声发射检测技术在中国

1声发射检测技术在中国

21中国声发射检测技术的发展历程声发射技术于20世纪70年代初开始引入我国，正值是我国断裂力学发展的高峰，人们希望利用声发射预报和测量裂纹的开裂点。随后中科院沈阳金属研究所、航空航天部621所、机械部合肥通用机械研究院、武汉大学、航天部703所、上海交通大学等一些科研院所和大学开展了金属和复合材料的声发射特性研究。31中国声发射检测技术的发展历程20世纪80年代中期，中国特种设备检测研究院从美国PAC公司引进当时世界上先进的SPARTAN-AT声发射检测与信号处理分析系统，并在全国一些石化和煤气公司开展了大量球形储罐和卧罐等压力容器的检测，取得了成功的应用，得到了用户的认可。41中国声发射检测技术的发展历程随后，合肥通用机械研究院、大庆石油学院、冶金部武汉安全环保研究院、西安44所等多家单位相继引进国外的先进声发射仪器，开展了在压力容器、飞机、金属材料、复合材料和岩石领域的检测和应用。51中国声发射检测技术的发展历程进入20世纪90年代至今，由于声发射检测技术是一种动态无损检测技术，并具有实时、在线和整体检测等特点，所以声发射检测技术在我国的研究和应用呈快速发展的趋势。20世纪90年代初燕山石化、天津石化、大庆石化、大庆油田、哈尔滨炼化、广州石化、扬子石化、镇海石化、胜利油田和辽河油田等石油、石化企业广泛开展了压力容器的声发射检测工作，并取得显著的经济和社会效益。61中国声发射检测技术的发展历程一些研究和检测单位从国内外购进了数字化多通道声发射检测分析仪，开展了以波形分析为基础的声发射检测与信号处理分析。随着声发射研究领域的扩大，声发射的含义已广义化，比如泄漏过程、轴承的磨损、钻井过程、腐蚀过程、骨关节的损伤和变压器局部放电时发出的声波等都被称为声发射，而且有大量的研究和应用成果。这些广义解释的声发射情形很多，其共同特点是声源来自于被测对象的本身。71中国声发射检测技术的发展历程声发射检测与常规的无损检测方法有很大的差别，可以完成许多常规检测所不能完成的任务。因此，在我国石油、石化、电力、航空、航天、冶金、铁路、交通、煤炭、建筑、机械制造与加工等领域已经开展了广泛的声发射技术研究和应用。82声发射检测标准状况我国在声发射检测标准的制定方面已取得进展，目前已颁布的主要声发射标准有：GB／T12604.4—2005声发射检测术语GB／T18182—2000金属压力容器声发射检测及结果评价方法GJB2044—1994钛合金压力容器检测方法JB／T8283—1995检测仪性能测试方法92声发射检测标准状况JB/T7667—1995在役压力容器声发射检测评定方法JB/T6916—1993在役高压气瓶声发射检测和评定方法JB/T7667—1995在役压力容器声发射检测评定方法（JB／T

Q753－1989修订）QJ2914—1996复合材料构件声发射检测方法102声发射检测标准状况GB/T19800—2005无损检测声发射检测换能器的一级校准GB/T19801—2005无损检测声发射检测换能器的二级校准JB/T10764－2007常压金属储罐声发射检测及评价方法113声发射检测人员的培训和取证

