聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

1、聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用報(bào)告內(nèi)容報(bào)告內(nèi)容v無(wú)損檢測(cè)簡(jiǎn)介無(wú)損檢測(cè)簡(jiǎn)介v聲發(fā)射檢測(cè)的原理和特點(diǎn)聲發(fā)射檢測(cè)的原理和特點(diǎn)v聲發(fā)射檢測(cè)的定位方法聲發(fā)射檢測(cè)的定位方法v聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用 第一部分第一部分 無(wú)損檢測(cè)無(wú)損檢測(cè) 一、一、 什么是無(wú)損檢測(cè)什么是無(wú)損檢測(cè) 無(wú)損檢測(cè)是在不破壞或損傷原材料和工件受檢對(duì)象的前提下，測(cè)定和評(píng)價(jià)物質(zhì)內(nèi)部或外表的物理和力學(xué)性能，并包括各類(lèi)缺陷和其他技術(shù)參數(shù)的綜合性應(yīng)用技術(shù) 。 二、無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用形式二、無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用形式（一）在生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制中的無(wú)損撿測(cè)，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(hù)的驗(yàn)收檢驗(yàn)

2、。（三）在產(chǎn)品使用過(guò)程中的監(jiān)測(cè)，即維護(hù)檢驗(yàn)。 三、無(wú)損檢測(cè)方法的種類(lèi)三、無(wú)損檢測(cè)方法的種類(lèi) 人們按照不同的原理，和不同的探測(cè)及信息處理方式，已經(jīng)應(yīng)用和正在研究的各種無(wú)損檢測(cè)方法，總共達(dá)70多種。目前在工業(yè)生產(chǎn)檢測(cè)中，應(yīng)用最廣泛的無(wú)損檢測(cè)方法主要是液體滲透法，磁粉檢測(cè)法，射線檢測(cè)法，超聲波檢測(cè)法和渦流檢測(cè)法。 第二部分第二部分 聲發(fā)射檢測(cè)原理聲發(fā)射檢測(cè)原理 聲發(fā)射技術(shù)在材料和結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)中占有很重要的地值，是在60年代發(fā)展起來(lái)的一種材料和構(gòu)件評(píng)價(jià)的新方法，現(xiàn)已成為一種不可缺少的檢測(cè)手段。v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(chēng)為聲發(fā)射聲發(fā)射。 v利用儀器檢

3、測(cè)、分析聲發(fā)射信號(hào)并利用聲發(fā)射信息推斷聲發(fā)射源的技術(shù)稱(chēng)為聲發(fā)射技術(shù)聲發(fā)射技術(shù)。 聲發(fā)射檢測(cè)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(dòng)變化的過(guò)程中，才能實(shí)施檢測(cè)。 一、聲發(fā)射的來(lái)源與產(chǎn)生一、聲發(fā)射的來(lái)源與產(chǎn)生v位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)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(shí)就會(huì)形成缺陷。高速運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)產(chǎn)生高頻率、低幅值的聲發(fā)射信號(hào)，而低速運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)則產(chǎn)生低頻率、高幅值的聲發(fā)射信號(hào)。據(jù)估計(jì)，大約100個(gè)到1000個(gè)位錯(cuò)同時(shí)運(yùn)動(dòng)可產(chǎn)生儀器能檢測(cè)到的連續(xù)信號(hào)；幾百個(gè)到幾千個(gè)位錯(cuò)同時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)可產(chǎn)生突發(fā)型信號(hào)。v裂紋的形

4、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(guò)程大體上可分為三個(gè)階段：裂紋形成；裂紋擴(kuò)展；最終斷裂。這三個(gè)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(cuò)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(duì)照，聲發(fā)射頻度高，每次發(fā)射強(qiáng)度小。 脆性材料和塑性材料的聲發(fā)射信號(hào)比較脆性材料和塑性材料的聲發(fā)射信號(hào)比較二、聲發(fā)射信號(hào)的特征參數(shù)二、聲發(fā)射信號(hào)的特征參數(shù)v聲發(fā)射事件 右圖是一個(gè)突發(fā)型信號(hào)的波形，經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波后，波

