機(jī)械故障診斷聲發(fā)射法

機(jī)械故障診斷聲發(fā)射法第一頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日

聲發(fā)射技術(shù)(AcousticEmissionTechnique)作為一門(mén)檢測(cè)技術(shù)起步于20世紀(jì)50年代的德國(guó)，開(kāi)始應(yīng)用于材料研究。在60年代開(kāi)始應(yīng)用于無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域。聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)是無(wú)損檢測(cè)中的一種新方法，它可以提供連續(xù)的狀態(tài)信息，適用于設(shè)備在線監(jiān)控及早期破壞預(yù)警。通過(guò)聲發(fā)射傳感器采集聲信號(hào)，并利用計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)采集的聲信號(hào)進(jìn)行分析、轉(zhuǎn)換、處理，以此為原理構(gòu)成檢測(cè)系統(tǒng)。我國(guó)則于70年代開(kāi)始應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)。聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)己廣泛應(yīng)用于石油化工工業(yè)、電力工業(yè)、材料以及力學(xué)方面的研究、汽車(chē)工業(yè)、民用工程、航空航天、金屬加工、焊接質(zhì)量檢測(cè)與監(jiān)控等領(lǐng)域。第二頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日主要內(nèi)容

7.2聲發(fā)射檢測(cè)聲發(fā)射檢測(cè)的基本原理聲發(fā)射檢測(cè)的技術(shù)基礎(chǔ)聲發(fā)射檢測(cè)儀器聲發(fā)射檢測(cè)應(yīng)用第三頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.1聲發(fā)射的基本原理聲發(fā)射的定義：所謂聲發(fā)射，是指材料或結(jié)構(gòu)因受外力或內(nèi)力作用而產(chǎn)生變形或斷裂時(shí)，以彈性波的形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象。因此，聲發(fā)射也稱(chēng)為應(yīng)力波發(fā)射。與無(wú)損檢測(cè)有關(guān)的聲發(fā)射源則主要有塑性變形和裂紋的形成與擴(kuò)展。

第四頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.1聲發(fā)射的基本原理

塑性變形主要是通過(guò)滑移和孿生兩種方式進(jìn)行的。在實(shí)際材料中，確實(shí)已檢測(cè)到與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有關(guān)的聲發(fā)射，為此提出幾種產(chǎn)生聲發(fā)射的位錯(cuò)模型。一種模型認(rèn)為，位錯(cuò)產(chǎn)生聲發(fā)射與塞積位錯(cuò)在反向應(yīng)力作用下使位錯(cuò)源開(kāi)動(dòng)和關(guān)閉有關(guān)。另一種模型則認(rèn)為，聲發(fā)射率與晶體內(nèi)可動(dòng)位錯(cuò)的密度變化有關(guān)，聲發(fā)射計(jì)數(shù)率與可動(dòng)位錯(cuò)密度的關(guān)系為:第五頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.1聲發(fā)射的基本原理第六頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日

許多金屬材料在拉伸變形時(shí)，都可看到在屈服點(diǎn)附近出現(xiàn)聲發(fā)射計(jì)數(shù)率的高峰。在進(jìn)入加工硬化階段后，聲發(fā)射計(jì)數(shù)率急劇下降，其典型結(jié)果如圖7-21所示。7.2.1聲發(fā)射的基本原理圖7-217075-T6鋁合金拉伸試樣的聲發(fā)射與理論計(jì)算值第七頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.1聲發(fā)射的基本原理對(duì)于無(wú)損檢測(cè)來(lái)說(shuō)，裂紋的形成和擴(kuò)展則是一種更為重要的聲發(fā)射源。材料的斷裂過(guò)程大致可分為裂紋成核、裂紋擴(kuò)展和最終斷裂三個(gè)階段。理論計(jì)算表明，如果在裂紋形成過(guò)程中，多余的能量全部以彈性應(yīng)力波的形式釋放出來(lái)，則裂紋形成所產(chǎn)生的聲發(fā)射比單個(gè)位錯(cuò)移動(dòng)產(chǎn)生的聲發(fā)射至少要大兩個(gè)數(shù)量級(jí)。在微觀裂紋擴(kuò)展成為宏觀裂紋之前，需要經(jīng)過(guò)裂紋的緩慢擴(kuò)展階段。裂紋擴(kuò)展所需的能量為裂紋形成所需能量的100~1000倍。第八頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日

