聲發(fā)射及紅外無損檢測技術課件

6.4聲發(fā)射檢測技術利用儀器檢測、分析聲發(fā)射信號并利用聲發(fā)射信息推斷聲發(fā)射源的技術稱為聲發(fā)射技術。1聲發(fā)射檢測原理及特點特點：①檢測動態(tài)缺陷，如缺陷擴展，而不是檢測靜態(tài)缺陷；②缺陷的信息直接來自缺陷本身，而不是靠外部輸入掃查缺陷。材料或結構受外力或內力作用產(chǎn)生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應變能的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。6.4聲發(fā)射檢測技術優(yōu)勢：可提供活性缺陷隨載荷、時間、溫度等外變量而變化的實時或連續(xù)信息，因而適用于工業(yè)過程在線監(jiān)控及早期或臨近破壞預報；由于對被檢件的接近要求不高，因而適于其它方法難于或不能接近環(huán)境下的檢測，如高低溫、核輻射、易燃、易爆及有毒等環(huán)境；對于在用設備的定期檢驗，聲發(fā)射檢驗方法可以縮短檢驗的停產(chǎn)時間或者不需要停產(chǎn)；對于設備的加載試驗，聲發(fā)射檢驗方法可以預防由未知不連續(xù)缺陷引起系統(tǒng)的災難性失效和限定系統(tǒng)的最高工作載荷；由于對構件的幾何形狀不敏感，而適于檢測其它方法受到限制的形狀復雜的構件。6.4聲發(fā)射檢測技術20世紀50年代初德國凱賽爾所作的研究工作。在金屬材料的變形過程中觀察到到聲發(fā)射現(xiàn)象，并提出了著名的聲發(fā)射不可逆效應。20世紀60年代，聲發(fā)射作為無損檢測技術，在美國原子能、宇航技術中興起，在焊接延遲裂紋監(jiān)視、壓力容器與固體發(fā)動機殼體等檢測方面出現(xiàn)了應用實例。20世紀70年代，在日、歐、我國等相繼得到發(fā)展。檢測設備的開發(fā)、基礎研究、檢測經(jīng)驗均有限，故其進展緩慢，僅獲得有限的成功。20世紀80年代，其研究與應用從實驗室研究擴展到結構評價、工業(yè)過程監(jiān)視等各領域，首先在金屬與玻璃鋼壓力容器、儲罐、管道等結構件中，進入工業(yè)應用和標準化階段，成為一種新興動態(tài)無損檢測方法。6.4聲發(fā)射檢測技術(2)聲發(fā)射信號的特征參數(shù)聲發(fā)射事件聲發(fā)射信號的波形，經(jīng)過包絡檢波后，波形超過預置的閾值電壓形成一個矩形脈沖。如果一個突發(fā)型信號形成一個矩形脈沖叫做一個事件，這些事件脈沖數(shù)就是事件計數(shù)。單位時間的事件計數(shù)稱為事件計數(shù)率，其計數(shù)的累積則稱為事件總數(shù)。6.4聲發(fā)射檢測技術對聲發(fā)射信號的振鈴波形，設置某一閾值電壓，振鈴波形超過這個閾值電壓的部分形成矩形窄脈沖，計算這些振鈴脈沖數(shù)就是振鈴計數(shù)。這是對振幅加權的一種計數(shù)方法，如果改變閾值電壓，則振鈴計數(shù)也發(fā)生變化。單位時間的振鈴計數(shù)率稱為聲發(fā)射率，累加起來稱為振鈴總數(shù)。取一個事件的振鈴計數(shù)稱為事件振鈴計數(shù)或振鈴/事件。6.4聲發(fā)射檢測技術計算設聲發(fā)射事件可以近似為指數(shù)衰減的正弦波并表示為設閾值電壓為Vt，則可以表示為一個事件的振鈴計數(shù)可表示為6.4聲發(fā)射檢測技術2聲發(fā)射檢測定位方法(1)直線定位法換能器1換能器2一維聲發(fā)射定位6.4聲發(fā)射檢測技術(2)平面三角形定位法6.4聲發(fā)射檢測技術(3)歸一化正方陣定位法6.4聲發(fā)射檢測技術3多通道檢測系統(tǒng)結構6.4聲發(fā)射檢測技術4聲發(fā)射檢測的應用(1)聲發(fā)射在材料研究中的應用材料、工件或結構在交變載荷作用下經(jīng)常發(fā)生疲勞斷裂，是最常見的故障之一。聲發(fā)射是監(jiān)測其發(fā)生和發(fā)展過程的重要手段。聲發(fā)射技術的應用是以材料的聲發(fā)射特性為基礎，不同材料的聲發(fā)射特性差異很大。即便是相同材料，影響聲發(fā)射特性的因素也很復雜。如熱處理狀態(tài)、組織結構、試件的形狀以及加載方式等。采用聲發(fā)射監(jiān)測與三點彎曲試驗相結合可以評價表面滲透層(滲氟、滲碳等)的脆性。