和不同的探测及信息处理方式，已经应用和正在研究的各种无损检测方法，总共达70多种。目前在工业生产检测中，应用最广泛的无损检测方法主要是液体渗透法，磁粉检测法，射线检测法，超声波检测法和涡流检测法。
一、声发射的来源与产生
裂纹的形成和扩展
塑性材料裂纹的形成与扩展同材料的塑性变形有关，一旦裂纹形成，材料局部区域的应力集中得到卸载，产生声发射。材料的断裂过程大体上可分为三个阶段：①裂纹形成；②裂纹扩展；③最终断裂。这三个阶段都可以产生强烈的声发射。 脆性材料不产生明显的塑性变形，因此一般认为，位错塞积是脆性材料形成微裂纹的基本机理。 脆性材料由于不产生明显的塑性变形，其声发射频度低，每次的发射强度大；塑性材料与之形成对照，声发射频度高，每次发射强度小。
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。
无损检测之声发射
任课教师：何鹏 学生：李杰文
一，声发射检测原理
• 1，材料受到外力或内力的作用产生形变或者裂纹扩展时，
以弹性波的形式释放出应变能的现象称为声发射 （acoustic emission，AE）。
• 2，用仪器探测、记录和分析声发射信号以及利用声发射信
号推断声发射源的技术称为声发射检测技术。
• 3，可以提供活性缺陷随载荷、时间和温度等变化的实时信息，
适用于工业过程在线监控及早期或临近破坏预告，可用于在役 设备的定期检验，可以缩短设备停产时间或无需停产。
三，声发射检测应用领域
目前声发射技术作为一种成熟的无损检测方法已被广泛应用，在国内声 发射主要研究和应用领域：
（1）压力容器的检测，
（2）岩石的监测和应力测量
正常： 欠压： 过压： 断裂：
从过压和断裂的频谱中可以看出，能量随频率的分布是有明显差别的，断裂频谱 信号中高频成分和低频成分的能量比有了明显的提高。
过压：
断裂：
谢谢！
（3）航空航天工业
（4）机械制造
（5）复合材料特性
（6）铁路焊接结构监测
（7）声发射信号的处理技术
（8）泄露监测等
四，一个基于声发射信号分析例子
绝缘子是高压输电线路中架空线路的关键部位， 绝缘子的接头的生产将影响到绝缘子质量的好坏， 压接式接头生产对压接工艺的要求很高，一般的不 合格绝缘子包括欠压，过压和断裂。 应用声发射检测技术手段，对大量不同压接状态绝缘子的研究，发现 了信号具有一定的规律。以下为160kN级绝缘子压接过程中采集的典型 声信号：
3，声发射检测原理示意图
波的传播
二，声发射技术的特点
• 1，声发射检测是一种动态检测方法，声发射探测到的能量来自
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
无损检测技术与其应用--声发射检测技术(AE)
材料受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性波形式释 放出应力应变能的现象称为声发射（Acoustic Emission, 简称 AE），有时也称为应力波发射。
声发射是一种常见的物理现象，大多数材料变形和断裂时 有声发射发生，但许多材料的声发射信号很弱，人耳不能直接 听见，需要借助灵敏的电子仪器才能检测出来。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。
无损检测技术及其应用
--声发射检测技术（AE）
中国特种设备检测研究院
1 声发射检测技术的概念 2 声发射基本原理 3 声发射技术的优势 4 声发射检测实例
中国特种设备检测研究院
1 声发射检测技术的概念 2 声发射基本原理 3 声发射技术的优势 4 声发射检测实例
中国特种设备检测研究院
1、声发射检测技术的概念
中国特种设备检测研究院