裂紋擴(kuò)展是間斷進(jìn)行的，大多數(shù)金屬都具有一定的塑性，裂紋每向前擴(kuò)展一步，都將積蓄的能量釋放出來(lái)，使裂紋尖端區(qū)域卸載。這樣，裂紋擴(kuò)展產(chǎn)生的聲發(fā)射很可能比裂紋形成產(chǎn)生的聲發(fā)射還大得多。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到接近臨界裂紋長(zhǎng)度時(shí)，便開(kāi)始失穩(wěn)擴(kuò)展，成為快速斷裂，此時(shí)的聲發(fā)射強(qiáng)度則更大。圖7-22為斷裂過(guò)程的能量—幅度圖。圖7-22SPCC單向拉伸能量—幅度相關(guān)圖第九頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.1聲發(fā)射的基本原理聲發(fā)射波的傳播首先，從傳播形式上來(lái)看，聲發(fā)射波在固體介質(zhì)中也會(huì)以縱波、橫波、瑞利波（表面波）和板波等各種形式向前傳播；其次，聲發(fā)射波在傳播過(guò)程中，由于界面（缺陷、晶粒）的反射還會(huì)發(fā)生各種波形轉(zhuǎn)換；此外，聲發(fā)射波在傳播過(guò)程中，除由于波前擴(kuò)展而產(chǎn)生的擴(kuò)散損失外，還會(huì)由于內(nèi)摩擦及組織界面的散射使其在規(guī)定方向傳播的聲能衰減。第十頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.1聲發(fā)射的基本原理聲發(fā)射信號(hào)的產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)在波的傳播過(guò)程中，波形會(huì)發(fā)生變化并引入噪聲。適用于聲發(fā)射檢測(cè)的機(jī)械設(shè)備大體分兩類(lèi):

（1）管道及壓力容器。（2）旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)械。第十一頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.1聲發(fā)射的基本原理聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的定義大多數(shù)金屬材料的塑性變形和斷裂的原始聲發(fā)射信號(hào)一般都很薄弱，人耳不能直接聽(tīng)見(jiàn)，需借助靈敏的電子儀器才能檢測(cè)出來(lái)。這種借助電子儀器對(duì)聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行接收、處理、分析顯示并以此對(duì)聲發(fā)射源進(jìn)行定位、定性和定量分析的一系列技術(shù)，統(tǒng)稱(chēng)為聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)。第十二頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.1聲發(fā)射的基本原理聲發(fā)射檢測(cè)的特點(diǎn)

1.聲發(fā)射檢測(cè)是一種動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)方法。

2.聲發(fā)射檢測(cè)可以判斷缺陷的嚴(yán)重性。

3.聲發(fā)射檢測(cè)幾乎不受材料種類(lèi)的限制。

4.凱塞（Kaiser）效應(yīng)。

5.聲發(fā)射檢測(cè)到的是一些電信號(hào)。

6.聲發(fā)射檢測(cè)的環(huán)境噪聲干擾比較大。第十三頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.1聲發(fā)射的基本原理聲發(fā)射信號(hào)的處理根據(jù)分析對(duì)象的不同，可以將聲發(fā)射信號(hào)處理方法分為兩大類(lèi)，即參數(shù)分析法和波形分析法。參數(shù)分析處理法就是通過(guò)對(duì)測(cè)得的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行初步的處理和整理，變換成不同的聲發(fā)射參數(shù)來(lái)對(duì)聲發(fā)射源的特征、狀態(tài)進(jìn)行分析與處理。第十四頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日聲發(fā)射信號(hào)的參數(shù)分析法1.事件計(jì)數(shù)和振鈴計(jì)數(shù)對(duì)如圖7-23所示的突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)，其經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波后的波形超過(guò)檻值電壓的部分便形成一個(gè)矩形脈沖，此矩形脈沖即稱(chēng)為一個(gè)聲發(fā)射事件。聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)圖7-23事件計(jì)數(shù)第十五頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)