据估计，我国目前约有100多个科研院所、大专院校和专业检验单位在各个部门和领域从事声发射技术的研究、检测应用、仪器开发、制造和销售工作，从业人员不断扩大。123声发射检测人员的培训和取证国家质量监督检验检疫总局特种设备无损检测人员资格考试委员会，以及航天工业无损检测人员资格考试委员会已经开展声发射II级检验人员的培训和取证工作，并编写了2部培训教材。自1998年以来，航天工业无损检测人员资格考试委员会已培训II级检验人员85人，4人取得声发射检测Ⅲ级证。国家质量监督检验检疫总局特种设备无损检测人员资格考试委员会已经培训II级声发射检验人员320人，16人取得Ⅲ级证。134声发射仪器研制在声发射仪器研制和生产方面，我国的起步并不算太晚。沈阳电子研究所于20世纪70年代开始从事声发射仪器的研究与开发，研制出单通道声发射仪，之后又推出4通道声发射仪和多种专用声发射测试仪器。长春试验机研究所自1972年起在多年试验和理论分析的基础上，先后于20世纪80年代中期研制出采用微处理计算机控制的36通道声发射源定位分析系统及旋转机械声发射故障诊断系统。144声发射仪器研制1995年，中国特种设备检测研究院研制出硬件采用PC-AT总线、软件采用WINDOWS界面的多通道(2~64通道)声发射检测分析系统。2000年，广州声华科技有限公司基于大规模可编程集成电路（FPGA）技术，研制出全波形全数字化多通道声发射检测分析系统。声华科技公司多次将新研制的声发射仪器带到国外，参加国际无损检测大会、国际声发射学术会议及展览会，得到与会专家的好评，使我国的声发射仪器在国外也有一定的影响。154声发射仪器研制2002年，中国特种设备检测研究院与声华科技公司合作，研制出基于信号处理集成电路（DSP）技术的全数字化多通道声发射检测分析系统。新仪器的不断推出，加快了我国声发射技术研究与应用的进程。165声发射信号处理技术在声发射信号的处理和分析方面，除常用经典声发射信号参数和定位分析之外，我国目前开展了处于世界前沿的基于波形分析基础之上的经典谱分析、现代谱分析、小波分析和人工神经网络模式识别。此外，灰色关联分析和模糊分析等先进技术也已用于声发射信号处理，并在此基础上自主开发了进行各种信号分析和识别的软件包。175声发射信号处理技术近年来，北京航空工程技术研究中心和北京声华兴业科技有限公司等单位开展了模态声发射（简称MAE）理论和应用研究。该技术是一种基于波形分析的声发射信号处理技术，其研究背景是由于工程上大量使用的板状结构厚度远小于声波波长，声发射源在板中主要激励起扩展波（最低阶对称波S0）、弯曲波（最低阶反对称波A0）和水平切变（SH）波三种模式的声波。185声发射信号处理技术面内（IP）力源主要产生的是扩展波，离面（OOP）力源主要产生弯曲波。两种声源都有可能产生SH波。大量的非AE源或噪声没有这种特征。这三种波的波形特征不同、声传播速度不同、其主要频率范围也不相同，并都与噪声信号有很大差别，是一种有效的声发射信号处理方法。196声发射学术会议1978年，随着全国无损检测学会的建立，成立了第一届声发射专业委员会，并于1980年在黄山召开了第一届全国声发射学术研讨会。到目前为止，声发射专业委员会已改选了八届。每一届声发射专业委员会都为我国各阶段声发射技术的发展做出了重要贡献，培养了一大批声发射研究领域的人才，提高了我国声发射技术的应用水平。

206声发射学术会议近15年来，声发射专业委员会每两年召开一次全国性学术会议，在石油化工、电力、材料试验、民用工程、航天和航空、金属加工和交通运输等工业和研究领域进行广泛的声发射学术交流和仪器展示活动。216声发射学术会议通过邀请国内外声发射领域的知名专家和学者，针对研究热点（如声发射技术在国内外研究的最新进展、数字式声发射仪器的发展方向、声发射信号分析的新技术、声发射技术在航空和航天方面的应用以及声发射技术在石化工业中的应用等）在会议上做专题报告。这些学术活动大大促进了我国声发射技术的研究与发展。到目前为止，中国声发射学术会议已召开了十一届，每次学术会议均收集论文40~60篇，与会代表60~80人（表1）。226声发射学术会议表1中国历届声发射学术会议举办情况届次时间地点主办单位11980.10黄山合肥通用机械研究院2

1983.10桂林声发射学组3

1986.11长春长春试验机研究所4

1989.10黄岛北京航空材料研究院51993.09张家界沈阳计算机技术研究设计院,国防科技大学236声发射学术会议表1中国历届声发射学术会议举办情况届次时间地点主办单位61995.10峨眉山中国特种设备检测研究院71997.10北京北京航空工程技术研究中心81999.06上海上海交通大学92001.08成都航天材料及工艺研究所102004.08大庆大庆石油学院112006.08杭州浙江省特种设备检测研究院246声发射学术会议专业委员会还积极组织和推荐声发射研究人员参加国际学术交流，如参加国际声发射学术研讨会和世界无损检测会议，以介绍我国声发射理论和技术研究的最新成果，所发表的论文得到国外同行的好评。257声发射检测技术