4、声发射检测实例 ——储罐声发射检测
中国特种设备检测研究院
4、声发射检测实例 ——储罐声发射检测
中国特种设备检测研究院
4、声发射检测实例 ——储罐声发射检测
中国特种设备检测研究院
4、声发射检测实例 ——压力容器检测
冷高压分离器检验案例
中国特种设备检测研究院
4、声发射检测实例 ——无线声发射
中国特种设备检测研究院
1、声发射检测技术的概念
时间1 裂纹尖端开裂
F 时间2
弹性波Leabharlann 时间3被测工件F
F
中国特种设备检测研究院
1 声发射检测技术的概念 2 声发射基本原理 3 声发射技术的优势 4 声发射检测实例
中国特种设备检测研究院
1、声发射基本原理
凯撒效应 材料的受载历史，对重复加载声发射特性有重要影响。在固定检测灵敏度下， 重复载荷达到原先所加最大载荷以前，不出现可检测到的声发射信号的现象， 这种声发射不可逆性质称为凯撒效应。多数金属材料中，可观察到明显的凯 撒效应。但是，重复加载前，如产生新裂纹，则凯撒效应会消失。
压力容器无损检测声发射检测技术
压力容器无损检测的应用
声发射检测技术在压力容器无损检测中具有广泛的应用前景。以下是一些应 用场景和实际案例：
1、石油化工领域：在石油化工行业中，压力容器种类繁多，使用条件恶劣， 易出现裂纹、腐蚀等损伤。声发射检测技术可以对这些设备进行实时监测，及时 发现损伤并采取措施，避免了重大事故的发生。
2、航空航天领域：航空航天领域的压力容器对安全性能要求极高，任何微 小损伤都可能导致严重后果。声发射检测技术可以精准检测出容器内部的损伤情 况，为保障飞行安全提供了有力支持。
压力容器无损检测技术的历程和 现状
压力容器是指用于储存和运输气体、液体或气液混合物的密闭容器。由于高 压容器的潜在危险性，对其安全性能和无损检测提出了严格要求。随着科学技术 的发展，无损检测技术在压力容器检测中得到了广泛应用。常见的无损检测方法 包括射线检测、超声波检测、磁粉检测、涡流检测等，这些方法在检测过程中各 有优缺点。
声发射检测技术的实现方法主要包括信号调理、数据采集和数据分析三个步 骤。信号调理是对采集到的声波信号进行预处理，如滤波、放大等，以提高信号 质量。数据采集是利用传感器阵列等设备对声波信号进行采样和量化。数据分析 是对采集到的数据进行处理、分析和解释，以获得材料内部的损伤信息。
声发射检测技术的优势主要包括以下几点：
声发射检测技术介绍
声发射检测技术是一种基于材料内部微观结构对外部载荷响应的测量技术。 在材料受压或受拉时，内部会产生应力集中，当超过某一阈值时，材料会以声波 的形式释放能量。通过测量和分析这些声波信号，可以获得材料内部的损伤信息。
声发射检测技术根据检测原理可分为压电型声发射和电磁型声发射。压电型 声发射是利用材料的压电效应，在材料表面施加电压，使其产生振动，当材Байду номын сангаас内 部出现裂纹时，振动会以声波的形式传播。电磁型声发射是利用材料的磁致伸缩 效应，在材料表面施加交变的磁场，使其产生振动，当材料内部出现裂纹时，振 动也会以声波的形式传播。
现代检测技术论文-声发射检测技术简介及应用
第×卷第×期2011年×月北京科技大学学报Journal of University of Science and Technology BeijingVol. ×No. ×Month 2011声发射检测技术简介及应用雷强1)1) 北京科技大学机械工程学院，北京100083摘要声发射检测技术是一种根据结构内部发出的应力波判断结构内部损伤程度的无损检测技术，在机械设备的在线监控及早期或临近破坏预报方面具有广泛的应用前景，用声发射仪器检测、记录、分析声发射信号，以此来推断声发射源、分析声发射源的性质及评定声发射源的严重程度。
