聲發(fā)射檢測技術(shù)在中國

1聲發(fā)射檢測技術(shù)在中國

21中國聲發(fā)射檢測技術(shù)的發(fā)展歷程聲發(fā)射技術(shù)于20世紀70年代初開始引入我國，正值是我國斷裂力學發(fā)展的高峰，人們希望利用聲發(fā)射預報和測量裂紋的開裂點。隨后中科院沈陽金屬研究所、航空航天部621所、機械部合肥通用機械研究院、武漢大學、航天部703所、上海交通大學等一些科研院所和大學開展了金屬和復合材料的聲發(fā)射特性研究。31中國聲發(fā)射檢測技術(shù)的發(fā)展歷程20世紀80年代中期，中國特種設(shè)備檢測研究院從美國PAC公司引進當時世界上先進的SPARTAN-AT聲發(fā)射檢測與信號處理分析系統(tǒng)，并在全國一些石化和煤氣公司開展了大量球形儲罐和臥罐等壓力容器的檢測，取得了成功的應用，得到了用戶的認可。41中國聲發(fā)射檢測技術(shù)的發(fā)展歷程隨后，合肥通用機械研究院、大慶石油學院、冶金部武漢安全環(huán)保研究院、西安44所等多家單位相繼引進國外的先進聲發(fā)射儀器，開展了在壓力容器、飛機、金屬材料、復合材料和巖石領(lǐng)域的檢測和應用。51中國聲發(fā)射檢測技術(shù)的發(fā)展歷程進入20世紀90年代至今，由于聲發(fā)射檢測技術(shù)是一種動態(tài)無損檢測技術(shù)，并具有實時、在線和整體檢測等特點，所以聲發(fā)射檢測技術(shù)在我國的研究和應用呈快速發(fā)展的趨勢。20世紀90年代初燕山石化、天津石化、大慶石化、大慶油田、哈爾濱煉化、廣州石化、揚子石化、鎮(zhèn)海石化、勝利油田和遼河油田等石油、石化企業(yè)廣泛開展了壓力容器的聲發(fā)射檢測工作，并取得顯著的經(jīng)濟和社會效益。61中國聲發(fā)射檢測技術(shù)的發(fā)展歷程一些研究和檢測單位從國內(nèi)外購進了數(shù)字化多通道聲發(fā)射檢測分析儀，開展了以波形分析為基礎(chǔ)的聲發(fā)射檢測與信號處理分析。隨著聲發(fā)射研究領(lǐng)域的擴大，聲發(fā)射的含義已廣義化，比如泄漏過程、軸承的磨損、鉆井過程、腐蝕過程、骨關(guān)節(jié)的損傷和變壓器局部放電時發(fā)出的聲波等都被稱為聲發(fā)射，而且有大量的研究和應用成果。這些廣義解釋的聲發(fā)射情形很多，其共同特點是聲源來自于被測對象的本身。71中國聲發(fā)射檢測技術(shù)的發(fā)展歷程聲發(fā)射檢測與常規(guī)的無損檢測方法有很大的差別，可以完成許多常規(guī)檢測所不能完成的任務。因此，在我國石油、石化、電力、航空、航天、冶金、鐵路、交通、煤炭、建筑、機械制造與加工等領(lǐng)域已經(jīng)開展了廣泛的聲發(fā)射技術(shù)研究和應用。82聲發(fā)射檢測標準狀況我國在聲發(fā)射檢測標準的制定方面已取得進展，目前已頒布的主要聲發(fā)射標準有：GB／T12604.4—2005聲發(fā)射檢測術(shù)語GB／T18182—2000金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結(jié)果評價方法GJB2044—1994鈦合金壓力容器檢測方法JB／T8283—1995檢測儀性能測試方法92聲發(fā)射檢測標準狀況JB/T7667—1995在役壓力容器聲發(fā)射檢測評定方法JB/T6916—1993在役高壓氣瓶聲發(fā)射檢測和評定方法JB/T7667—1995在役壓力容器聲發(fā)射檢測評定方法（JB／T