金屬材料非金屬材料6.4聲發(fā)射檢測技術聲發(fā)射在焊接中的應用主要包括兩個方面：一是焊接過程中對焊縫質量進行實時監(jiān)控，以及焊后進行無損檢測。二是進行壓力容器的在役檢測。出廠水壓試驗時的聲發(fā)射監(jiān)測容器定期檢修時水壓試驗聲發(fā)射監(jiān)測運行中壓力容器的聲發(fā)射監(jiān)測容器爆破試驗時的聲發(fā)射監(jiān)測(2)聲發(fā)射在焊接中應用6.4聲發(fā)射檢測技術6.4聲發(fā)射檢測技術(3)聲發(fā)射在飛機結構件監(jiān)測中的應用6.5紅外無損檢測(1)確定溫度值困難(2)難于確定被檢物體的內部熱狀態(tài)(3)價格昂貴紅外無損檢測是利用紅外物理理論，把紅外輻射特性的分析技術和方法，應用于被檢對象的無損檢測的一個綜合性應用工程技術。1紅外無損檢測技術的特點紅外無損檢測所存在的主要問題(1)操作安全(2)靈敏度高(3)檢測效率高6.5紅外無損檢測紅外輻射分為三個波段(1)近紅外波段波長為0.75~3.0μm。(2)中紅外波段波長為3.0~20μm(3)遠紅外波段波長大于20μm。紅外輻射定律(1)黑體如果有一個理想的物體，它對紅外的輻射率、吸收率與表面溫度及波長無關，且等于1(即全部吸收或全部輻射)，那么這種理想的輻射體和理想的吸收體稱為黑體。6.5紅外無損檢測意義：定量地描述物體輻射或吸收紅外的能力。輻射率：物體的實際輻射強度I和同溫度下黑體輻射強度Ib之比（2）基爾霍夫定律當幾個物體處于同一溫度時，各物體輻射紅外線的能力正比于其本身吸收紅外線的能力，并且任何一個物體的紅外輻射能量密度可用下面公式表示：6.5紅外無損檢測斯蒂芬—玻耳茲曼定律：物體紅外輻射的能量密度與其自身的熱力學溫度的四次方成正比，并與它的表面輻射率成正比。意義：描述了物體輻射紅外線能量均它的溫度之間關系。物體的溫度越高，它所輻射的紅外能量越大。維恩位移定律：給出了峰值波長與黑體溫度間關系的關系。輻射的峰值波長：對應于輻射能量最大的波長。6.5紅外無損檢測(2)紅外探測器紅外探測器的主要性能指標將紅外輻射轉換為電信號的器件。響應率：將紅外輻射轉換為電信號的能力。光譜響應：對不同波長的響應。無選擇性探測器、選擇性探測器6.5紅外無損檢測時間常數(shù)：表示紅外探測器對紅外輻射的響應速度的一個參數(shù)等效噪聲功率：產(chǎn)生與探測器噪聲輸出大小相等的信號所需要的入射紅外輻射能量密度。用符號NEP表示。探測率：等于等效噪聲功率的倒數(shù)，是表示紅外探測器靈敏度大小的一個參數(shù)。6.5紅外無損檢測熱電探測器熱敏電阻紅外探測器熱釋電探測器(2)常用紅外探測器光電探測器光電導型探測器光伏型探測器6.5紅外無損檢測紅外測溫儀所顯示的是被測物體的某一局部的平均溫度，而紅外熱像儀則顯示的是一幅熱圖，是物體紅外輻射能員密度的二維分布圖。通常一幅圖像由幾十萬或上百萬個像素組成，要想將物體的熱像顯示在監(jiān)視器上，首先需將熱保分解成像素，然后通過紅外探測器將其變成電信號，再經(jīng)過信號綜合，在監(jiān)視器上成像。圖像的分解一般采用光學機械掃描方法。目前高速的熱像儀可以做到實時顯示物體的紅外熱像。(2)紅外熱像儀紅外熱像儀的工作原理6.5紅外無損檢測紅外熱像儀的特點和主要參數(shù)能顯示物體的表面溫度場，并以圖象的形式顯示，非常直觀。分辨力強，現(xiàn)代熱像儀可以分辨0.1℃甚至更小的溫差。顯示方式靈活多樣能與計算機進行數(shù)據(jù)交換，便于存儲和處理缺點：要用液氮、氖氣或熱電致冷，以保證在低溫下工作；光學機械掃描裝置結構復雜。6.5紅外無損檢測(3)紅外熱電視采用電子掃描入式熱電探測器的兩維紅外成像裝置。采用電子束掃描或電荷耦合器件搞描方式。采用熱電探測器，不需液氮、氬氣或電致冷等。可直接用電視顯示、記錄或重放等。6.5紅外無損檢測(1)紅外無損檢測在熱加工中的應用點焊焊點質量的無損檢測鑄模檢測壓力容器襯套檢測焊接過程檢測軸承質量檢測4紅外無損檢測技術的應用6.5紅外無損檢測(2)電氣設備的紅外無損檢測(3)紅外泄漏檢測(4)紅外元損檢測的某些特殊應用火車車輪軸承過熱的測量電子產(chǎn)品的紅外無損檢測6.5紅外無損檢測在夜間，使用較久、已經(jīng)破碎的道砟溫度，通常比新鋪設道砟的溫度低。這是由于，新鋪道砟間的空隙比較大，其中的空氣具有隔熱作用，可阻止白天獲得的熱量散發(fā)出去；而已破碎、陳舊道砟間的空隙比較小，無法保持更多熱量，所以，溫度自然要比新道砟低。根據(jù)這一特點，只要將這種紅外相機