聲發(fā)射及紅外無損檢測技術(shù)

6.4聲發(fā)射檢測技術(shù)利用儀器檢測、分析聲發(fā)射信號并利用聲發(fā)射信息推斷聲發(fā)射源的技術(shù)稱為聲發(fā)射技術(shù)。1聲發(fā)射檢測原理及特點(diǎn)特點(diǎn)：①檢測動(dòng)態(tài)缺陷，如缺陷擴(kuò)展，而不是檢測靜態(tài)缺陷；②缺陷的信息直接來自缺陷本身，而不是靠外部輸入掃查缺陷。材料或結(jié)構(gòu)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)象稱為聲發(fā)射。優(yōu)勢：6.4聲發(fā)射檢測技術(shù)優(yōu)勢：可提供活性缺陷隨載荷、時(shí)間、溫度等外變量而變化的實(shí)時(shí)或連續(xù)信息，因而適用于工業(yè)過程在線監(jiān)控及早期或臨近破壞預(yù)報(bào)；由于對被檢件的接近要求不高，因而適于其它方法難于或不能接近環(huán)境下的檢測，如高低溫、核輻射、易燃、易爆及有毒等環(huán)境；對于在用設(shè)備的定期檢驗(yàn)，聲發(fā)射檢驗(yàn)方法可以縮短檢驗(yàn)的停產(chǎn)時(shí)間或者不需要停產(chǎn)；對于設(shè)備的加載試驗(yàn)，聲發(fā)射檢驗(yàn)方法可以預(yù)防由未知不連續(xù)缺陷引起系統(tǒng)的災(zāi)難性失效和限定系統(tǒng)的最高工作載荷；由于對構(gòu)件的幾何形狀不敏感，而適于檢測其它方法受到限制的形狀復(fù)雜的構(gòu)件。20世紀(jì)50年代初德國凱賽爾所作的研究工作。在金屬材料的變形過程中觀察到到聲發(fā)射現(xiàn)象，并提出了著名的聲發(fā)射不可逆效應(yīng)。20世紀(jì)60年代，聲發(fā)射作為無損檢測技術(shù)，在美國原子能、宇航技術(shù)中興起，在焊接延遲裂紋監(jiān)視、壓力容器與固體發(fā)動(dòng)機(jī)殼體等檢測方面出現(xiàn)了應(yīng)用實(shí)例。20世紀(jì)70年代，在日、歐、我國等相繼得到發(fā)展。檢測設(shè)備的開發(fā)、基礎(chǔ)研究、檢測經(jīng)驗(yàn)均有限，故其進(jìn)展緩慢，僅獲得有限的成功。20世紀(jì)80年代，其研究與應(yīng)用從實(shí)驗(yàn)室研究擴(kuò)展到結(jié)構(gòu)評價(jià)、工業(yè)過程監(jiān)視等各領(lǐng)域，首先在金屬與玻璃鋼壓力容器、儲(chǔ)罐、管道等結(jié)構(gòu)件中，進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)化階段，成為一種新興動(dòng)態(tài)無損檢測方法。6.4聲發(fā)射檢測技術(shù)6.4聲發(fā)射檢測技術(shù)聲發(fā)射分:連續(xù)發(fā)射;突發(fā)發(fā)射。聲發(fā)射的來源與產(chǎn)生位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和塑性變形裂紋的形成和擴(kuò)展6.4聲發(fā)射檢測技術(shù)聲發(fā)射信號的特征參數(shù)聲發(fā)射事件聲發(fā)射信號的波形，經(jīng)過包絡(luò)檢波后，波形超過預(yù)置的閾值電壓形成一個(gè)矩形脈沖。如果一個(gè)突發(fā)型信號形成一個(gè)矩形脈沖叫做一個(gè)事件，這些事件脈沖數(shù)就是事件計(jì)數(shù)。單位時(shí)間的事件計(jì)數(shù)稱為事件計(jì)數(shù)率，其計(jì)數(shù)的累積則稱為事件總數(shù)。6.4聲發(fā)射檢測技術(shù)對聲發(fā)射信號的振鈴波形，設(shè)置某一閾值電壓，振鈴波形超過這個(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)。這是對振幅加權(quán)的一種計(jì)數(shù)方法，如果改變閾值電壓，則振鈴計(jì)數(shù)也發(fā)生變化。單位時(shí)間的振鈴計(jì)數(shù)率稱為聲發(fā)射率，累加起來稱為振鈴總數(shù)。取一個(gè)事件的振鈴計(jì)數(shù)稱為事件振鈴計(jì)數(shù)或振鈴/事件。