该技术是压力容器运行安全评估、压力管道及转动机械在线监测的有效手段。
关键词声发射；检测技术分类号TD 123The introduction & Application of Acoustic Emission Testing Technigue Qiang-lei1)1)School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China声发射（Acoustic Emission）是指材料或结构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。
声发射技术作为一门检测技术是在20世纪50年代的德国开始的，60年代在美国开始应用于无损检测领域，70年代，在日本、欧洲及我国相继得到发展。
声发射检测技术已广泛应用于石油化工、电力工业、材料及力学方面的研究、汽车工业、航空航天、金属加工、焊接质量检测与监控等领域[1-2]。
1声发射检测的基本原理声发射检测的原理如图1所示，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。
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）
第7讲 第七章 无损检测新技术
第七章
无损检测新技术
3．声发射探伤特点 ． 声发射探伤与常规无损探伤方法相比具有以下特 点： (1)声发射探伤仪显示和记录那些在力的作用下扩 声发射探伤仪显示和记录那些在力的作用下扩 展的危险缺陷。 展的危险缺陷。 (2)声发射探伤对扩展中的缺陷有很高的灵敏度， 声发射探伤对扩展中的缺陷有很高的灵敏度， 声发射探伤对扩展中的缺陷有很高的灵敏度 可以探测到零点几微米数量级的裂纹增量。 可以探测到零点几微米数量级的裂纹增量。 (3)声发射探伤过程对工件表面状态和加工质量要 声发射探伤过程对工件表面状态和加工质量要 求不高。 求不高。 (4)缺陷尺寸及在焊缝中的位置和走向不影响声发 缺陷尺寸及在焊缝中的位置和走向不影响声发 射探伤结果。 射探伤结果。 (5)声发射探伤与射线照相法和超声波探伤相比， 声发射探伤与射线照相法和超声波探伤相比， 声发射探伤与射线照相法和超声波探伤相比 受材料的限制比较小。 受材料的限制比较小。
第七章
无损检测新技术
本章重点： 本章重点： 1、声发射探伤特点； 、声发射探伤特点； 2、声发射探伤设备的基本要求； 、声发射探伤设备的基本要求； 3、声发射源分类； 、声发射源分类； 4、红外探伤原理及红外探伤仪分类； 、红外探伤原理及红外探伤仪分类； 5、激光全息探伤原理； 、激光全息探伤原理； 6、中子射线与物质作用特点。 、中子射线与物质作用特点。
第七章
无损检测新技术
二、红外线探伤技术 红外线探伤是建立在传热学理论上的一种无损探伤方 在探伤时，可将一恒定热流注入工件， 法 。 在探伤时 ， 可将一恒定热流注入工件 ， 如果工件内存 在有缺陷，由于缺陷区与无缺陷区的热扩散系数不同， 在有缺陷 ， 由于缺陷区与无缺陷区的热扩散系数不同 ， 那 么在工件表面的温度分布就会有差异， 么在工件表面的温度分布就会有差异 ， 内部有缺陷与无缺 陷区所对应的表面温度就不同， 由此所发出的红外光波 陷区所对应的表面温度就不同 ， 热辐射）也就不同。 （ 热辐射 ） 也就不同 。 利用红外探测器可以响应红外光波 热辐射） 并转换成相应大小电信号的功能。 （ 热辐射 ） ， 并转换成相应大小电信号的功能 。 逐点扫描 工件表面就可以得知工件表面温度分布状态， 工件表面就可以得知工件表面温度分布状态 ， 从而找出工 件表面温度异常区域，确定工件内部缺陷的部位。 件表面温度异常区域，确定工件内部缺陷的部位。 （一）红外线探伤仪 1．红外线探伤仪工作原理 ． 典型的红外线探伤仪工作原理如图所示。 典型的红外线探伤仪工作原理如图所示。