振鈴計(jì)數(shù)就是逐一計(jì)算聲發(fā)射信號(hào)波形超過(guò)預(yù)置檻值電平的次數(shù)。振鈴技術(shù)法的原理如圖7-24所示。圖7-24振鈴計(jì)數(shù)第十六頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日2.幅度及幅度分布幅度是指聲發(fā)射波形的峰值偏移，幅度分布是指事件計(jì)數(shù)或振鈴計(jì)數(shù)關(guān)于幅度的函數(shù)分布。幅度分布有微分型和積分型兩種表示方法。圖示7-25是指微分型的幅度分布，其一般表達(dá)式為：聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)圖7-25微分型AE幅度分布第十七頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日試驗(yàn)表明，不同的聲發(fā)射源具有不同的幅度分布譜，有隨幅度增加計(jì)數(shù)單調(diào)減少的分布譜，但經(jīng)常遇到的是在比較寬的幅度范圍內(nèi)，以雙對(duì)數(shù)表示為負(fù)斜率m的線性分布譜，即：

該種分布譜的圖形如圖7-26所示。聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)圖7-26負(fù)斜率線性分布譜第十八頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日3.能量聲發(fā)射能量反映聲發(fā)射源以彈性波的形式釋放的能量。這里所說(shuō)的能量仍然是針對(duì)儀器的輸出信號(hào)而言的。瞬態(tài)信號(hào)的能量定義為：

式中，V(t)為隨時(shí)間變化的電壓,R為電壓測(cè)量電路的輸入阻抗。

聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)第十九頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日如采用數(shù)字方法進(jìn)行計(jì)算，則其離散化形式為:

式中 Vi—采樣點(diǎn)電壓，

—采樣的間隔時(shí)間，

N—采樣點(diǎn)數(shù)。需要說(shuō)明的是，上兩式只適用于瞬態(tài)信號(hào)，對(duì)連續(xù)波無(wú)意義。

聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)第二十頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日4.有效電壓值有效電壓值是表征聲發(fā)射信號(hào)的主要參數(shù)之一，它直接與聲發(fā)射能量有關(guān)，可以由前述的幅度分布來(lái)計(jì)算有效電壓值。若定義以峰值電壓為變量的微分型譜函數(shù)為N（VP),有效電壓為：

本法對(duì)于頻度大的突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)是可行的。聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)第二十一頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)聲發(fā)射信號(hào)波形分析聲發(fā)射信號(hào)波形分析處理方法有頻譜分析法、模態(tài)聲發(fā)射分析法和時(shí)頻分析法。聲發(fā)射信號(hào)本質(zhì)上是種機(jī)械波，因此，對(duì)聲發(fā)射信號(hào)的分析是以機(jī)械波在固體中的傳播理論為基礎(chǔ)。對(duì)于無(wú)限大或半無(wú)限大的理想介質(zhì)，我們可按彈性波的傳播規(guī)律處理聲發(fā)射波，根據(jù)波動(dòng)方程式:第二十二頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)第二十三頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日

可以得出固體彈性介質(zhì)中兩種不同類(lèi)型波的波動(dòng)方程。首先，由方程式中的式(1)對(duì)x求微分，式(2)對(duì)Y求微分，式(3)對(duì)z求微分，然后將式(1)，(2、，(3)相加，得到下式:聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)

這里，是體積的相對(duì)變形，即在固體彈性介質(zhì)中壓縮變形以波動(dòng)形式傳播，稱(chēng)為彈性介質(zhì)中的壓縮波，其傳播速度:第二十四頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日