的主要应用领域7.1压力容器的声发射检测压力容器检测是目前声发射技术在中国开展应用最成功和普遍的领域之一。大量试验研究和现场应用为制定GB／T18182—2000标准奠定了良好的基础。目前，国内每年采用声发射技术检测大型压力容器约400～700台。267.1压力容器的声发射检测综合分析有关文献，声发射技术应用于压力容器结构完整性检测与评价可分为三个方面，即①新制压力容器的声发射检测与评价。②压力试验过程中，在用压力容器的声发射检测和评定。③压力容器的声发射在线监测和评定。277.1压力容器的声发射检测压力试验过程中的声发射检测效果最理想，此时是用声发射技术对压力容器进行整体检测，以找出容器上存在的活性缺陷，弥补了盲目抽检的不足，提高了容器的安全使用性能。由于只针对声发射检测出的活性缺陷进行局部复验，而且复验比例远远小于100%焊缝长度，从而大大缩短检测时间，为用户带来很大的直接经济效益，采用上述方法检测出严重超标的活性缺陷，可采用缺陷评定方法进一步提高压力容器的安全可靠性。287.1压力容器的声发射检测压力容器声发射在线监测和评定应用最具优势。国内有关检验单位已对难以停产检修的许多容器、储罐和其它结构进行了在线检测、评定工作，解决了用户生产与安全的难题。它适用于背景噪声小，操作稳定和可变载的工况条件。通过压力容器的在线检测与评价，确定其安全等级和提供合理的维修计划，这种检测方法深受广大压力容器用户的欢迎。297.2大型常压储罐

的声发射在线检测声发射检测技术是一种适用于对大型常压储罐底部腐蚀与泄漏进行在线检测的技术，它在美国、英国、法国、澳大利亚和日本等国家已得到大量应用，在石油和石油化工领域具有广泛的应用前景。307.2大型常压储罐

的声发射在线检测1999年，大庆石油学院开展了大型油罐罐底腐蚀与泄漏声发射在线检测研究与应用工作。研究了常压储罐罐底腐蚀、泄漏的声发射信号特征和分析方法，进行了300多台常压储罐的检测与评价，其检测结果得到漏磁扫描检测仪器的开罐检测验证。目前，中国特种设备检测研究院、合肥通用机械研究院、浙江省特种设备检测研究院等有关单位也作了大量的研究和现场检测工作，并制定了相关行业标准。317.3航空航天工业中的应用早在20世纪80年代初，国内有关单位就进行了飞机机翼疲劳试验过程中的声发射监测研究，并在信号处理和识别技术方面积累了宝贵经验。近年来，北京航空工程技术研究中心在某型飞机的全尺寸疲劳试验过程中，用声发射技术对其主梁螺孔和隔框连接螺栓等部位疲劳裂纹的形成和扩展进行了跟踪监测，积累了大量数据，成功对疲劳裂纹产生的声发射信号进行了识别。327.3航空航天工业中的应用通过模态声发射理论和方法、材料损伤声发射源机制、材料疲劳损伤与声发射特征参数之间关系、材料腐蚀损伤与AE特征参数之间关系的研究，声发射检测技术在航空新材料性能检测、飞机疲劳损伤的声发射实时监测方面发挥了重要作用。337.4复合材料的声发射特性研究复合材料承力件的最终失效是一系列细观损伤累积的结果。尽管复合材料的损伤形式有各自的复杂性,但其共同点是材料在损伤和破坏发生和发展时产生明显的声发射现象。复合材料受力产生的各种变形和断裂（如基体开裂、层间分离、纤维与基体界面分离和纤维断裂等）都是声发射源。中科院沈阳金属所、航空航天621所、航空航天703所和44所等单位在复合材料声发射检测领域做了大量工作，并起草了内部的检测与评价标准。347.4复合材料的声发射特性研究目前，采用声发射技术已能检测每根碳纤维或玻璃纤维丝束的断裂及丝束断裂载荷的分布，从而评价质量。声发射技术还可以区分复合材料层板不同阶段的断裂特性。另外，我国也有人采用声发射技术研究碳纤维增强聚酰亚胺复合材料升温固化的特性等。357.5大型水坝岩石的声发射监测在岩石受力破坏过程的声发射特性方面，国内一些学者进行过广泛的室内实验研究，包括岩石受压、张拉、剪切和断裂实验条件下的声发射特性研究等。通过对岩石受力破坏过程中应力、应变与声发射参数的关系和声发射前兆特征的研究，进一步认识岩石的破坏机理，给出合理的岩石破坏的前兆判据，提高岩石稳定性声发射监测预报的准确率。

