无损检测新技术2PPT学习教案

1、会计学1 无损检测新技术无损检测新技术2 l 20 20世纪世纪5050年代初年代初 德国凯赛尔所作的研究工作。在金属材料德国凯赛尔所作的研究工作。在金属材料 的变形过程中观察到到声发射现象，并提出了著名的声发射不的变形过程中观察到到声发射现象，并提出了著名的声发射不 可逆效应。可逆效应。 l 20 20世纪世纪6060年代，声发射作为无损检测技术，在美国原子能年代，声发射作为无损检测技术，在美国原子能 、宇航技术中兴起，在焊接延迟裂纹监视、压力容器与固体发、宇航技术中兴起，在焊接延迟裂纹监视、压力容器与固体发 动机壳体等检测方面出现了应用实例。动机壳体等检测方面出现了应用实例。 l 20 2

2、0世纪世纪7070年代，在日、欧、我国等相继得到发展。检测设年代，在日、欧、我国等相继得到发展。检测设 备的开发、基础研究、检测经验均有限，故其进展缓慢，仅获备的开发、基础研究、检测经验均有限，故其进展缓慢，仅获 得有限的成功。得有限的成功。 l 20 20世纪世纪8080年代，其研究与应用从实验室研究扩展到结构评年代，其研究与应用从实验室研究扩展到结构评 价、工业过程监视等各领域，首先在金属与玻璃钢压力容器、价、工业过程监视等各领域，首先在金属与玻璃钢压力容器、 储罐、管道等结构件中，进入工业应用和标准化阶段，成为一储罐、管道等结构件中，进入工业应用和标准化阶段，成为一 种新兴动态无损检测方

3、法。种新兴动态无损检测方法。 第1页/共36页 声发射分声发射分: : 1 1）连续发射）连续发射; ; 2 2）突发发射。）突发发射。 (1) (1) 声发射的来源与产生声发射的来源与产生 位错运动和塑性变形位错运动和塑性变形 裂纹的形成和扩展裂纹的形成和扩展 第2页/共36页 (2) (2) 声发射信号的特征参数声发射信号的特征参数 声发射事件声发射事件 声发射信号的波形，经过声发射信号的波形，经过 包络检波后，波形超过预包络检波后，波形超过预 置的阈值电压形成一个矩置的阈值电压形成一个矩 形脉冲。如果一个突发型形脉冲。如果一个突发型 信号形成一个矩形脉冲叫信号形成一个矩形脉冲叫 做一个事

4、件，这些事件脉做一个事件，这些事件脉 冲数就是事件计数。单位冲数就是事件计数。单位 时间的事件计数称为事件时间的事件计数称为事件 计数率，其计数的累积则计数率，其计数的累积则 称为事件总数。称为事件总数。 第3页/共36页 对声发射信号的振铃波形对声发射信号的振铃波形 ，设置某一阈值电压，振，设置某一阈值电压，振 铃波形超过这个阈值电压铃波形超过这个阈值电压 的部分形成矩形窄脉冲，的部分形成矩形窄脉冲， 计算这些振铃脉冲数就是计算这些振铃脉冲数就是 振铃计数。振铃计数。这是对振幅加这是对振幅加 权的一种计数方法，如果权的一种计数方法，如果 改变阈值电压，则振铃计改变阈值电压，则振铃计 数也发生

5、变化。单位时间数也发生变化。单位时间 的振铃计数率称为的振铃计数率称为声发射声发射 率率，累加起来称为，累加起来称为振铃总振铃总 数数。取一个事件的振铃计。取一个事件的振铃计 数称为数称为事件振铃计数或振事件振铃计数或振 铃铃/ /事件事件。 第4页/共36页 计计 算算 设声发射事件可以近似为指数衰设声发射事件可以近似为指数衰 减的正弦波并表示为减的正弦波并表示为 设阈值电压为设阈值电压为V Vt t，则可以表示为则可以表示为 一个事件的振铃计数可表示为一个事件的振铃计数可表示为 teVV t p cos 0 0 1 0 0 1 1 2cos f n p e f n pt e e eV f