6.4聲發(fā)射檢測技術(shù)計(jì)算01設(shè)聲發(fā)射事件可以近似為指數(shù)衰減的正弦波并表示為02設(shè)閾值電壓為Vt，則可以表示為03一個(gè)事件的振鈴計(jì)數(shù)可表示為041又稱幅度分布，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)對振幅的分布，也可以是振鈴計(jì)數(shù)對振幅的分相。振幅分布有兩種表示方法，即微分型和積分型。試驗(yàn)表明，不同的聲發(fā)射源具有不同的振幅分布譜。振幅及振幅分布2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。能量分析是針對儀器輸出的信號進(jìn)行的。瞬態(tài)信號的能量定義為能量6.4聲發(fā)射檢測技術(shù)6.4聲發(fā)射檢測技術(shù)2聲發(fā)射檢測定位方法(1)直線定位法換能器1換能器2一維聲發(fā)射定位6.4聲發(fā)射檢測技術(shù)平面三角形定位法6.4聲發(fā)射檢測技術(shù)歸一化正方陣定位法6.4聲發(fā)射檢測技術(shù)多通道檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成部分：信號接收部分、信號處理部分、測量顯示部分6.4聲發(fā)射檢測技術(shù)多通道檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6.4聲發(fā)射檢測技術(shù)4聲發(fā)射檢測的應(yīng)用(1)聲發(fā)射在材料研究中的應(yīng)用材料、工件或結(jié)構(gòu)在交變載荷作用下經(jīng)常發(fā)生疲勞斷裂，是最常見的故障之一。聲發(fā)射是監(jiān)測其發(fā)生和發(fā)展過程的重要手段。聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用是以材料的聲發(fā)射特性為基礎(chǔ)，不同材料的聲發(fā)射特性差異很大。即便是相同材料，影響聲發(fā)射特性的因素也很復(fù)雜。如熱處理狀態(tài)、組織結(jié)構(gòu)、試件的形狀以及加載方式等。采用聲發(fā)射監(jiān)測與三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)相結(jié)合可以評價(jià)表面滲透層(滲氟、滲碳等)的脆性。金屬材料非金屬材料聲發(fā)射在焊接中的應(yīng)用主要包括兩個(gè)方面：一是焊接過程中對焊縫質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及焊后進(jìn)行無損檢測。二是進(jìn)行壓力容器的在役檢測。出廠水壓試驗(yàn)時(shí)的聲發(fā)射監(jiān)測容器定期檢修時(shí)水壓試驗(yàn)聲發(fā)射監(jiān)測運(yùn)行中壓力容器的聲發(fā)射監(jiān)測容器爆破試驗(yàn)時(shí)的聲發(fā)射監(jiān)測聲發(fā)射在焊接中應(yīng)用6.4聲發(fā)射檢測技術(shù)6.4聲發(fā)射檢測技術(shù)6.4聲發(fā)射檢測技術(shù)6.4聲發(fā)射檢測技術(shù)聲發(fā)射在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件監(jiān)測中的應(yīng)用紅外無損檢測是利用紅外物理理論，把紅外輻射特性的分析技術(shù)和方法，應(yīng)用于被檢對象的無損檢測的一個(gè)綜合性應(yīng)用工程技術(shù)。紅外無損檢測技術(shù)的特點(diǎn)操作安全靈敏度高檢測效率高紅外無損檢測所存在的主要問題確定溫度值困難難于確定被檢物體的內(nèi)部熱狀態(tài)價(jià)格昂貴6.5紅外無損檢測2紅外無損檢測基礎(chǔ)6.5紅外無損檢測紅外輻射及傳輸1紅外輻射實(shí)際是波長為0.75~100μm的電磁波。紅外輻射亦稱為紅外線、熱輻射。2近紅外波段波長為0.75~3.0μm。中紅外波段波長為3.0~20μm遠(yuǎn)紅外波段波長大于20μm。紅外輻射分為三個(gè)波段01黑體如果有一個(gè)理想的物體，它對紅外的輻射率、吸收率與表面溫度及波長無關(guān)，且等于1(即全部吸收或全部輻射)，那么這種理想的輻射體和理想的吸收體稱為黑體。紅外輻射定律026.5紅外無損檢測6.5紅外無損檢測意義：定量地描述物體輻射或吸收紅外的能力。