聲發(fā)射檢測技術(shù)及應(yīng)用

聲發(fā)射檢測技術(shù)及應(yīng)用第一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二報告內(nèi)容無損檢測簡介聲發(fā)射檢測的原理和特點(diǎn)聲發(fā)射檢測的定位方法聲發(fā)射檢測的應(yīng)用

第二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二第一部分無損檢測

一、什么是無損檢測

無損檢測是在不破壞或損傷原材料和工件受檢對象的前提下，測定和評價物質(zhì)內(nèi)部或外表的物理和力學(xué)性能，并包括各類缺陷和其他技術(shù)參數(shù)的綜合性應(yīng)用技術(shù)。第三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二

二、無損檢測的應(yīng)用形式（一）在生產(chǎn)過程質(zhì)量控制中的無損撿測，即應(yīng)用于產(chǎn)品的質(zhì)量管理。（二）用于成品的質(zhì)量控制，即用于出廠前的成品檢驗(yàn)和用戶的驗(yàn)收檢驗(yàn)。（三）在產(chǎn)品使用過程中的監(jiān)測，即維護(hù)檢驗(yàn)。

第四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二三、無損檢測方法的種類

人們按照不同的原理，和不同的探測及信息處理方式，已經(jīng)應(yīng)用和正在研究的各種無損檢測方法，總共達(dá)70多種。目前在工業(yè)生產(chǎn)檢測中，應(yīng)用最廣泛的無損檢測方法主要是液體滲透法，磁粉檢測法，射線檢測法，超聲波檢測法和渦流檢測法。第五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二第二部分聲發(fā)射檢測原理

聲發(fā)射技術(shù)在材料和結(jié)構(gòu)的無損檢測中占有很重要的地值，是在60年代發(fā)展起來的一種材料和構(gòu)件評價的新方法，現(xiàn)已成為一種不可缺少的檢測手段。材料或結(jié)構(gòu)件受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。

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(shù)稱為聲發(fā)射技術(shù)。第六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二

聲發(fā)射檢測必須有外部條件的作用，使材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，即結(jié)構(gòu)、焊接接頭或材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷處于運(yùn)動變化的過程中，才能實(shí)施檢測。第七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二一、聲發(fā)射的來源與產(chǎn)生位錯運(yùn)動和塑性變形實(shí)際金屬晶體存在著各種各樣的缺陷，當(dāng)晶體內(nèi)沿某一條線上的原子排列與完整晶格不同時就會形成缺陷。高速運(yùn)動的位錯產(chǎn)生高頻率、低幅值的聲發(fā)射信號，而低速運(yùn)動的位錯則產(chǎn)生低頻率、高幅值的聲發(fā)射信號。據(jù)估計，大約100個到1000個位錯同時運(yùn)動可產(chǎn)生儀器能檢測到的連續(xù)信號；幾百個到幾千個位錯同時運(yùn)動時可產(chǎn)生突發(fā)型信號。第八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二裂紋的形成和擴(kuò)展

塑性材料裂紋的形成與擴(kuò)展同材料的塑性變形有關(guān)，一旦裂紋形成，材料局部區(qū)域的應(yīng)力集中得到卸載，產(chǎn)生聲發(fā)射。材料的斷裂過程大體上可分為三個階段：①裂紋形成；②裂紋擴(kuò)展；③最終斷裂。這三個階段都可以產(chǎn)生強(qiáng)烈的聲發(fā)射。脆性材料不產(chǎn)生明顯的塑性變形，因此一般認(rèn)為，位錯塞積是脆性材料形成微裂紋的基本機(jī)理。脆性材料由于不產(chǎn)生明顯的塑性變形，其聲發(fā)射頻度低，每次的發(fā)射強(qiáng)度大；塑性材料與之形成對照，聲發(fā)射頻度高，每次發(fā)射強(qiáng)度小。第九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二脆性材料和塑性材料的聲發(fā)射信號比較第十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二二、聲發(fā)射信號的特征參數(shù)聲發(fā)射事件

右圖是一個突發(fā)型信號的波形，經(jīng)過包絡(luò)檢波后，波形超過頂置的閾值電壓形成一個矩形脈沖。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)。第十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二

右圖是一個聲發(fā)射信號的振鈴波形，設(shè)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)．單位時間的振鈴計數(shù)率則稱為聲發(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。第十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二