Q753－1989修訂）QJ2914—1996復合材料構(gòu)件聲發(fā)射檢測方法102聲發(fā)射檢測標準狀況GB/T19800—2005無損檢測聲發(fā)射檢測換能器的一級校準GB/T19801—2005無損檢測聲發(fā)射檢測換能器的二級校準JB/T10764－2007常壓金屬儲罐聲發(fā)射檢測及評價方法113聲發(fā)射檢測人員的培訓和取證

據(jù)估計，我國目前約有100多個科研院所、大專院校和專業(yè)檢驗單位在各個部門和領(lǐng)域從事聲發(fā)射技術(shù)的研究、檢測應用、儀器開發(fā)、制造和銷售工作，從業(yè)人員不斷擴大。123聲發(fā)射檢測人員的培訓和取證國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局特種設(shè)備無損檢測人員資格考試委員會，以及航天工業(yè)無損檢測人員資格考試委員會已經(jīng)開展聲發(fā)射II級檢驗人員的培訓和取證工作，并編寫了2部培訓教材。自1998年以來，航天工業(yè)無損檢測人員資格考試委員會已培訓II級檢驗人員85人，4人取得聲發(fā)射檢測Ⅲ級證。國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局特種設(shè)備無損檢測人員資格考試委員會已經(jīng)培訓II級聲發(fā)射檢驗人員320人，16人取得Ⅲ級證。134聲發(fā)射儀器研制在聲發(fā)射儀器研制和生產(chǎn)方面，我國的起步并不算太晚。沈陽電子研究所于20世紀70年代開始從事聲發(fā)射儀器的研究與開發(fā)，研制出單通道聲發(fā)射儀，之后又推出4通道聲發(fā)射儀和多種專用聲發(fā)射測試儀器。長春試驗機研究所自1972年起在多年試驗和理論分析的基礎(chǔ)上，先后于20世紀80年代中期研制出采用微處理計算機控制的36通道聲發(fā)射源定位分析系統(tǒng)及旋轉(zhuǎn)機械聲發(fā)射故障診斷系統(tǒng)。144聲發(fā)射儀器研制1995年，中國特種設(shè)備檢測研究院研制出硬件采用PC-AT總線、軟件采用WINDOWS界面的多通道(2~64通道)聲發(fā)射檢測分析系統(tǒng)。2000年，廣州聲華科技有限公司基于大規(guī)?？删幊碳呻娐罚‵PGA）技術(shù)，研制出全波形全數(shù)字化多通道聲發(fā)射檢測分析系統(tǒng)。聲華科技公司多次將新研制的聲發(fā)射儀器帶到國外，參加國際無損檢測大會、國際聲發(fā)射學術(shù)會議及展覽會，得到與會專家的好評，使我國的聲發(fā)射儀器在國外也有一定的影響。154聲發(fā)射儀器研制2002年，中國特種設(shè)備檢測研究院與聲華科技公司合作，研制出基于信號處理集成電路（DSP）技術(shù)的全數(shù)字化多通道聲發(fā)射檢測分析系統(tǒng)。新儀器的不斷推出，加快了我國聲發(fā)射技術(shù)研究與應用的進程。165聲發(fā)射信號處理技術(shù)在聲發(fā)射信號的處理和分析方面，除常用經(jīng)典聲發(fā)射信號參數(shù)和定位分析之外，我國目前開展了處于世界前沿的基于波形分析基礎(chǔ)之上的經(jīng)典譜分析、現(xiàn)代譜分析、小波分析和人工神經(jīng)網(wǎng)絡模式識別。此外，灰色關(guān)聯(lián)分析和模糊分析等先進技術(shù)也已用于聲發(fā)射信號處理，并在此基礎(chǔ)上自主開發(fā)了進行各種信號分析和識別的軟件包。175聲發(fā)射信號處理技術(shù)近年來，北京航空工程技術(shù)研究中心和北京聲華興業(yè)科技有限公司等單位開展了模態(tài)聲發(fā)射（簡稱MAE）理論和應用研究。該技術(shù)是一種基于波形分析的聲發(fā)射信號處理技術(shù)，其研究背景是由于工程上大量使用的板狀結(jié)構(gòu)厚度遠小于聲波波長，聲發(fā)射源在板中主要激勵起擴展波（最低階對稱波S0）、彎曲波（最低階反對稱波A0）和水平切變（SH）波三種模式的聲波。185聲發(fā)射信號處理技術(shù)面內(nèi)（IP）力源主要產(chǎn)生的是擴展波，離面（OOP）力源主要產(chǎn)生彎曲波。兩種聲源都有可能產(chǎn)生SH波。大量的非AE源或噪聲沒有這種特征。這三種波的波形特征不同、聲傳播速度不同、其主要頻率范圍也不相同，并都與噪聲信號有很大差別，是一種有效的聲發(fā)射信號處理方法。196聲發(fā)射學術(shù)會議1978年，隨著全國無損檢測學會的建立，成立了第一屆聲發(fā)射專業(yè)委員會，并于1980年在黃山召開了第一屆全國聲發(fā)射學術(shù)研討會。到目前為止，聲發(fā)射專業(yè)委員會已改選了八屆。每一屆聲發(fā)射專業(yè)委員會都為我國各階段聲發(fā)射技術(shù)的發(fā)展做出了重要貢獻，培養(yǎng)了一大批聲發(fā)射研究領(lǐng)域的人才，提高了我國聲發(fā)射技術(shù)的應用水平。