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一.声发射声发射检测技术的发展及其现状人们知道声发射现象已经有几个世纪的历史，把声发射作为一门技术进行研究和开发是从上世纪50年代开始的。
声发射技术的发展大致可以分为三个阶段：探索研究阶段世纪50年代初德国的凯塞尔（Kaiser）用普通的可听声拾音器测量了五、六种材料在抗拉强度试验时的声发射，提出了畴界滑移产生声发射的机理。
他的重大发现之一是观察到声发射现象的不可逆效应，即尔（Kaiser）”效应。
“Kaiser效应”表明：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会产生声发射信号。
Kaiser同时提出了连续型和突发型声发射信号的概念。
由于采用的拾音器在可听声频率范围内，无法排除环境噪声的干扰。
快速加载用弹簧－质量块模型比拟声发射事件的发生过程a. 原始状态b. 新的平衡状态一.声发射产生的条件快速加载则该状态下弹簧系统贮能为：241kxU =若弹簧2突然减弱，它的刚度降低到，弹簧1的刚度不变，则系统组合刚度为：kk δ−()kk k k k δδ−−=222受到的拉力减小了，两个弹簧的平均拉力变为：p δ二.声发射产生机理1.位错运动与塑性变形刃型位错的结构由图可以看到：位错使周围的原子排列发生畸变，在外切应力的作用下，刃型位错沿滑移面运动。
二.声发射产生机理2.裂纹的形成与扩展裂纹的形成和扩展是一种主要的声发射源，它与材料的塑性变形有关。
一旦裂纹形成，材料局部应力集中得到卸载而产生声发射。
材料的断裂过程可以分为三个阶段：a. 裂纹形成；b. 裂纹扩展；c. 最终断裂。
干涉呈现复杂的模式。
半无限大物体内声发射波的传播三.声发射的传播循轨波的传播传播引起的波形分离 a.原始波形b传播760mm后的波形一.声发射信号的特征参数1.波击（Hit）和波击计数（Hits）波击：某一通道检测到的瞬态声发射信号，由通过门槛的包络线所形成的信号就是一个波击。
波击计数：系统对波击的累计计数，可分为总计数和计数率。
声发射信号的特征参数事件计数法声发射信号的特征参数振铃计数法声发射信号的特征参数一个声发射衰减波形如图一个声发射衰减波形声发射幅度分布一.声发射信号的特征参数幅度及其分布（2）幅度分布设：声发射仪主放大器的饱和输出电压为V s ，将其分为个振幅等级，得基准电压为：RV V s=0如果主放大器的输出信号V 为：)2cos(t f e GV V t πβ−=7.波形的时间参数一个声发射事件的基本波形一.声发射信号的特征参数9.应用实例应用实例1：齿轮疲劳实验主试箱陪试箱一.声发射信号的特征参数疲劳寿命试验第一天，载荷为714Nm，输入转速为800r/min，机器运行状态良好时采集的声发射信号的事件计数疲劳寿命试验第五天载荷稳定在714Nm，输入转速为1450r/min时采集的声发射信号的事件计数疲劳寿命试验第六天，稳定载荷为714Nm，输入转速为1800r/min时采集的声发射信号的事件计数（齿轮出现故障）能量与转速和时间的关系RMS 与转速、时间的关系主试箱内齿轮故障刀尖损坏时声发射信号的能量变化刀具良好状态时声发射信号的能量变化试验采用位移控制加载，速度2mm/min ，匀速拉伸。
直至试件断裂•由图可以看出，应力整体变化平稳，材料没有明显的屈服阶段，韧性较好，不易判别材料损伤破坏的不同阶段及各个阶段的危险性。
