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声发射检测技术 声发射检测原理

来源:无损检测人才网 时间:2022-06-23 作者:无损检测人才网 浏览量:

通过接收和分析材料的声发射信号来评定材料性能或结构完整性的无损检测方法。材料中因裂缝扩展、塑性变形或相变等引起应变能快速释放而产生的应力波现象称为声发射。1950年联邦德国J.凯泽对金属中的声发射现象进行了系统的研究。1964年美国首先将声发射检测技术应用于火箭发动机壳体的质量检验并取得成功。此后,声发射检测方法获得迅速发展。

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1.声发射简介
声发射是指伴随固体材料在断裂时释放储存的能量产生弹性波的现象。利用接收声发射信号研究材料、动态评价结构的完整性称为声发射检测技术。
声发射技术是1950年由德国人凯泽(J.Kaiser)开始研究的,1964年美国应用于检验产品质量,从此获得迅速发展。声发射检测的基本原理见图。材料的范性形变、马氏体相变、裂纹扩展、应力腐蚀以及焊接过程产生裂纹和飞溅等,都有声发射现象,检测到声发射信号,就可以连续监视材料内部变化的整个过程。因此,声发射检测是一种动态无损检测方法。

2.声发射检测仪器

声发射检测仪器分单通道和多通道两种。单通道声发射仪比较简单,主要用于实验室材料试验。
多通道声发射仪是大型声发射检测仪器,有很多个检测通道,可以确定声发射源位置,根据来自各个声源的声发射信号强度,判断声源的活动性,实时评价大型构件的安全性。主要用于大型构件的现场试验。

3.声发射技术应用

声发射技术的应用已较广泛。可以用声发射鉴定不同范性变形的类型,研究断裂过程并区分断裂方式,检测出小于 0.01mm长的裂纹扩展,研究应力腐蚀断裂和氢脆,检测马氏体相变,评价表面化学热处理渗层的脆性,以及监视焊后裂纹产生和扩展等等。
在工业生产中,声发射技术已用于压力容器、锅炉、管道和火箭发动机壳体等大型构件的水压检验,评定缺陷的危险性等级,作出实时报警。在生产过程中,用声发射技术可以连续监视高压容器、核反应堆容器和海底采油装置等构件的完整性。
声发射技术还应用于测量固体火箭发动机火药的燃烧速度和研究燃烧过程,检测渗漏,研究岩石的断裂,监视矿井的崩塌,并预报矿井的安全性。

4.声发射技术特点

声发射法适用于实时动态监控检测,且只显示和记录扩展的缺陷,这意味着与缺陷尺寸无关。而是显示正在扩展的最危险缺陷。这样,应用声发射检验方法时可以对缺陷不按尺寸分类,而按其危险程度分类。
按这样分类,构件在承载时可能出现工件中应力较小的部位尺寸大的缺陷不划为危险缺陷,而应力集中的部位按规范和标准要求允许存在的缺陷因扩展而被判为危险缺陷。
声发射法的这一特点原则上可以按新的方式确定缺陷的危险性。因此,在压力管道、压力容器、起重机械等产品的荷载试验工程中,若使用声发射检测仪器进行实时监控检测,既可弥补常规无损检测方法的不足,也可提高试验的安全性和可靠性。
同时利用分析软件可对以后的运行安全做出评估。
2.AET技术对扩展的缺陷具有很高的灵敏度。其灵敏度大大高于其它方法,例如,声发射法能在工作条件下检测出零点几毫米数量级的裂纹增量,而传统的无损检测方法则无法实现。
3.声发射法的特点是整体性。用一个或若干个固定安装在物体表面上的声发射传感器可以检验整个物体。缺陷定位时不需要使传感器在被检物体表面扫描(而是利用软件分析获得),因此,检验及其结果与表面状态和加工质量无关。假如难以接触被检物体表面或不可能完全接触时,整体性特别有用。例如:绝热管道、容器、蜗壳;埋入地下的物体和形状复杂的构件;检验大型的和较长物体的焊缝时(如:桥机梁、高架门机等),这种特性更明显。
4.声发射法一个重要特性是能进行不同工艺过程和材料性能及状态变化过程的检测。声发射法还提供了讨论有关物体材料的应力—应变状态的变化。
所以,AET技术是探测焊接接头焊后延迟裂纹的一种理想手段。同样,象引水压力钢管的凑合节环焊缝,由于拘束度很大,在焊后冷却过程中,焊接造成的拉应力和冷缩产生的拉应力,可能会使应力集中系数较大的缺陷(如:未融合、不规则的夹渣、咬边等)萌生裂纹,这是不允许存在的。为了找出和避免这种隐患,用AET监测也是比较理想的手段。
5.对于大多数无损检测方法来说,缺陷的形状和大小、所处位置和方向都是很重要的,因为这些缺陷特性参数直接关系到缺陷漏检率。而对声发射法来说,缺陷所处位置和方向并不重要,换句话说,缺陷所处位置和方向并不影响声发射的检测效果。
6.声发射法受材料的性能和组织的影响要小些。例如:材料的不均匀性对射线照相和超声波检测影响很大,而对声发射法则无关紧要。因此,声发射法的使用范围较宽(按材料)。
例如,可以成功地用以检测复合材料,而用其它无损检测方法则很困难或者不可能。

7.使用声发射法比较简单,现场声发射检测监控与试验同步进行,不会因使用了声发射检测而延长试验工期。检测费用也较低,特别是对于大型构件整体检测,其检测费用远低于射线或超声检测费用。且可以实时地进行检测和结果评定。

5.声发射检测的原理

声发射检测的原理如下图所示,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

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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,然后再被放大、处理和记录。
固体材料中内应力的变化产生声发射信号, 在材料加工、处理和使用过程中有很多因素能引起内应力的变化,如位错运动、孪生、裂纹萌生与扩展、断裂、无扩散型相变、磁畴壁运动、热胀冷缩、外加负荷的变化等等。人们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。


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