206聲發(fā)射學術(shù)會議近15年來，聲發(fā)射專業(yè)委員會每兩年召開一次全國性學術(shù)會議，在石油化工、電力、材料試驗、民用工程、航天和航空、金屬加工和交通運輸?shù)裙I(yè)和研究領(lǐng)域進行廣泛的聲發(fā)射學術(shù)交流和儀器展示活動。216聲發(fā)射學術(shù)會議通過邀請國內(nèi)外聲發(fā)射領(lǐng)域的知名專家和學者，針對研究熱點（如聲發(fā)射技術(shù)在國內(nèi)外研究的最新進展、數(shù)字式聲發(fā)射儀器的發(fā)展方向、聲發(fā)射信號分析的新技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)在航空和航天方面的應用以及聲發(fā)射技術(shù)在石化工業(yè)中的應用等）在會議上做專題報告。這些學術(shù)活動大大促進了我國聲發(fā)射技術(shù)的研究與發(fā)展。到目前為止，中國聲發(fā)射學術(shù)會議已召開了十一屆，每次學術(shù)會議均收集論文40~60篇，與會代表60~80人（表1）。226聲發(fā)射學術(shù)會議表1中國歷屆聲發(fā)射學術(shù)會議舉辦情況屆次時間地點主辦單位11980.10黃山合肥通用機械研究院2

1983.10桂林聲發(fā)射學組3

1986.11長春長春試驗機研究所4

1989.10黃島北京航空材料研究院51993.09張家界沈陽計算機技術(shù)研究設(shè)計院,國防科技大學236聲發(fā)射學術(shù)會議表1中國歷屆聲發(fā)射學術(shù)會議舉辦情況屆次時間地點主辦單位61995.10峨眉山中國特種設(shè)備檢測研究院71997.10北京北京航空工程技術(shù)研究中心81999.06上海上海交通大學92001.08成都航天材料及工藝研究所102004.08大慶大慶石油學院112006.08杭州浙江省特種設(shè)備檢測研究院246聲發(fā)射學術(shù)會議專業(yè)委員會還積極組織和推薦聲發(fā)射研究人員參加國際學術(shù)交流，如參加國際聲發(fā)射學術(shù)研討會和世界無損檢測會議，以介紹我國聲發(fā)射理論和技術(shù)研究的最新成果，所發(fā)表的論文得到國外同行的好評。257聲發(fā)射檢測技術(shù)