若在半無(wú)限大固體介質(zhì)中的某點(diǎn)產(chǎn)生聲發(fā)射波，呈現(xiàn)的復(fù)雜模式為圖7-27。聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)圖7-27半無(wú)限大固體中聲發(fā)射的傳播第二十五頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日在實(shí)際生產(chǎn)中，聲發(fā)射波在有限厚度介質(zhì)中的傳播方式如圖7-28所示，聲波傳播過(guò)程中在2個(gè)界面上發(fā)生多次反射，每次反射都要發(fā)生模式變換，這樣傳播的波稱(chēng)為循軌波，具有復(fù)雜的特性。聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)圖7-28循軌波的傳播第二十六頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)循軌波傳播的另一個(gè)特點(diǎn)是:頻率不同的波因傳播速度不同而引起頻散現(xiàn)象。如圖7-29所示。圖7-29循軌波傳播引起的波形分離現(xiàn)象（a）原始波形；（b）傳播后的分離波形第二十七頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日聲發(fā)射源定位聲發(fā)射檢測(cè)的最終目的是要確定聲發(fā)射源的位置，并評(píng)價(jià)其危險(xiǎn)程度，以便采取相應(yīng)的措施。聲發(fā)射源定位分為點(diǎn)定位法和區(qū)域定位法兩種。1.點(diǎn)定位法所謂點(diǎn)定位法，是在被檢物表面某一范圍內(nèi)將幾個(gè)聲發(fā)射傳感器按一定的幾何關(guān)系布置在固定點(diǎn)上，組成傳感器陣列，以便測(cè)定出缺陷的所在位置。聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)第二十八頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)目前，在聲發(fā)射檢測(cè)中，常用的聲源點(diǎn)定位法有:①直線定位法(簡(jiǎn)稱(chēng)線定位)。此法將傳感器布置在聲發(fā)射源的直線兩側(cè)，在一維空間中確定聲發(fā)射源的位置坐標(biāo)。本法常用于焊縫缺陷的定位。②歸一化正方陣定位法.如圖7-30所示。圖7-30歸一化正方陣定位法第二十九頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日③平面正方形定位法。如下圖7-31所示。圖7-31平面正方形定位法第三十頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)