儀器輸出的聲發(fā)射信號是一個隨機(jī)信號，如下圖所示．

一個事件的振鈴計數(shù)為：式中，—工作頻率，—衰減系數(shù)，—峰值電壓，—閾值電壓第十三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二振幅及振幅分布振幅分布又稱幅度分布，振幅是指聲發(fā)射波形的峰值振幅。振幅及振幅分布被認(rèn)為是可以更多地反映聲發(fā)射源信息的一種處理方法。它既可以是事件計數(shù)對振幅的分布，也可以是振鈴計數(shù)對振幅的分布。

第十四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二能量聲發(fā)射能量反映了聲發(fā)射源以彈性波形式釋放的能量。能量分析是針對儀器輸出的信號進(jìn)行的。瞬態(tài)信號的能量定義為式中，—隨時間變化的電壓，—電壓測量電路的輸入阻抗。第十五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二第三部分聲發(fā)射檢測定位方法

直線定位法直線定位法是在一維空間中確定聲發(fā)射源位置坐標(biāo)，大多用于焊縫缺陷定位。在一維空間內(nèi)放置兩個換能器，它們所確定的聲源位置必須在兩個換能器連線或圓弧線上。取坐標(biāo)原點(diǎn)為兩個換能器之間連線的中點(diǎn)，見下圖。聲源的位置坐標(biāo)可由下式求出，式中，—相對時差，—聲速。第十六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二平面三角形定位法將4個換能器分別置于(0，0)，

(—1，—B)，(1，—B)與品(0,A)，其中后三點(diǎn)構(gòu)成一個正三角形，

(0，0)為三角形的內(nèi)心，并取其為直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)，見右圖。在P(x，y)點(diǎn)有一聲源，在求出到達(dá)，和相對于的時差后，可以計算出聲源P(x，y)的位置。第十七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二歸一化正方陣定位法

歸一化正方陣定位是一種將聲源位置坐標(biāo)按換能器位置坐標(biāo)歸一化的定位方法。將四個換能器置于直角坐標(biāo)系中的位置(1，1)，(1，-1)，(-l，-1)，(-1，1)。由聲源P(x,y)的聲波到達(dá)換能器1的傳播時間到換能器2、3和4的時差來定位。第十八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二第四部分聲發(fā)射檢測的應(yīng)用

聲發(fā)射在材料研究中的應(yīng)用

1．金屬材料采用聲發(fā)射監(jiān)測與三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)相結(jié)合，計算其開裂應(yīng)力和變形量，評價表面滲透層(滲氮、滲碳等)的脆性

。

2．非金屬材料

陶瓷材料采用復(fù)合方法如連續(xù)纖維強(qiáng)化可使材料的性能顯著提高。對于SiC纖維強(qiáng)化玻璃復(fù)合材料．可采用多通道聲發(fā)射波形逆問題解析法，根據(jù)聲波到達(dá)的時間差標(biāo)定破壞源的位置，根據(jù)發(fā)射形式識別破壞模式，用逆卷積積分評價破壞源的大小。第十九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二聲發(fā)射在焊接中應(yīng)用

1．焊接質(zhì)量監(jiān)測

基本原理：在焊縫冷卻過程中，焊縫及其熱影響區(qū)的收縮與相變所造成應(yīng)力不均勻分布而產(chǎn)生裂紋。可用于氬弧焊、電阻焊、自動焊和電子束焊等。還可用于電阻點(diǎn)焊的質(zhì)量監(jiān)控中。右圖為Y形裂紋試樣的聲發(fā)射總計數(shù)與焊后延遲時間之間的關(guān)系．

第二十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二2．壓力容器在役檢測

在容器受載過程中進(jìn)行動態(tài)整體監(jiān)測，特別適合無法進(jìn)行內(nèi)部檢驗(yàn)和焊縫中存在大量超標(biāo)缺陷的壓力容器的檢驗(yàn)和評定。在壓力容器的應(yīng)用主要有以下幾個方面：

(1)出廠水壓試驗(yàn)時的聲發(fā)射監(jiān)測。

(2)容器定期檢修時水壓試驗(yàn)聲發(fā)射監(jiān)測。

(3)運(yùn)行中壓力容器的聲發(fā)射監(jiān)測。

(4)容器爆破試驗(yàn)時的聲發(fā)射監(jiān)測。第二十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期二聲發(fā)射在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件監(jiān)測中的應(yīng)用

據(jù)資料介紹，KC—135運(yùn)輸機(jī)主要翼下的翼片是用7178—T6合金制造，材料本身具有脆性，有時在飛行中產(chǎn)生18cm