的主要應用領(lǐng)域7.1壓力容器的聲發(fā)射檢測壓力容器檢測是目前聲發(fā)射技術(shù)在中國開展應用最成功和普遍的領(lǐng)域之一。大量試驗研究和現(xiàn)場應用為制定GB／T18182—2000標準奠定了良好的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)每年采用聲發(fā)射技術(shù)檢測大型壓力容器約400～700臺。267.1壓力容器的聲發(fā)射檢測綜合分析有關(guān)文獻，聲發(fā)射技術(shù)應用于壓力容器結(jié)構(gòu)完整性檢測與評價可分為三個方面，即①新制壓力容器的聲發(fā)射檢測與評價。②壓力試驗過程中，在用壓力容器的聲發(fā)射檢測和評定。③壓力容器的聲發(fā)射在線監(jiān)測和評定。277.1壓力容器的聲發(fā)射檢測壓力試驗過程中的聲發(fā)射檢測效果最理想，此時是用聲發(fā)射技術(shù)對壓力容器進行整體檢測，以找出容器上存在的活性缺陷，彌補了盲目抽檢的不足，提高了容器的安全使用性能。由于只針對聲發(fā)射檢測出的活性缺陷進行局部復驗，而且復驗比例遠遠小于100%焊縫長度，從而大大縮短檢測時間，為用戶帶來很大的直接經(jīng)濟效益，采用上述方法檢測出嚴重超標的活性缺陷，可采用缺陷評定方法進一步提高壓力容器的安全可靠性。287.1壓力容器的聲發(fā)射檢測壓力容器聲發(fā)射在線監(jiān)測和評定應用最具優(yōu)勢。國內(nèi)有關(guān)檢驗單位已對難以停產(chǎn)檢修的許多容器、儲罐和其它結(jié)構(gòu)進行了在線檢測、評定工作，解決了用戶生產(chǎn)與安全的難題。它適用于背景噪聲小，操作穩(wěn)定和可變載的工況條件。通過壓力容器的在線檢測與評價，確定其安全等級和提供合理的維修計劃，這種檢測方法深受廣大壓力容器用戶的歡迎。297.2大型常壓儲罐

的聲發(fā)射在線檢測聲發(fā)射檢測技術(shù)是一種適用于對大型常壓儲罐底部腐蝕與泄漏進行在線檢測的技術(shù)，它在美國、英國、法國、澳大利亞和日本等國家已得到大量應用，在石油和石油化工領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。307.2大型常壓儲罐