试件拉伸载荷－位移关系曲线声发射信号的特征参数试件拉伸声发射累计能量－时间曲线声发射信号振铃累计数－时间关系曲线声发射信号能量－时间曲线声发射信号振铃计数－时间曲线声发射信号幅值－时间曲线声发射信号持续时间-时间曲线上却看不出来，尤其是第二个破坏阶段。
拉伸过程的声发射活动拉伸过程中材料内部能量的变化试件拉伸过程中的层间开裂（放大50倍）（2）实验内容（3）实验结果及分析a）低速状态（800r/min ）下参数比较应用实例5：往复式压缩机气阀故障声发射信号特征参数分析（2）实验结果及分析正常状态下能量参数hits和参数energy正常状态各项参数运行非常平稳，由于现场条件下该压缩机是放置在一个可移动的推车中工作的，据肉眼观测，振动量是十分大的，但从声发射参数图中可以看出，这对声发射特征参数几乎没有什么影响，可以得出，现场的振动情况对声发射影响不大，因此相比振动信号更容易采集和分析到比较准确的数值。
通过对比各种状态下的多种参数，参数RMS（有效电压值）、Energy（能量）、amplitude（幅值）则变化明显，可以用来判断状态的变化。
可以看出这三种参数变化明显，可以作为压缩机气阀状态的监测参数能量-频率质心关联图，频率质心是一种声发射的特征参数，它（2）实验结果及分析三维参数关联图（Hits-Time-Amplitude）主区第一分区第二分区传感器一维线定位原理声发射信号速度测定方法常数离两个传感器距离差相等的轨迹为一条双曲线（如图），声发射源位于双曲线上的某一点。
这种线定位仅提供波源归一化正方形定位法平面正三角形定位法平面正三角形定位法声发射源的定位方法平面正三角形定位法则声发射源P (x 、y )为四个圆的交点，方程为Δ+=−+=++−=+++==+30022202220222202222()(()()1()()1t t C A y t C B y x t C B y x t C r y2132a QS QS x ⎛⎞−=++⎜⎟⎝⎠2242b QS QS x ⎛⎞−=++⎜⎟⎝⎠柱面定位信号传播示意图柱面定位传感器布置声发射源的定位方法球面定位传感器布置球面弧长示意图目前，反射、折射和模式转换不易控制，可以增加波击闭（影响。
可以适当增大检测仪器的波击鉴别时间（把分离的两个脉冲当成一个波击来处波的反射与模式转换O-波源L-纵波S-横波R-表面波料吸收、散射、频散等。
上图显示了有机玻璃板上某次断铅线定位实验中信号采集情况，可以看出，只有1通道的传感器被触发，2通道的传感器却没有采集到声发射源定位中波的衰减纵波、横波的速度，比较稳定。
•，•弯曲波的速度与频率有关，传播中由上面的分析可知，一个薄板上声发射源产生的声发射信号主要包含扩展波和弯曲波两种模式的波，它们起点相同，但是由于它们传播速度不同，随着时间推移，它们在传播过程中会逐渐分离，扩展波速扩展波触发传感器的波形（有机玻璃）弯曲波触发传感器的波形（有机玻璃）c)门槛值对波速测定的影响测定声发射波在钢板中传播速度时采集的信号波形，门槛值均为50 dB，断铅位置相同，两传感器间距差为0.3m 。
1通道传感器为弯曲波触发，2通道传感器被扩展波触发，两传感器被触发的时间差为71.0μs，计算波速结果为4225m/s。
•1通道和2通道这次都是被弯曲波所触发，计算波速的时间差为1170μs，波速为2564 m/s。
为了区分真伪声发射源，增加第四个传感器，与两个声发射源距源定位时，应尽可能保证传感器阵列的位置精度。
另外，还要尽量布置有规则几何形状的传感器阵列，如等边三角真伪AE源的判别三.从噪声干扰中鉴别声发射源的方法浮动门槛电平随噪声的变化检测通道开通。