6、nfVV t P e V V In f n 0 0 1 f n P t e e V V 第5页/共36页 振幅及振幅分布振幅及振幅分布 又称幅度分布，振幅是指声发射波形的峰值振幅。又称幅度分布，振幅是指声发射波形的峰值振幅。 振幅及振幅分布被认为是可以更多地反映声发射源信息的一种振幅及振幅分布被认为是可以更多地反映声发射源信息的一种 处理方法。它既可以是事件计数对振幅的分布，也可以是振铃处理方法。它既可以是事件计数对振幅的分布，也可以是振铃 计数对振幅的分相。振幅分布有两种表示方法，即微分型和积计数对振幅的分相。振幅分布有两种表示方法，即微分型和积 分型。试验表明，不同的声发射源具有不同的振幅

7、分布谱。分型。试验表明，不同的声发射源具有不同的振幅分布谱。 能量能量 声发射能量反映了声发射源以弹性波形式释放的能量。能量声发射能量反映了声发射源以弹性波形式释放的能量。能量 分析是针对仪器输出的信号进行的。瞬态信号的能量定义为分析是针对仪器输出的信号进行的。瞬态信号的能量定义为 dttV R E 0 2 )( 1 第6页/共36页 2 声发射检测定位方法声发射检测定位方法 (1) (1) 直线定位法直线定位法 换 能 器 1 换 能 器 2 一维声发射定位 第7页/共36页 (2)(2)平面三角形定位法平面三角形定位法 第8页/共36页 (3)(3)归一化正方阵定位法归一化正方阵定位法 2

8、 41 222 2 31 222 2 21 222 2 1 222 )() 1() 1( )() 1() 1( )() 1() 1( ) 1() 1( ttvyx ttvyx ttvyx tvyx 第9页/共36页 3 多通道检测系统结构多通道检测系统结构 组成部分：信号接收部分、信号处理部分、测量显示部分组成部分：信号接收部分、信号处理部分、测量显示部分 第10页/共36页 3 多通道检测系统结构多通道检测系统结构 第11页/共36页 4声发射检测的应用声发射检测的应用 (1)(1)声发射在材料研究中的应用声发射在材料研究中的应用 材料、工件或结构在交变载荷作用下经常发生疲劳断裂，是最材料、

9、工件或结构在交变载荷作用下经常发生疲劳断裂，是最 常见的故障之一。声发射是监测其发生和发展过程的重要手段常见的故障之一。声发射是监测其发生和发展过程的重要手段 。声发射技术的应用是以材料的声发射特性为基础，不同材料。声发射技术的应用是以材料的声发射特性为基础，不同材料 的声发射特性差异很大。即便是相同材料，影响声发射特性的的声发射特性差异很大。即便是相同材料，影响声发射特性的 因素也很复杂。如热处理状态、组织结构、试件的形状以及加因素也很复杂。如热处理状态、组织结构、试件的形状以及加 载方式等。载方式等。 采用声发射监测与三点弯曲试验相结合可以评价表面渗透采用声发射监测与三点弯曲试验相结合可以

10、评价表面渗透 层层( (渗氟、渗碳等渗氟、渗碳等) )的脆性。的脆性。 金属材料金属材料 非金属材料非金属材料 第12页/共36页 声发射在焊接中的应用主要包括两个方面：一是焊接过程中对声发射在焊接中的应用主要包括两个方面：一是焊接过程中对 焊缝质量进行实时监控，以及焊后进行无损检测。二是进行压焊缝质量进行实时监控，以及焊后进行无损检测。二是进行压 力容器的在役检测。力容器的在役检测。 出厂水压试验时的声发射监测出厂水压试验时的声发射监测 容器定期检修时水压试验声发射监测容器定期检修时水压试验声发射监测 运行中压力容器的声发射监测运行中压力容器的声发射监测 容器爆破试验时的声发射监测容器爆破试

11、验时的声发射监测 (2) (2) 声发射在焊接中应用声发射在焊接中应用 第13页/共36页 第14页/共36页 第15页/共36页 (3)(3)声发射在飞机结构件监测中的应用声发射在飞机结构件监测中的应用 第16页/共36页 (1)(1)确定温度值困难确定温度值困难 (2)(2)难于确定被检物体的内部热状态难于确定被检物体的内部热状态 (3)(3)价格昂贵价格昂贵 红外无损检测是利用红外物理理论，把红外辐射特性的分析技术和红外无损检测是利用红外物理理论，把红外辐射特性的分析技术和 方法，应用于被检对象的无损检测的一个综合性应用工程技术。方法，应用于被检对象的无损检测的一个综合性应用工程技术。