2.區(qū)域定位法區(qū)域定位法又稱(chēng)“查表法”,是將傳感器所能覆蓋的區(qū)域分割成許多正三角形，每個(gè)正三角形又分割成六個(gè)扇形，每個(gè)扇形區(qū)域內(nèi)按已知的時(shí)差數(shù)據(jù)的雙曲線分割成許多小區(qū)域，并將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。對(duì)于某一未知的聲發(fā)射源，只要將測(cè)得的信號(hào)到達(dá)各傳感器的時(shí)差與計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)相比較，就可以查出聲發(fā)射源在某三角形中某扇形的某個(gè)小區(qū)域內(nèi)。第三十一頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)提高信嗓比的措施頻域?yàn)V波(又稱(chēng)“頻率鑒別”)、設(shè)置檻值電壓(又稱(chēng)“幅度鑒別”)等措施都能在某些情況下有效地抑制噪聲的作用，提高信噪比。而在聲發(fā)射檢測(cè)中經(jīng)常采用的是抑制噪聲的空間濾波等方法。所謂空間濾波，就是根據(jù)信號(hào)與噪聲發(fā)生源空間位置的關(guān)系來(lái)抑制噪聲的方法，又稱(chēng)空間鑒別?？臻g濾波的具體措施有前沿鑒別、主副鑒別和符合鑒別等。分別如圖7-32,7-33,7-34所示。第三十二頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)圖7-34符合鑒別圖7-33主副鑒別圖7-32前沿鑒別第三十三頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)該檢測(cè)系統(tǒng)由聲發(fā)射傳感器、前置放大濾波器、信號(hào)處理系統(tǒng)三部分構(gòu)成，如圖7-35所示。7.2.3聲發(fā)射檢測(cè)儀器圖7-35檢測(cè)系統(tǒng)的示意圖第三十四頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日該系統(tǒng)的工作原理如圖7-36。7.2.3聲發(fā)射檢測(cè)儀器圖7-36聲發(fā)射檢測(cè)基本原理示意圖第三十五頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.3聲發(fā)射檢測(cè)儀器圖7-37為典型的裂紋聲發(fā)射頻譜圖。圖7-37裂紋聲發(fā)射頻譜圖第三十六頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.3聲發(fā)射檢測(cè)儀器聲發(fā)射檢測(cè)儀器目前的聲發(fā)射檢測(cè)儀器大體分為兩種基本類(lèi)型，即單通道聲發(fā)射檢測(cè)儀和多通道聲發(fā)射源定位和分析系統(tǒng)，且大多為組合式結(jié)構(gòu)。單通道聲發(fā)射檢測(cè)儀主要由傳感器、前置放大器、衰減器、主放大器、門(mén)檻電路、聲發(fā)射率計(jì)數(shù)器、總數(shù)計(jì)數(shù)器以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器等基本部分組成。多通道聲發(fā)射檢測(cè)儀器，除具有單通道聲發(fā)射檢測(cè)儀器的模擬量檢測(cè)和處理系統(tǒng)外，通常還包括數(shù)字量測(cè)定系統(tǒng)（時(shí)差測(cè)量裝置等）以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和外圍顯示系統(tǒng)。第三十七頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日1.聲發(fā)射傳感器聲發(fā)射傳感器一般由殼體、保護(hù)膜、壓電元件、阻尼塊、連接導(dǎo)線和高頻插座等幾部分組成，其典型的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)如圖7-38所示。7.2.3聲發(fā)射檢測(cè)儀器圖7-38單端諧振式聲發(fā)射傳感器1—壓電元件；2—?dú)んw；3—上蓋；4—導(dǎo)線；5—高頻插座；6—吸收劑；7—底座；8—保護(hù)膜第三十八頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.3聲發(fā)射檢測(cè)儀器2.前置放大器傳感器的輸出信號(hào)電壓有時(shí)為微伏數(shù)量級(jí)，且其輸出阻抗較高。若將這樣微弱的信號(hào)直接經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離接至檢測(cè)儀主機(jī)，則必定會(huì)降低信噪比，因此，靠近傳感器設(shè)置前置放大器對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行阻抗變換和放大(放大40~60dB)后，再經(jīng)高頻同軸電纜長(zhǎng)距離傳輸給信號(hào)處理單元，這樣可大大抑制嗓聲的干擾，提高檢測(cè)的信噪比。第三十九頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.3聲發(fā)射檢測(cè)儀器3.濾波器在聲發(fā)射檢測(cè)工作中，為了抑制噪聲的影響而在整個(gè)電路系統(tǒng)的適當(dāng)位置插入濾波器，用以選擇合適的“頻率窗口”。濾波器的工作頻率要根據(jù)環(huán)境噪聲及材料本身的聲發(fā)射信號(hào)的頻率特性來(lái)確定，通常在60~500kHz范圍內(nèi)選擇，并應(yīng)注意與傳感器的諧振頻率相匹配。濾波器可為有源也可為無(wú)源，且一般都要求阻帶衰減大于-24分貝/倍頻程。第四十頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.3聲發(fā)射檢測(cè)儀器