主副鉴别.从噪声干扰中鉴别声发射源的方法、空间鉴别(用多探头)符合鉴别检测区噪声噪声裂纹123.小波分析方法；刀具破损时的声发射信号刀具破损时的声发射信号刀具破损时的声发射信号的频谱齿轮正常运行时的声发射信号及其重构齿轮正常运行时声发射信号能量分布声发射信号的处理方法齿轮出现裂纹时的声发射信号及其重构信号齿轮出现裂纹时的声发射信号能量分布图（a）时域波形图（b）幅度谱分析转子联轴器端无碰摩声发射信号分析（低速）（a）时域波形图（b）幅度谱分析转子联轴器端径向断续碰摩声发射信号分析（低速）（a）时域波形图（b）幅度谱分析转子联轴器端径向连续碰摩声发射信号分析（低速）（a）时域波形图（b）幅度谱分析转子自由端径向无碰摩声发射信号分析（低速）（a）时域波形图（b）幅度谱分析转子自由端径向断续碰摩声发射信号分析（低速）（a）时域波形图（b）幅度谱分析转子自由端径向连续碰摩声发射信号波形分析（低速）（a）波形图（b）幅度谱高速无碰摩声发射信号分析（a）波形图（b）幅度谱高速转子径向断续碰摩声发射信号波形分析（a）波形图（b）幅度谱图高速转子径向连续碰摩声发射信号波形分析于晶片的厚度。
单端谐振式传感器－压电元件，2－外壳，3－是盖，－高频插座，6－吸收块，7－底座，干扰能力强。
与差动前置放大器相配合使用。
差动探头的晶体结构宽频带探头单通道声发射仪图34单通道声发射仪框图二.声发射仪3.多通道声发射源定位及分析仪多通道声发射仪是多个单通道声发射仪基础上，加上时差单元，测出各通道探头信号达到的时差，具有很强的信号鉴别与处理能力。
多通道声发射源定位及分析仪示意图一.影响材料声发射特性的因素1. 屈服效应二. 塑性变形的声发射2.不可逆效应——凯赛尔效应因为金属塑性变形不可逆，所以声发射也不可逆。
当试件第一次受力卸载时，再次以同样的方式加载，在达到以前受力的最大载荷前不出现声发射这种现象称不可逆效应(或凯塞尔效应)。
不可逆效应可用于：试验检测到的声发射信号的真实性，排除外界干扰；推断材料受过的最大应力。
声发射和断裂韧性的关系Welten600钢裂纹扩展和声发射曲线1.压力管道泄漏声发射检测（1）检测系统声发射检测技术的应用实例2.飞机机翼疲劳破坏声发射检测（2）检测方法在某飞机整机疲劳实验进行11000次起落时，利用检测系统测右翼某部位（3）信号处理结果飞机机翼疲劳破坏声发射检测声发射检测技术的应用实例2.飞机机翼疲劳破坏声发射检测地面实验得到的声发射信号a.信号幅度分布b.信号事件计数c.事件计数声发射检测技术的应用实例2.飞机机翼疲劳破坏声发射检测声发射检测技术的应用实例3 疲劳裂纹的模态声发射检测（1）目的模态声发射（MAE)是近年来发展起来的声发射检测新技术。
与传统的声发射检测的区别：MAE用宽带传感器，能真实记录和分析结构产生的声发射信号。
利用不同模式的波形特征既能准确地进行源定位，又能有效地将噪声信号与缺陷信号区分开。
声发射检测技术的应用实例3 疲劳裂纹的模态声发射检测（2）方法a.疲劳裂纹模态信号的特征MAE的显著优点：能有效地识别裂纹扩展的声发射信号与环境噪声信号，两者的区别：信号的幅度、频率成分、波形（模式）以及到达传感器的时间均不同。
3 疲劳裂纹的模态声发射检测声发射检测技术的应用实例3疲劳裂纹的模态声发射检测螺旋桨传动轴几传感器分布声发射检测技术的应用实例3 疲劳裂纹的模态声发射检测典型的疲劳裂纹波形声发射检测技术的应用实例飞机舱门疲劳裂纹产生的声发射声发射检测技术的应用实例钢丝绳疲劳损伤声发射检测钢丝损伤过程中典型的声发射波形断丝波形，b. 裂纹扩展波形，c. 钢丝断头与套筒摩擦波形，一根钢丝断丝的声发射信号特征持续时间与幅值点图，b.计数和能量点图钢丝绳疲劳损伤声发射检测钢丝绳疲劳实验结果钢丝绳疲劳过程中AE事件变化趋势，b.AE事件幅值平均值变化曲线，根钢丝绳AE事件平均值与疲劳寿命的关系声发射检测技术的应用实例不锈钢压力容器声发射检测不锈钢压力容器声发射检测装置框图声发射检测技术的应用实例不锈钢压力容器声发射检测不同容器的声发射波形。