367.5大型水坝岩石的声发射监测武汉安全环保研究院近20年来一直开展矿山和大型水坝岩石塌方的监测研究和应用工作。近年来，在长江三峡大坝对一些关键部位的岩石活动情况进行监测，并对声发射监测结果进行了深入的分析，所取得成果为三峡大坝的建设提供了重要依据，并为其它工程高边坡岩体声发射监测和预报积累了经验。377.6机械制造过程中的声发射监控声发射应用于机械制造过程或机加工过程的监控始于20世纪70年代末，我国在这一领域起步早、发展快。早在1986年，国防科技大学等单位就进行了用声发射监测机加工刀具磨损的研究工作。387.6机械制造过程中的声发射监控近年来，一些单位已研制成功车刀破损监测系统和钻头折断报警系统，前者的检测准确率高达99%。根据刀具与工件接触时挤压和摩擦产生声发射的原理，我国还成功研制出了高精度声发射对刀装置，用以保证配合件的加工精度。20世纪90年代以后，有些部门已开始用人工神经网络进行刀具状态监控、切削形态识别与控制以及磨削接触与砂轮磨损监测等。397.7转动机械中滚动轴承

的声发射检测在转动机械中，滚动轴承是最容易损坏的机械零件之一，约有30%的转动机械故障是由于轴承的损坏造成的。滚动轴承在转动时如果发出异常声响，表明滚动轴承出现故障先兆或是故障已经发生。利用声发射检测技术对滚动轴承进行检测和分析判断，就可及时发现滚动轴承各种故障，保障设备正常运转。407.7转动机械中滚动轴承

的声发射检测国内一些大学和研究机构将声发射检测技术用于离心压缩机和火车车轮滚动轴承的故障诊断，对滚动轴承外圈、滚动体、内圈和保持架等各类故障进行诊断研究。研究出专用仪器和软件，利用小波分析对所采集声学故障信号特征加以提取,并对滚动轴承各类故障类型做出评判，达到滚动轴承故障诊断的目的。417.8管道与阀门泄漏的声发射检测管道泄漏声发射检测技术的研究主要集中在高校和研究院所，如中国特种设备检测研究院、清华大学、北京工业大学、大庆石油学院、东北大学和西安交通大学等。427.8管道与阀门泄漏的声发射检测通过对管道泄漏源处声源产生机理、泄漏源处的声学特性、声波在管道中的传播特性、管道泄漏产生连续声源的定位方法（基于声信号衰减特性和能量累计的定位方法、小波包理论的定位方法和神经元网络系统的定位方法等）、基于波导杆辅助检测管道泄漏的方法等方面的系统研究，为声发射技术用于管道泄漏检测的工程应用打下了良好的基础。437.8管道与阀门泄漏的声发射检测大庆石油学院声发射检测与结构完整性评价实验室根据石油石化行业阀门的实际使用情况，研究了承压阀门内漏检测和内漏量估算方法，编制了信号分析和数据库软件，以解决目前阀门内漏检测和安全性方面存在的问题。447.9变压器局部放电声发射检测大型电力变压器的故障以绝缘故障为主,局部放电不仅是绝缘劣化的原因,也是绝缘劣化的先兆和表现形式。局部放电的声发射检测能够提前反映变压器的绝缘状况,及时发现变压器内部的绝缘缺陷,预防潜伏性和突发性事故发生。457.9变压器局部放电声发射检测广东省电力试验研究所等单位引进国外先进的声发射检测系统,在大型电力变压器局部放电声发射检测中取得成功。但在现场应用中,由于受到多种因素的干扰,检测灵敏度和定位精确度受到一定影响，因此需要从定位理论、识别算法等方面作进一步研究，此外还应深入研究局部放电的理论基础,在放电情况下，探讨不同绝缘系统中老化性质、形式和程度等因素与声发射检测信号之间的关系,提高大型电力变压器局部放电诊断的准确性。467.10木质材料的声发射检测近年来,国内的木材研究人员的研究工作主要集中在当外部条件(受力、温度)改变的情况下,利用声发射研究木质材料的各种力学性能。在木材干燥过程中,当温度变化时，木材内部因应力分布不均造成局部应力集中而释放应变能,从而产生丰富的声发射信号。477.10木质材料的声发射检测结合自动化技术和先进的信号分析技术,可研究声发射信号特征参数与干燥过程中木材含水率、变形和开裂之间的关系,建立非线性模型,便可以实时自动地调整工艺参数和基准,实现对整个