12、1 1 红外无损检测技术的特点红外无损检测技术的特点 红外无损检测所存在的主要问题红外无损检测所存在的主要问题 (1)(1)操作安全操作安全 (2)(2)灵敏度高灵敏度高 (3)(3)检测效率高检测效率高 第17页/共36页 (1)(1)红外辐射及传输红外辐射及传输 红外辐射实际是波长为红外辐射实际是波长为0.750.75100m100m的电磁波。红外辐射亦称的电磁波。红外辐射亦称 为红外线、热辐射。为红外线、热辐射。 2 2 红外无损检测基础红外无损检测基础 第18页/共36页 红外辐射分为三个波段红外辐射分为三个波段 (1)近红外波段近红外波段 波长为波长为0.753.0m。 (2)中红外

13、波段中红外波段 波长为波长为3.020m (3)远红外波段远红外波段 波长大于波长大于20m。 红外辐射定律红外辐射定律 (1)(1)黑体黑体 如果有一个理想的物体，它对红外的辐射率、吸收率与表面如果有一个理想的物体，它对红外的辐射率、吸收率与表面 温度及波长无关，且等于温度及波长无关，且等于1(1(即全部吸收或全部辐射即全部吸收或全部辐射) )，那么，那么 这种理想的辐射体和理想的吸收体称为黑体。这种理想的辐射体和理想的吸收体称为黑体。 第19页/共36页 意义：定量地描述物体辐射或意义：定量地描述物体辐射或 吸收红外的能力。吸收红外的能力。 辐射率：物体的实际辐射强度辐射率：物体的实际辐射

14、强度I I和同温和同温 度下黑体辐射强度度下黑体辐射强度I Ib b之比之比 （2 2）基尔霍夫定律）基尔霍夫定律 当几个物体处于同一温度时，各物体当几个物体处于同一温度时，各物体 辐射红外线的能力正比于其本身吸收红外线的能力，并且任辐射红外线的能力正比于其本身吸收红外线的能力，并且任 何一个物体的红外辐射能量密度可用下面公式表示：何一个物体的红外辐射能量密度可用下面公式表示： b I I b 第20页/共36页 斯蒂芬斯蒂芬玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律：物体红外辐射的能量密度与其自身的：物体红外辐射的能量密度与其自身的 热力学温度的四次方成正比，并与它的表面辐射率成正比。热力学温度的四次方成正比

15、，并与它的表面辐射率成正比。 意义：描述了物体辐射红外线能量均它的温度之间关系。物意义：描述了物体辐射红外线能量均它的温度之间关系。物 体的温度越高，它所辐射的红外能量越大。体的温度越高，它所辐射的红外能量越大。 维恩位移定律维恩位移定律：给出了峰值波长与黑体温度间关系的关系。：给出了峰值波长与黑体温度间关系的关系。 辐射的峰值波长：对应于辐射能量最大的波长。辐射的峰值波长：对应于辐射能量最大的波长。 4 TW T 2897 max 第21页/共36页 红外辐射的传输与衰减红外辐射的传输与衰减 当红外辐射在大气中传输时，它的能量由于大气的吸收而衰当红外辐射在大气中传输时，它的能量由于大气的吸收

16、而衰 减。大气对红外辐射的吸收与衰减是有选择性的，即对某种减。大气对红外辐射的吸收与衰减是有选择性的，即对某种 波长的红外辐射，大气几乎全部吸收，就像大气对这种波长波长的红外辐射，大气几乎全部吸收，就像大气对这种波长 的红外相射先全不透明一样；相反，对于另外一些红外相射的红外相射先全不透明一样；相反，对于另外一些红外相射 ，大气又几乎一点也不吸收，就像完全透明一样。，大气又几乎一点也不吸收，就像完全透明一样。 实验表明，能够顺利地透过大气的红外辐射主要有三个波长实验表明，能够顺利地透过大气的红外辐射主要有三个波长 范围：范围：1 12.52.5mm、3 35m5m和和8 81414mm。般将这

17、三个波长范般将这三个波长范 围叫做大气窗口。围叫做大气窗口。 第22页/共36页 (2) (2) 红外探测器红外探测器 红外探测器的主要性能指标红外探测器的主要性能指标 将红外辐射转换为电信号的器件。将红外辐射转换为电信号的器件。 响应率：响应率：将红外辐射转换为电信号的能力。将红外辐射转换为电信号的能力。 光谱响应光谱响应：对不同波长的响应。：对不同波长的响应。 无选择性探测器、选择性探测器无选择性探测器、选择性探测器 W U R 第23页/共36页 n U NEP /U A s 时间常数：时间常数：表示红外探测器对红外辐射的响应速度的一个参数表示红外探测器对红外辐射的响应速度的一个参数 等