的聲發(fā)射在線檢測1999年，大慶石油學院開展了大型油罐罐底腐蝕與泄漏聲發(fā)射在線檢測研究與應用工作。研究了常壓儲罐罐底腐蝕、泄漏的聲發(fā)射信號特征和分析方法，進行了300多臺常壓儲罐的檢測與評價，其檢測結(jié)果得到漏磁掃描檢測儀器的開罐檢測驗證。目前，中國特種設(shè)備檢測研究院、合肥通用機械研究院、浙江省特種設(shè)備檢測研究院等有關(guān)單位也作了大量的研究和現(xiàn)場檢測工作，并制定了相關(guān)行業(yè)標準。317.3航空航天工業(yè)中的應用早在20世紀80年代初，國內(nèi)有關(guān)單位就進行了飛機機翼疲勞試驗過程中的聲發(fā)射監(jiān)測研究，并在信號處理和識別技術(shù)方面積累了寶貴經(jīng)驗。近年來，北京航空工程技術(shù)研究中心在某型飛機的全尺寸疲勞試驗過程中，用聲發(fā)射技術(shù)對其主梁螺孔和隔框連接螺栓等部位疲勞裂紋的形成和擴展進行了跟蹤監(jiān)測，積累了大量數(shù)據(jù)，成功對疲勞裂紋產(chǎn)生的聲發(fā)射信號進行了識別。327.3航空航天工業(yè)中的應用通過模態(tài)聲發(fā)射理論和方法、材料損傷聲發(fā)射源機制、材料疲勞損傷與聲發(fā)射特征參數(shù)之間關(guān)系、材料腐蝕損傷與AE特征參數(shù)之間關(guān)系的研究，聲發(fā)射檢測技術(shù)在航空新材料性能檢測、飛機疲勞損傷的聲發(fā)射實時監(jiān)測方面發(fā)揮了重要作用。337.4復合材料的聲發(fā)射特性研究復合材料承力件的最終失效是一系列細觀損傷累積的結(jié)果。盡管復合材料的損傷形式有各自的復雜性,但其共同點是材料在損傷和破壞發(fā)生和發(fā)展時產(chǎn)生明顯的聲發(fā)射現(xiàn)象。復合材料受力產(chǎn)生的各種變形和斷裂（如基體開裂、層間分離、纖維與基體界面分離和纖維斷裂等）都是聲發(fā)射源。中科院沈陽金屬所、航空航天621所、航空航天703所和44所等單位在復合材料聲發(fā)射檢測領(lǐng)域做了大量工作，并起草了內(nèi)部的檢測與評價標準。347.4復合材料的聲發(fā)射特性研究目前，采用聲發(fā)射技術(shù)已能檢測每根碳纖維或玻璃纖維絲束的斷裂及絲束斷裂載荷的分布，從而評價質(zhì)量。聲發(fā)射技術(shù)還可以區(qū)分復合材料層板不同階段的斷裂特性。另外，我國也有人采用聲發(fā)射技術(shù)研究碳纖維增強聚酰亞胺復合材料升溫固化的特性等。357.5大型水壩巖石的聲發(fā)射監(jiān)測在巖石受力破壞過程的聲發(fā)射特性方面，國內(nèi)一些學者進行過廣泛的室內(nèi)實驗研究，包括巖石受壓、張拉、剪切和斷裂實驗條件下的聲發(fā)射特性研究等。通過對巖石受力破壞過程中應力、應變與聲發(fā)射參數(shù)的關(guān)系和聲發(fā)射前兆特征的研究，進一步認識巖石的破壞機理，給出合理的巖石破壞的前兆判據(jù)，提高巖石穩(wěn)定性聲發(fā)射監(jiān)測預報的準確率。

367.5大型水壩巖石的聲發(fā)射監(jiān)測武漢安全環(huán)保研究院近20年來一直開展礦山和大型水壩巖石塌方的監(jiān)測研究和應用工作。近年來，在長江三峽大壩對一些關(guān)鍵部位的巖石活動情況進行監(jiān)測，并對聲發(fā)射監(jiān)測結(jié)果進行了深入的分析，所取得成果為三峽大壩的建設(shè)提供了重要依據(jù)，并為其它工程高邊坡巖體聲發(fā)射監(jiān)測和預報積累了經(jīng)驗。377.6機械制造過程中的聲發(fā)射監(jiān)控聲發(fā)射應用于機械制造過程或機加工過程的監(jiān)控始于20世紀70年代末，我國在這一領(lǐng)域起步早、發(fā)展快。早在1986年，國防科技大學等單位就進行了用聲發(fā)射監(jiān)測機加工刀具磨損的研究工作。387.6機械制造過程中的聲發(fā)射監(jiān)控近年來，一些單位已研制成功車刀破損監(jiān)測系統(tǒng)和鉆頭折斷報警系統(tǒng)，前者的檢測準確率高達99%。根據(jù)刀具與工件接觸時擠壓和摩擦產(chǎn)生聲發(fā)射的原理，我國還成功研制出了高精度聲發(fā)射對刀裝置，用以保證配合件的加工精度。20世紀90年代以后，有些部門已開始用人工神經(jīng)網(wǎng)絡進行刀具狀態(tài)監(jiān)控、切削形態(tài)識別與控制以及磨削接觸與砂輪磨損監(jiān)測等。397.7轉(zhuǎn)動機械中滾動軸承

的聲發(fā)射檢測在轉(zhuǎn)動機械中，滾動軸承是最容易損壞的機械零件之一，約有30%的轉(zhuǎn)動機械故障是由于軸承的損壞造成的。滾動軸承在轉(zhuǎn)動時如果發(fā)出異常聲響，表明滾動軸承出現(xiàn)故障先兆或是故障已經(jīng)發(fā)生。利用聲發(fā)射檢測技術(shù)對滾動軸承進行檢測和分析判斷，就可及時發(fā)現(xiàn)滾動軸承各種故障，保障設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。407.7轉(zhuǎn)動機械中滾動軸承

