声发射检测的基本原理pptx

1、 中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESE

2、ARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE声发射检测技术声发射检测技术李光海李光海TEL：中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院2012年年3月月 中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPEC

3、TION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE2 声发射声发射材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象。性波的现象。 (Acoustic Emission, 简称简称AE) ，也，也称为应力波发射。称为应力波发射。 声

4、发射事件声发射事件引起声发射的局部材料变化。引起声发射的局部材料变化。 声发射源声发射源材料中直接与变形和断裂机制有关的材料中直接与变形和断裂机制有关的弹性波发射源。弹性波发射源。声发射源的实质是指声发射的物理声发射源的实质是指声发射的物理源点或发生声发射的机制源。源点或发生声发射的机制源。材料在应力作用下的材料在应力作用下的变形与裂纹扩展，是结构失效的重要机制。变形与裂纹扩展，是结构失效的重要机制。 其它声发射源其它声发射源流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧等流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧等与变形和断裂机制无直接关系的另一类弹性波源。与变形和断裂机制无直接关系的另一类弹性波源。也称为二次声发射源。也称为

5、二次声发射源。声发射的概念声发射的概念 中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT

6、INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE3n声发射信号的频率声发射信号的频率几几HZ到数到数MHZ，包括次声频、，包括次声频、声频（声频（20HZ20KHZ）、超声频。）、超声频。n声发射信号幅度声发射信号幅度从微观的位错运动到大规从微观的位错运动到大规模的宏观断裂，变化范围很大，波长范围从模的宏观断裂，变化范围很大，波长范围从10-13m的微观位错运动到的微观位错运动到1m量级的地震波；量级的地震波；传感器的输出可包括数传感器的输出可包括数v到数百到数百m

7、v。不过多。不过多数声发射信号为只能用高灵敏度传感器才能数声发射信号为只能用高灵敏度传感器才能探测到的微弱振动。探测到的微弱振动。n声发射检测技术声发射检测技术用仪器探测、记录、分用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术源的技术称为声发射技术 。 中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH I

8、NSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE4 声发射技术发展声发射技术发展 最最自然的声发射：如折断树技、岩石破碎和折断骨自然的声发射：如折断树技、岩石破碎和折断骨头、地震等的断

9、裂过程无疑是人们最早听到的声发头、地震等的断裂过程无疑是人们最早听到的声发射信号。射信号。 五十年代初：现代的声发射技术的开始以五十年代初：现代的声发射技术的开始以KaiserKaiser在在德国所作的研究工作为标志。他观察到铜、锌、铝德国所作的研究工作为标志。他观察到铜、锌、铝、铅、锡、黄铜、铸铁和钢等金属和合金在形变过、铅、锡、黄铜、铸铁和钢等金属和合金在形变过程中都有声发射现象。程中都有声发射现象。 KaiserKaiser Amercian,a student of Germany Munich Universty。 Kaiser EffectKaiser Effect材料被重新加载期

10、间，在应力值材料被重新加载期间，在应力值达到上次加载最大应力之前不产生声发射信号。达到上次加载最大应力之前不产生声发射信号。 Felicity EffectEffect材料重复加载时，重复载荷到达材料重复加载时，重复载荷到达原先所加最大载荷前发生明显声发射的现象，称为原先所加最大载荷前发生明显声发射的现象，称为费利西蒂效应。（费利西蒂效应。（PAEPmax），称为费利西蒂比。），称为费利西蒂比。 PAEPmax 0.95作为声发射源超标的重要判据。作为声发射源超标的重要判据。 中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院CHINA SPECIAL EQIPMENT INS

11、PECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH

12、 INSTITUTE5 声发射技术发展声发射技术发展 五十年代末：美国人五十年代末：美国人KaiserKaiser，Schofield和和Tatro经经大量研究发现金属塑性形变的声发射主要由大量位大量研究发现金属塑性形变的声发射主要由大量位错的运动所引起错的运动所引起5。 六十年代初：六十年代初：Green等人首先开始了声发射技术在等人首先开始了声发射技术在无损检测领域方面的应用无损检测领域方面的应用, Dunegan首次将声发射技首次将声发射技术应用于压力容器方面的研究。在整个六十年代术应用于压力容器方面的研究。在整个六十年代, 美美国和日本开始广泛地进行声发射的研究工作国和日本开始广泛地进

13、行声发射的研究工作, 将这一将这一技术应用于材料工程和无损检测领域。美国于技术应用于材料工程和无损检测领域。美国于1967年成立了声发射工作组，日本于年成立了声发射工作组，日本于1969年成立了声发年成立了声发射协会。射协会。 中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RES