4.主放大器主放大器要求具有40~60dB的增益和50kHz-2MHz的工作頻帶寬度，且在整個(gè)工作頻帶內(nèi)增益的變化量不超過(guò)3dB此外，還要求其具有一定的負(fù)載能力和較大的動(dòng)態(tài)范圍。第四十一頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日5.檻值整形器為剔除背景噪聲而設(shè)置適當(dāng)?shù)臋懼惦妷?，低于所設(shè)置的檻值電壓的信號(hào)被剔除，高于檻值電壓的信號(hào)形成振鈴脈沖或事件脈沖。檻值電壓有固定檻值和浮動(dòng)檻值電壓兩種。對(duì)于固定檻值電壓，有的儀器只設(shè)置一檔(一般為1V)，有的儀器設(shè)置多檔，在0.I---3V范圍內(nèi)可調(diào)。浮動(dòng)的檻值電壓隨背景噪聲的變化而浮動(dòng)，如圖7-39所示。7.2.3聲發(fā)射檢測(cè)儀器圖7-39浮動(dòng)檻值隨噪聲電平的變化第四十二頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.4聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用（一）在材料研究中的應(yīng)用1.影響材料聲發(fā)射特性的因素影響聲發(fā)射的因素很多，如熱處理狀態(tài)、組織結(jié)構(gòu)、試樣形狀、加載方式、受載歷史、溫度、環(huán)境、氣氛等。對(duì)同一式樣做試驗(yàn)，在同樣的內(nèi)部條件和外部條件下，由于試樣中的聲發(fā)射源不同，也表現(xiàn)出不同的聲發(fā)射特性。影響材料聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度的因素大致如表7-21所示。第四十三頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.4聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用因素類(lèi)別產(chǎn)生高幅度信號(hào)的因素產(chǎn)生低幅度信號(hào)的因素材料特性高強(qiáng)度材料、各向異性材料、不均勻材料、鑄件、粗晶粒、馬氏體相變、輻照過(guò)的材料低強(qiáng)度材料、各向同性材料、均勻材料、鍛件、細(xì)晶粒、擴(kuò)散型相變、未輻照過(guò)的材料試驗(yàn)條件高應(yīng)變速率、厚斷面、高溫低應(yīng)變速率、薄斷面、低溫變形和斷裂方式孿生變形、解理型斷裂、有缺陷材料、裂紋擴(kuò)展、復(fù)合材料的纖維斷裂非孿生變形、剪切性斷裂、無(wú)缺陷材料、塑性變形、復(fù)合材料的樹(shù)脂斷裂表7-21影響材料聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度的因素第四十四頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.4聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用2.塑性變形的聲發(fā)射塑性變形的聲發(fā)射通常有兩種類(lèi)型，即連續(xù)型和突發(fā)型。其中，連續(xù)型聲發(fā)射是幅度低而連續(xù)出現(xiàn)、類(lèi)似背景噪聲的聲發(fā)射，這種類(lèi)型的聲發(fā)射在塑性變形量較小時(shí)出現(xiàn)。突發(fā)型聲發(fā)射是突然地發(fā)生且信號(hào)幅度一般比連續(xù)型聲發(fā)射高。塑性變形的聲發(fā)射圖形可以分為表7-22所示的五種類(lèi)型。第四十五頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.4聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用表7-22金屬塑性變形的聲發(fā)射圖形第四十六頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日3.斷裂分析斷裂力學(xué)的觀點(diǎn)認(rèn)為，結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)性是由裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子K所控制的，而K是唯一把裂紋尺寸、受力方式和結(jié)構(gòu)形狀聯(lián)系起來(lái)的參數(shù)。試驗(yàn)研究表明，發(fā)射與裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子K之間存在如下的密切關(guān)系:7.2.4聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用第四十七頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日