01輻射率：物體的實(shí)際輻射強(qiáng)度I和同溫度下黑體輻射強(qiáng)度Ib之比01基爾霍夫定律當(dāng)幾個(gè)物體處于同一溫度時(shí)，各物體輻射紅外線的能力正比于其本身吸收紅外線的能力，并且任何一個(gè)物體的紅外輻射能量密度可用下面公式表示：01231斯蒂芬—玻耳茲曼定律：物體紅外輻射的能量密度與其自身的熱力學(xué)溫度的四次方成正比，并與它的表面輻射率成正比。意義：描述了物體輻射紅外線能量均它的溫度之間關(guān)系。物體的溫度越高，它所輻射的紅外能量越大。維恩位移定律：給出了峰值波長與黑體溫度間關(guān)系的關(guān)系。輻射的峰值波長：對應(yīng)于輻射能量最大的波長。6.5紅外無損檢測當(dāng)紅外輻射在大氣中傳輸時(shí)，它的能量由于大氣的吸收而衰減。大氣對紅外輻射的吸收與衰減是有選擇性的，即對某種波長的紅外輻射，大氣幾乎全部吸收，就像大氣對這種波長的紅外相射先全不透明一樣；相反，對于另外一些紅外相射，大氣又幾乎一點(diǎn)也不吸收，就像完全透明一樣。01實(shí)驗(yàn)表明，能夠順利地透過大氣的紅外輻射主要有三個(gè)波長范圍：1~2.5μm、3~5μm和8~14μm?！銓⑦@三個(gè)波長范圍叫做大氣窗口。02紅外輻射的傳輸與衰減6.5紅外無損檢測紅外探測器將紅外輻射轉(zhuǎn)換為電信號的器件。光譜響應(yīng)：對不同波長的響應(yīng)。無選擇性探測器、選擇性探測器紅外探測器的主要性能指標(biāo)響應(yīng)率：將紅外輻射轉(zhuǎn)換為電信號的能力。6.5紅外無損檢測時(shí)間常數(shù)：表示紅外探測器對紅外輻射的響應(yīng)速度的一個(gè)參數(shù)01等效噪聲功率：產(chǎn)生與探測器噪聲輸出大小相等的信號所需要的入射紅外輻射能量密度。用符號NEP表示。02探測率：等于等效噪聲功率的倒數(shù)，是表示紅外探測器靈敏度大小的一個(gè)參數(shù)。036.5紅外無損檢測6.5紅外無損檢測熱電探測器熱敏電阻紅外探測器熱釋電探測器(2)常用紅外探測器光電探測器光電導(dǎo)型探測器光伏型探測器6.5紅外無損檢測(1)紅外測溫儀紅外測溫儀的主要特點(diǎn)紅外測溫儀的主要技術(shù)參數(shù)：測溫范圍、工作波段、分辨能力、響應(yīng)時(shí)間、目標(biāo)尺寸、距離系數(shù)、輻射率范圍紅外測溫儀使用要點(diǎn)：亮度溫度、輻射率的影響、儀器校正3紅外無損檢測儀器6.5紅外無損檢測紅外測溫儀所顯示的是被測物體的某一局部的平均溫度，而紅外熱像儀則顯示的是一幅熱圖，是物體紅外輻射能員密度的二維分布圖。通常一幅圖像由幾十萬或上百萬個(gè)像素組成，要想將物體的熱像顯示在監(jiān)視器上，首先需將熱保分解成像素，然后通過紅外探測器將其變成電信號，再經(jīng)過信號綜合，在監(jiān)視器上成像。圖像的分解一般采用光學(xué)機(jī)械掃描方法。目前高速的熱像儀可以做到實(shí)時(shí)顯示物體的紅外熱像。(2)紅外熱像儀紅外熱像儀的工作原理要用液氮、氖氣或熱電致冷，以保證在低溫下工作；光學(xué)機(jī)械掃描裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜。缺點(diǎn)：紅外熱像儀的特點(diǎn)和主要參數(shù)能顯示物體的表面溫度場，并以圖象的形式顯示，非常直觀。分辨力強(qiáng)，現(xiàn)代熱像儀可以分辨0.1℃甚至更小的溫差。顯示方式靈活多樣能與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，便于存儲(chǔ)和處理6.5紅外無損檢測(3)紅外熱電視6.5紅外無損檢測BDAC采用電子掃描入式熱電探測器的兩維紅外成像裝置。采用熱電探測器，不需液氮、氬氣或電致冷等。采用電子束掃描或電荷耦合器件搞描方式?？芍苯佑秒娨曪@示、記錄或重放等。6.5紅外無損檢測(1)紅外無損檢測在熱加工中的應(yīng)用點(diǎn)焊焊點(diǎn)質(zhì)量的無損檢測鑄模檢測壓力容器襯套檢測焊接過程檢測軸承質(zhì)量檢測4紅外無損檢測技術(shù)的應(yīng)用6.5紅外無損檢測電氣設(shè)備的紅外無損檢測紅外泄漏檢測紅外元損檢測的某些特殊應(yīng)用火車車輪軸承過熱的測量電子產(chǎn)品的紅外無損檢測6.5紅外無損檢測在夜間，使用較久、已經(jīng)破碎的道砟溫度，通常比新鋪設(shè)道砟的溫度低。這是由于，新鋪道砟間的空隙比較大，其中的空氣具有隔熱作用，可阻止白天獲得的熱量散發(fā)出去；而已破碎、陳舊道砟間的空隙比較小，無法保持更多熱量，所以，