14、EARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE6 声发射技术发展声发射技术发展七十年代初：七十年代初：Dunegan等人于开展了现代声发射仪等人于开展了现代声发射仪器的研制，他们把实验频率提高到器的研制，他们把实验频率提高到100KHz-1MHz的的范围内范围内 。整个七十年代和

15、八十年代初人们从声发射。整个七十年代和八十年代初人们从声发射源机制、波的传播到声发射信号分析方面开展了广源机制、波的传播到声发射信号分析方面开展了广泛和系统的深入研究工作。泛和系统的深入研究工作。 八十年代初：美国八十年代初：美国PAC公司将现代微处理计算机技公司将现代微处理计算机技术引入声发射检测系统术引入声发射检测系统, 设计出了体积和重量较小的设计出了体积和重量较小的第二代源定位声发射检测仪器第二代源定位声发射检测仪器, 并开发了一系列多功并开发了一系列多功能高级检测和数据分析软件能高级检测和数据分析软件, 通过微处理计算机控制通过微处理计算机控制, 可以对被检测构件进行实时声发射源定位

16、监测和数可以对被检测构件进行实时声发射源定位监测和数据分析显示。据分析显示。 中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHIN

17、A SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE7 声发射技术发展声发射技术发展 由于采用由于采用286及更高级的微处理机和多功能检测分及更高级的微处理机和多功能检测分析软件，仪器采集和处理声发射信号的速度大幅度析软件，仪器采集和处理声发射信号的速度大幅度提高，仪器的信息存储量巨大，从而提高了声发射提高，仪器的信息存储量巨大，从而提高了声发射检测技术的声发射源定位功能和缺陷检测准确率。检测技术的声发射源定位功能和缺陷检测准确率。

18、 九十年代：美国九十年代：美国PAC公司、美国公司、美国DW公司和德国公司和德国Vallen Systeme,声华公司声华公司先后分别开发生产了计先后分别开发生产了计算机化程度更高、体积和重量更小的第三代数字化算机化程度更高、体积和重量更小的第三代数字化多通道声发射检测分析系统，这些系统除能进行声多通道声发射检测分析系统，这些系统除能进行声发射参数实时测量和声发射源定位外，还可直接进发射参数实时测量和声发射源定位外，还可直接进行声发射波形的观察、显示、记录和频谱分析。行声发射波形的观察、显示、记录和频谱分析。 2007年第一台年第一台USB口声发射仪口声发射仪SAEU2S 中国特种设备检测研究

19、院中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTIT

20、UTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE8 声发射技术发展声发射技术发展 我国于七十年代初首先开展了金属和复合材料的声发我国于七十年代初首先开展了金属和复合材料的声发射特性研究，八十年代中期声发射技术在压力容器和射特性研究，八十年代中期声发射技术在压力容器和金属结构的检测方面得到应用，目前我国已在声发射金属结构的检测方面得到应用，目前我国已在声发射仪器制造、信号处理、金属材料、复合材料、磁声发仪器制造、信号处理、金属材料、复合材料、磁声发射、岩石、过程监测、压力容器、飞机等领域开展了射、岩石、过程监测、压力容器、飞机

21、等领域开展了广泛的研究和应用工作。广泛的研究和应用工作。 我国于我国于19781978年在中国无损检测学会成立了声发射专业年在中国无损检测学会成立了声发射专业委员会，并于委员会，并于19791979年在黄山召开了第一届全国声发射年在黄山召开了第一届全国声发射学术会议，近年来已固定每两年召开一次学术会议，学术会议，近年来已固定每两年召开一次学术会议，到目前为止已召开了十一届（浙江杭州）。到目前为止已召开了十一届（浙江杭州）。 声发射标准：声发射标准：ASMEASME、ASTMASTM、BSBS、DINDIN、JISJIS、EROUPEROUP、CHINESECHINESE（GB/T18182-2

22、000GB/T18182-2000）JB/T4730.9JB/T4730.9。 中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHI

23、NA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE92 2 声发射检测的基本原理声发射检测的基本原理 原理：从声发射源发射的弹性波最终传播到达材料原理：从声发射源发射的弹性波最终传播到达材料的表面，引起可以用声发射传感器探测的表面位移的表面，引起可以用声发射传感器探测的表面位移，这些探测器将材料的机械振动转换为电信号，然，这些探测器将材料的机械振动转换为电信号，然后再被放大、处理和记录。根据观察到的声发射信后再被放大、处理和记录

24、。根据观察到的声发射信号进行分析与推断以了解材料产生声发射的机制。号进行分析与推断以了解材料产生声发射的机制。 中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEA

25、RCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE10 3 3 声发射检测的的主要目的声发射检测的的主要目的 确定声发射源的部位；确定声发射源的部位； 分析声发射源的性质；分析声发射源的性质； 确定声发射发生的时间或载荷；确定声发射发生的时间或载荷； 评定声发射源的严重性。一般而言，对超评定声发射源的严重性。一般而言，对超标声发射源，要用其它无损检测方法进行局标声发射源，要用其它无损检测方法进行局

26、部复检，以精确确定缺陷的性质与大小。部复检，以精确确定缺陷的性质与大小。 GB/T18182：检测由金属压力容器压力管道：检测由金属压力容器压力管道的器壁、焊缝、装配的零部件等表面和内部的器壁、焊缝、装配的零部件等表面和内部产生的声发射源，并确定声发射源的部位及产生的声发射源，并确定声发射源的部位及划分综合等级。划分综合等级。 中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH

27、 INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE114 4 声发射技术的特点声发射技术的特点声发射技术的优点声发射技术的优点 (1) 声发射检测是一种动态检验方法；声发射检测是一种

28、动态检验方法； (2) 声发射检测方法对线性缺陷较为敏感；声发射检测方法对线性缺陷较为敏感； (3) 声发射检测在一次试验过程中能够整体声发射检测在一次试验过程中能够整体探测和评价整个结构中缺陷的状态；探测和评价整个结构中缺陷的状态； (4) 可提供缺陷随载荷、时间、温度等外变可提供缺陷随载荷、时间、温度等外变量而变化的实时或连续信息，因而适用于工量而变化的实时或连续信息，因而适用于工业过程在线监控及早期或临近破坏预报；业过程在线监控及早期或临近破坏预报； 中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AN

29、D RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE

30、124 4 声发射技术的特点声发射技术的特点声发射技术的优点声发射技术的优点 (5) (5) 适于其它方法难于或不能接近环境下的适于其它方法难于或不能接近环境下的检测，如高低温、核辐射、易燃、易爆及极检测，如高低温、核辐射、易燃、易爆及极毒等环境；毒等环境； (6) (6) 对于在役压力容器的定期检验，声发射对于在役压力容器的定期检验，声发射检验方法可以缩短检验的停产时间或者不需检验方法可以缩短检验的停产时间或者不需要停产；要停产； (7) (7) 对于压力容器的耐压试验，声发射检验对于压力容器的耐压试验，声发射检验方法可以预防由未知不连续缺陷引起系统的方法可以预防由未知不连续缺陷引起系统的灾

31、难性失效和限定系统的最高工作压力；灾难性失效和限定系统的最高工作压力； (8) (8) 适于检测形状复杂的构件。适于检测形状复杂的构件。 中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECT

32、ION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE13声发射技术的缺点声发射技术的缺点 (1)(1)对数据的正确解释要有更为丰富的数据库和现场对数据的正确解释要有更为丰富的数据库和现场检测经验。因为声发射特性对材料甚为敏感，又易检测经验。因为声发射特性对材料甚为敏感，又易受到机电噪声的干扰。受到机电噪声的干扰。 (2) (2) 声发射检测，一般需要适当的加载程序。多数声发

33、射检测，一般需要适当的加载程序。多数情况下，可利用现成的加载条件，但有时，还需要情况下，可利用现成的加载条件，但有时，还需要特作准备；特作准备； (3) (3) 声发射检测目前只能给出声发射源的部位、活声发射检测目前只能给出声发射源的部位、活性和强度，不能给出声发射源内缺陷的性质和大小性和强度，不能给出声发射源内缺陷的性质和大小，仍需依赖于其它无损检测方法进行复验。，仍需依赖于其它无损检测方法进行复验。 4 4 声发射技术的特点声发射技术的特点 中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESE

34、ARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE14 5 5

35、 声发射检测方法和其它常规无损检测方法声发射检测方法和其它常规无损检测方法的特点对比的特点对比 声发射检测方法其它常规无损检测方法缺陷的增长活动缺陷的存在与作用应力有关与缺陷的形状有关对材料的敏感性较高对材料的敏感性较差对几何形状的敏感性较差对几何形状的敏感性较高需要进入被检对象的要求较少需要进入被检对象的要求较多进行整体监测进行局部扫描主要问题：噪声、解释主要问题：接近、几何形状 中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIP

36、MENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTECHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE156 6 声发射技术的应用领域声发射技术的应用领域 (1) (1) 石油化工工业；石油化工工业； (2) (2) 电力工业；电力工业； (3) (3) 材料试验；材料试验； (4) (4) 民用工程；民用工程； (5)