18、效噪声功率：等效噪声功率：产生与探测器噪声输出大小相等的信号所产生与探测器噪声输出大小相等的信号所 需要的入射红外辐射能量密度。需要的入射红外辐射能量密度。 用符号用符号NEPNEP表示。表示。 探测率：探测率：等于等效噪声功率的倒数，是表示红外探测器灵敏等于等效噪声功率的倒数，是表示红外探测器灵敏 度大小的一个参数。度大小的一个参数。 ),( 1 fA NEP D 第24页/共36页 热电探测器热电探测器 热敏电阻红外探测器热敏电阻红外探测器 热释电探测器热释电探测器 (2) (2) 常用红外探测器常用红外探测器 光电探测器光电探测器 光电导型探测器光电导型探测器 光伏型探测器光伏型探测器

19、第25页/共36页 (1)(1)红外测温仪红外测温仪 红外测温仪的主要特点红外测温仪的主要特点 红外测温仪的主要技术参数：测温范围、红外测温仪的主要技术参数：测温范围、 工作波段、分辨能力、响应时间、目标尺工作波段、分辨能力、响应时间、目标尺 寸、距离系数、辐射率范围寸、距离系数、辐射率范围 红外测温仪使用要点：亮度温度、辐射率红外测温仪使用要点：亮度温度、辐射率 的影响、仪器校正的影响、仪器校正 3 3 红外无损检测仪器红外无损检测仪器 第26页/共36页 红外测温仪所显示的是被测物体的红外测温仪所显示的是被测物体的 某一局部的平均温度，而红外热像某一局部的平均温度，而红外热像 仪则显示的是

20、一幅热图，是物体红仪则显示的是一幅热图，是物体红 外辐射能员密度的二维分布图。通外辐射能员密度的二维分布图。通 常一幅图像由几十万或上百万个像常一幅图像由几十万或上百万个像 素组成，要想将物体的热像显示在素组成，要想将物体的热像显示在 监视器上，首先需将热保分解成像监视器上，首先需将热保分解成像 素，然后通过红外探测器将其变成素，然后通过红外探测器将其变成 电信号，再经过信号综合，在监视电信号，再经过信号综合，在监视 器上成像。图像的分解一般采用光器上成像。图像的分解一般采用光 学机械扫描方法。目前高速的热像学机械扫描方法。目前高速的热像 仪可以做到实时显示物体的红外热仪可以做到实时显示物体的

21、红外热 像。像。 (2)(2)红外热像仪红外热像仪 红外热像仪的工作原红外热像仪的工作原 理理 第27页/共36页 红外热像仪的特点和主要参数红外热像仪的特点和主要参数 能显示物体的表面温度场，并以图象的形式显示，非常直能显示物体的表面温度场，并以图象的形式显示，非常直 观。观。 分辨力强，现代热像仪可以分辨分辨力强，现代热像仪可以分辨0.10.1甚至更小的温差。甚至更小的温差。 显示方式灵活多样显示方式灵活多样 能与计算机进行数据交换，便于存储和处理能与计算机进行数据交换，便于存储和处理 缺点：缺点： 要用液氮、氖气或热电致冷，以保证在低温下工作；要用液氮、氖气或热电致冷，以保证在低温下工作

22、； 光学机械扫描装置结构复杂。光学机械扫描装置结构复杂。 第28页/共36页 (3) (3) 红外热电视红外热电视 采用电子扫描入式热电探测器的两维红外成像装采用电子扫描入式热电探测器的两维红外成像装 置置。 采用电子束扫描或电荷耦合器件搞描方式。采用电子束扫描或电荷耦合器件搞描方式。 采用热电探测器，不需液氮、氩气或电致冷等。采用热电探测器，不需液氮、氩气或电致冷等。 可直接用电视显示、记录或重放等。可直接用电视显示、记录或重放等。 第29页/共36页 (1)(1)红外无损检测在热加工中的应用红外无损检测在热加工中的应用 点焊焊点质量的无损检测点焊焊点质量的无损检测 铸模检测铸模检测 压力容器衬套检测压力容器衬套检测 焊接过程检测焊接过程检测 轴承质量检测轴承质量检测 4 4 红外无损检测技术的应用红外无损检测技术的应用 第30页/共36页