4.疲勞斷裂的監(jiān)視構(gòu)件在交變載荷作用下的破壞是最常見(jiàn)的故障形式。由于交變載荷的作用，裂紋不斷擴(kuò)展。疲勞裂紋的擴(kuò)展通常有三個(gè)階段:①起始擴(kuò)展階段，②減速擴(kuò)展階段，加速擴(kuò)展階段。擴(kuò)展速率(每一個(gè)載荷循環(huán)中裂紋的擴(kuò)展量)與作用的應(yīng)力強(qiáng)度因子K之間有如圖7-40所示的關(guān)系。圖中，?K為應(yīng)力強(qiáng)應(yīng)度因子范圍，?K=Kmax-Kmin。?Kth稱(chēng)為疲勞裂紋擴(kuò)展的門(mén)檻值。7.2.4聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用圖7-40疲勞裂紋擴(kuò)展速率應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍的關(guān)系第四十八頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日(二）焊接質(zhì)量的監(jiān)視用聲發(fā)射監(jiān)視焊接接頭的質(zhì)量是聲發(fā)射技術(shù)的重要應(yīng)用之一。裂紋是焊接接頭的主要缺陷形式之一，表7-23所示是焊接裂紋的分類(lèi)和聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展情況。7.2.4聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用表7-23焊接裂紋的分類(lèi)及聲發(fā)射檢測(cè)的進(jìn)展第四十九頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.4聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用1.焊接質(zhì)量聲發(fā)射監(jiān)控的特點(diǎn)①焊縫和缺陷本身就是強(qiáng)的聲發(fā)射源。②焊接過(guò)程中存在著強(qiáng)烈的噪聲源。③焊接檢測(cè)的對(duì)象通常處于高溫狀態(tài)。④可把焊縫看成一條線。第五十頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日2.焊接過(guò)程的監(jiān)視（1）氬弧焊從圖7-41中可看出有缺陷焊縫與無(wú)缺陷焊縫的聲發(fā)射特性之間的區(qū)別7.2.4聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用圖7-41氬弧焊的聲發(fā)射（a）正常焊縫；（b)在第3道加鋁；（c)在第3焊道加鈦，左面的縱坐標(biāo)只適合于第1、2焊道第五十一頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日聲發(fā)射參數(shù)與裂紋大小之間有如圖7-42所示的良好對(duì)應(yīng)關(guān)系。7.2.4聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用圖7-42聲發(fā)射事件總數(shù)與裂紋長(zhǎng)度的關(guān)系第五十二頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.4聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用(2)電子束焊接電子束焊接是在真空箱中進(jìn)行的，一且焊成零件，而要在有缺陷的地方進(jìn)行補(bǔ)焊則比較困難，所以，應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)視電子束焊接接頭中的缺陷具有十分重要的意義。對(duì)電子束焊接的聲發(fā)射監(jiān)視，結(jié)果表明：有缺陷和無(wú)缺陷試樣的聲發(fā)射參數(shù)差別很大，聲發(fā)射曲線也存在明顯的差異。在焊接開(kāi)始后15min左右，聲發(fā)射就可判斷出焊縫中是否存在裂紋，以便在不打開(kāi)真空室的條件下采取補(bǔ)救措施。第五十三頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日（3）電阻焊7.2.4聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用聲發(fā)射源干擾源塑性變形、焊接熔池的運(yùn)動(dòng)、金屬飛濺、液態(tài)溶核的凝固、熱裂紋、相變、冷裂紋電磁干擾、焊機(jī)機(jī)械嗓聲、電氣干擾、氧化、渣子、焊接零件之間或零件與把手之間的摩擦、泵和冷卻水表7-24電焊時(shí)的聲發(fā)射源和干擾源第五十四頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.4聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用各自特性聲源特性電磁干擾發(fā)生在通斷電時(shí)，信號(hào)頻率高、幅度大，對(duì)特定的焊機(jī)幾乎不變機(jī)械干擾和摩擦嗓聲在電極運(yùn)動(dòng)和加壓時(shí)產(chǎn)生，低頻成分較多，信號(hào)幅度大焊接熔池中液態(tài)