的聲發(fā)射檢測國內(nèi)一些大學和研究機構(gòu)將聲發(fā)射檢測技術(shù)用于離心壓縮機和火車車輪滾動軸承的故障診斷，對滾動軸承外圈、滾動體、內(nèi)圈和保持架等各類故障進行診斷研究。研究出專用儀器和軟件，利用小波分析對所采集聲學故障信號特征加以提取,并對滾動軸承各類故障類型做出評判，達到滾動軸承故障診斷的目的。417.8管道與閥門泄漏的聲發(fā)射檢測管道泄漏聲發(fā)射檢測技術(shù)的研究主要集中在高校和研究院所，如中國特種設(shè)備檢測研究院、清華大學、北京工業(yè)大學、大慶石油學院、東北大學和西安交通大學等。427.8管道與閥門泄漏的聲發(fā)射檢測通過對管道泄漏源處聲源產(chǎn)生機理、泄漏源處的聲學特性、聲波在管道中的傳播特性、管道泄漏產(chǎn)生連續(xù)聲源的定位方法（基于聲信號衰減特性和能量累計的定位方法、小波包理論的定位方法和神經(jīng)元網(wǎng)絡系統(tǒng)的定位方法等）、基于波導桿輔助檢測管道泄漏的方法等方面的系統(tǒng)研究，為聲發(fā)射技術(shù)用于管道泄漏檢測的工程應用打下了良好的基礎(chǔ)。437.8管道與閥門泄漏的聲發(fā)射檢測大慶石油學院聲發(fā)射檢測與結(jié)構(gòu)完整性評價實驗室根據(jù)石油石化行業(yè)閥門的實際使用情況，研究了承壓閥門內(nèi)漏檢測和內(nèi)漏量估算方法，編制了信號分析和數(shù)據(jù)庫軟件，以解決目前閥門內(nèi)漏檢測和安全性方面存在的問題。447.9變壓器局部放電聲發(fā)射檢測大型電力變壓器的故障以絕緣故障為主,局部放電不僅是絕緣劣化的原因,也是絕緣劣化的先兆和表現(xiàn)形式。局部放電的聲發(fā)射檢測能夠提前反映變壓器的絕緣狀況,及時發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的絕緣缺陷,預防潛伏性和突發(fā)性事故發(fā)生。457.9變壓器局部放電聲發(fā)射檢測廣東省電力試驗研究所等單位引進國外先進的聲發(fā)射檢測系統(tǒng),在大型電力變壓器局部放電聲發(fā)射檢測中取得成功。但在現(xiàn)場應用中,由于受到多種因素的干擾,檢測靈敏度和定位精確度受到一定影響，因此需要從定位理論、識別算法等方面作進一步研究，此外還應深入研究局部放電的理論基礎(chǔ),在放電情況下，探討不同絕緣系統(tǒng)中老化性質(zhì)、形式和程度等因素與聲發(fā)射檢測信號之間的關(guān)系,提高大型電力變壓器局部放電診斷的準確性。467.10木質(zhì)材料的聲發(fā)射檢測近年來,國內(nèi)的木材研究人員的研究工作主要集中在當外部條件(受力、溫度)改變的情況下,利用聲發(fā)射研究木質(zhì)材料的各種力學性能。在木材干燥過程中,當溫度變化時，木材內(nèi)部因應力分布不均造成局部應力集中而釋放應變能,從而產(chǎn)生豐富的聲發(fā)射信號。477.10木質(zhì)材料的聲發(fā)射檢測結(jié)合自動化技術(shù)和先進的信號分析技術(shù),可研究聲發(fā)射信號特征參數(shù)與干燥過程中木材含水率、變形和開裂之間的關(guān)系,建立非線性模型,便可以實時自動地調(diào)整工藝參數(shù)和基準,實現(xiàn)對整個