5、形超過(guò)頂置的閾值電壓形成一個(gè)矩形脈沖。一個(gè)突發(fā)型信號(hào)形成一個(gè)矩形脈沖叫做一個(gè)事件事件，這些事件脈沖數(shù)就是事事件計(jì)數(shù)件計(jì)數(shù)。單位時(shí)間的事件計(jì)數(shù)稱(chēng)為事件計(jì)數(shù)率事件計(jì)數(shù)率，其計(jì)數(shù)的累積則稱(chēng)為事件總數(shù)事件總數(shù)。 右圖是一個(gè)聲發(fā)射信號(hào)的振鈴波形，設(shè)置某一閾值電壓，振鈴波形超過(guò)這個(gè)閾值電壓的部分形成矩形窄脈沖，計(jì)算這些振鈴脈沖數(shù)就是振鈴計(jì)數(shù)振鈴計(jì)數(shù)單位時(shí)間的振鈴計(jì)數(shù)率則稱(chēng)為聲發(fā)射率聲發(fā)射率，累加起來(lái)稱(chēng)為振鈴總數(shù)振鈴總數(shù)。取一個(gè)事件的振鈴計(jì)數(shù)稱(chēng)為事件振鈴計(jì)事件振鈴計(jì)數(shù)數(shù)或振鈴振鈴/事件事件。 儀器輸出的聲發(fā)射信號(hào)是一個(gè)隨機(jī)信號(hào)，如下圖所示tpVVInfn00 一個(gè)事件的振鈴計(jì)數(shù)為：式中， 工作頻率， 衰減系

6、數(shù) ， 峰值電壓， 閾值電壓0fpVtVv振幅及振幅分布 振幅分布又稱(chēng)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(jì)數(shù)對(duì)振幅的分布，也可以是振鈴計(jì)數(shù)對(duì)振幅的分布。 v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(duì)儀器輸出的信號(hào)進(jìn)行的。瞬態(tài)信號(hào)的能量定義為 式中， 隨時(shí)間變化的電壓， 電壓測(cè)量電路的輸入阻抗。 dttVRE021 V tR第三部分第三部分 聲發(fā)射檢測(cè)定位方法聲發(fā)射檢測(cè)定位方法 v直線定位法直線定位法 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

7、個(gè)換能器，它們所確定的聲源位置必須在兩個(gè)換能器連線或圓弧線上。取坐標(biāo)原點(diǎn)為兩個(gè)換能器之間連線的中點(diǎn)，見(jiàn)下圖。聲源的位置坐標(biāo)可由下式 求出，2, 1112信號(hào)先到換能器，信號(hào)先到換能器tSigntSignvttSignx式中， 相對(duì)時(shí)差， 聲速。tvv平面三角形定位法平面三角形定位法 將4個(gè)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(gè)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(jiàn)右圖。在P(x，y)點(diǎn)有一聲源，在求出到達(dá)，和相對(duì)于的時(shí)差后，可以計(jì)算出聲源P(x，y)的位置。v歸一化正方陣定位法歸一化正方陣定位法 歸一化正方陣定位是一種

8、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(gè)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(shí)間到換能器2、3和4的時(shí)差來(lái)定位。 第四部分第四部分 聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用 v聲發(fā)射在材料研究中的應(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(cè)與三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)相結(jié)合 ，計(jì)算其開(kāi)裂應(yīng)力和變形量，評(píng)價(jià)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(duì)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(wèn)題解析法，根據(jù)聲波到達(dá)的時(shí)間差標(biāo)定

9、破壞源的位置，根據(jù)發(fā)射形式識(shí)別破壞模式，用逆卷積積分評(píng)價(jià)破壞源的大小。 v聲發(fā)射在焊接中應(yīng)用聲發(fā)射在焊接中應(yīng)用 1焊接質(zhì)量監(jiān)測(cè) 基本原理：在焊縫冷卻過(guò)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(dòng) 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(jì)數(shù)與焊后延遲時(shí) 間之間的關(guān)系 2壓力容器在役檢測(cè) 在容器受載過(guò)程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)整體監(jiān)測(cè)，特別適合無(wú)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(píng)定。在壓力容器的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面： (1)出廠水壓試驗(yàn)時(shí)的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)。 (2)容器定期檢修時(shí)水壓試驗(yàn)聲發(fā)射監(jiān)測(cè) 。 (3)運(yùn)行中壓力容器的聲發(fā)射監(jiān)測(cè) 。 (4)容器爆破試驗(yàn)時(shí)的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)。v聲發(fā)射在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用聲發(fā)射在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 據(jù)資料介紹，KC135運(yùn)輸機(jī)主要翼下的翼片是用7178T6合