金屬的運(yùn)動(dòng)發(fā)生在通電熔化時(shí)，是要檢測(cè)的聲發(fā)射信號(hào)，信號(hào)幅度小焊點(diǎn)和周?chē)饘俚乃苄宰冃稳酆死鋮s凝固時(shí)發(fā)生，信號(hào)幅度小，是要檢測(cè)的聲發(fā)射信號(hào)飛濺發(fā)生在焊點(diǎn)熔化和加壓時(shí)，信號(hào)幅度大熔核中的裂紋熔核冷卻時(shí)發(fā)生，信號(hào)幅度中等熔核中的相變?nèi)酆死鋮s時(shí)發(fā)生，信號(hào)幅度大泵和水流噪聲信號(hào)頻率低、幅度小表7-25電焊時(shí)聲發(fā)射源和噪聲源的特性第五十五頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.4聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用3.焊后裂紋的監(jiān)視與焊接過(guò)程相比，焊后裂紋的聲發(fā)射監(jiān)視具有更大的優(yōu)越性，其困難所在是如何區(qū)分焊縫本身的裂紋和焊渣的裂紋。焊后裂紋主要包括熱處理裂紋和延遲裂紋兩種，焊后裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展過(guò)程可以分為三個(gè)階段.①裂紋開(kāi)始，即亞臨界事件;②裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展;③裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展。其中，前兩個(gè)階段的聲發(fā)射特性具有電平低而發(fā)射幅度大的特點(diǎn)，而第三個(gè)階段則是高電平的聲發(fā)射。第五十六頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.4聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用(三)監(jiān)視壓力容器的結(jié)構(gòu)完整性壓力容器的缺陷主要是在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的。當(dāng)容器承受過(guò)大的壓力之后，明顯擴(kuò)展的裂紋缺陷具有集中頻發(fā)的聲發(fā)射信號(hào);而在過(guò)大應(yīng)力下完全沒(méi)有擴(kuò)展變化的夾渣、氣孔、未熔合、缺口等缺陷，則不發(fā)生聲發(fā)射，或雖發(fā)生但只呈現(xiàn)出很低的散發(fā)性聲發(fā)射信號(hào)。這說(shuō)明了采用聲發(fā)射的方法，可以較可靠地檢測(cè)裂紋的擴(kuò)展。第五十七頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日7.2.4聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用缺陷有害程度的評(píng)價(jià)及其分類(lèi)缺陷的有害度評(píng)價(jià)是聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的一項(xiàng)極其重要的研究?jī)?nèi)容。對(duì)許多球形壓力容器水壓試驗(yàn)的聲發(fā)射監(jiān)視表明，在容器水壓試驗(yàn)時(shí)，聲發(fā)射的產(chǎn)生與壓力容器中缺陷所處的狀態(tài)之間存在如下的對(duì)應(yīng)關(guān)系：①有害缺陷多出現(xiàn)突發(fā)型聲發(fā)射，且位置集中；②缺陷的不穩(wěn)定性或有害性一般取決于：(a)突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)的數(shù)量及其集中程度；(b)聲源釋放的聲發(fā)射總能量；（c）與突發(fā)型聲發(fā)射產(chǎn)生的時(shí)間有關(guān)，即在高壓下產(chǎn)生聲發(fā)射的缺陷比低壓下頻發(fā)聲發(fā)射的缺陷更為有害。第五十八頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日具體分類(lèi)法如下.

首先，根據(jù)傳感器陣列中源定位得到的每一組聲發(fā)射事件數(shù)目ni和這一組聲發(fā)射源位置的分散半徑ri，按下式確定聲發(fā)射源定位的集中度指數(shù):式中Ci——每一組聲源中靠近中心位置單位面積的聲發(fā)射事件數(shù)，數(shù)/m2

。然后，換算出信號(hào)源的最大幅度V0，將最大幅度平方作為這個(gè)聲發(fā)射事件的能量，把這一組聲源中所有事件相加之和稱(chēng)為能量釋放指數(shù)，即：7.2.4聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用第五十九頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日

根據(jù)Ci和Ei將缺陷不穩(wěn)定性行為的強(qiáng)度等級(jí)分為1、2、3、4四個(gè)等級(jí)，如圖7-43所示。再根據(jù)缺陷再加壓過(guò)程中產(chǎn)生的聲發(fā)射行為特征而將其分為安全、較安全、不安全和極不安全四類(lèi)，以I、II、III