声发射技术AE简介及研究方法.pptx
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1、AE技术的国内外研究现状AE技术在工程中的实际应用结论和今后研究方向AE技术的研发背景0 1020304目录AE技术的研发背景0 1 材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射(Acoustic Emission,简称AE),有时也称为应力波发射。定义物理现象自然现象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。这种直接与变形和断裂机制有关的源,被称为声发射源。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,被称为其它或二次声发射源。利用这种“应力波发射”进行的无损检测,具有其他无损检测方法无法替代的效果。各种材料声发射信 号的频率范围很宽,从几H
2、z的次声频、20 Hz20K Hz的声频到数MHz的超声频;声发射信号幅度的变化范围也很大,从10m的微观位错运动到1m量级的地震波。如果声发射释放的应变能足够大,就可产生人耳听得见的声音。大多数材料变形和断裂时有声发射发生,但许多材料的声发射信号强度很弱,人耳不能直接听见,需要藉助灵敏的电子仪器才能检测出来。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源的技术称为声发射技术,人们将声发射仪器形象地称为材料的听诊器。声发射和微振动都是自然界中随时发生的自然现象,尽管无法考证人们何时首次听到声发射,但诸如折断树技、岩石破碎和折断骨头等的断裂过程无疑是人们最早听到的声发射信号。可以十
3、分肯定地推断“锡呜”是人们首次观察到的金属中的声发射现象,因为纯锡在塑性变形期间机械孪晶产生可听得到的声发射,而铜和锡的冶炼可追溯到公元前3700年。AE技术的国内外研究现状022.AE技术在国内发展现状1.AE技术在国外发展现状 现代声发射技术的开始以Kaiser二十世纪五十年代初在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程中都有声发射现象。他最有意义的发现是材料形变声发射的不可逆效应即:“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”。现在人们称材料的这种不可逆现象为“Kaiser效应”。Kaiser同时提出了连续型和
4、突发型声发射信号的概念。二十世纪五十年代末和六十年代,美国和日本许多工作者在实验室中作了大量工作,研究了各种材料声发射源的物理机制,并初步应用于工程材料的无损检测领域。Dunegan首次将声发射技术应用于压力容器的检测。美国于1967年成立了声发射工作组,日本于1969年成立了声发射协会。1.AE技术在国外发展现状 二十世纪七十年代初,Dunegan等人开展了现代声发射仪器的研制,他们把仪器测试频率提高到100KHz-1MHz的范围内,这是声发射实验技术的重大进展,现代声发射仪器的研制成功为声发射技术从实验室走向在生产现场用于监视大型构件的结构完整性创造了条件。随着现代声发射仪器的出现,整个七
5、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泛和系统的深入研究工作。在生产现场也得到了广泛的应用,尤其在化工容器、核容器和焊接过程的控制方面取得了成功。Drouillard于1979年统计出版了1979年以前世界上发表的声发射论文目录2,据他的统计,到1986年底世界上发表有关声发射的论文总数已超过5000篇3。1.AE技术在国外发展现状 八十年代初,美国PAC公司将现代微处理计算机技术引入声发射检测系统,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,并开发了一系列多功能高级检测和数据分析软件,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监测和
6、数据分析显示。由于第二代声发射仪器体积和重量小易携带,从而推动了八十年代声发射技术进行现场检测的广泛应用,另一方面,由于采用286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。1.AE技术在国外发展现状进入九十年代,美国PAC公司、美国DW公司、德国Vallen Systeme公司和中国广州声华公司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,还可直接进行声发射波形的观察、显示、记录
7、和频谱分析。2.AE技术在国内发展现状进进入入二二十十一一世世纪纪以以后后,随随着着计计算算机机技技术术以以及及通通信信技技术术的的快快速速发发展展,声声发发射射检检测测技技术术的的应应用用更更加加广广泛泛,可可以以完完成成更更加加复复杂杂的的检检测测内内容容。我我国国自自 1973 年年建建成成第第一一套套声声发发射射实实验验设设备备以以来来,已已经经先先后后研研制制了了不不同同通通道道的的多多种种型型号号声声发发射射检检测测系系统统。上上世世纪纪 80年年代代中中期期,我我国国已已经经在在压压力力容容器器的的无无损损检检测测当当中中应应用用到到了了声声发发射射检检测测技技术术,目目前前在在
8、各各种种材材料料加加工工诊诊断断以以及及声声发发射射仪仪器器制制造造等等方方面面也也开开展展了了广广泛泛的的研研究究和和探探索索,但但在在大大型型起起重重机机上上进进行行声声发发射射检检测测及及安安全全评评价价的的研研究究还还是是一一个个比比较较新新的的课课题题,需需要要在在前前人人研研究成果的基础上进行进一步探索。究成果的基础上进行进一步探索。2.1发展状况2.2相关学术活动 在学术交流活动方面,我国于1978年随着全国无损检测学会的建立成立了声发射专业委员会,并于1979年在黄山召开了第一届全国声发射会议;近10年来已固定每年召开一次声发射专业委员全体会议,并进行小规模的学术交流活动,每两
9、年召开一次全国学术会议进行大规模的学术交流活动和仪器演示活动,到目前为止已召开了九届,具体的会议时间和地点如表1所示,每次学术会议均出版论文集,收集论文40到50篇,与会代表60到80人。表表1 中国声发射学术会议举办的地点与时间中国声发射学术会议举办的地点与时间届次届次1234567891011121314时间 1979.71983.41986.111989.81993.91995.101997.101999.62001.82004.072006.082009.072012.082014.8地点黄山桂林长春青岛张家界峨眉山北京上海成都大庆杭州南京济南兰州2.3人员和仪器现状 据估计,我国目前
10、约有据估计,我国目前约有60多个科研院所、大专院校和专业检验单位在各个部多个科研院所、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,从业人员人员200多人。在人员培训方面,已有多人。在人员培训方面,已有5人以上以声发射检测技术的有关研究内容人以上以声发射检测技术的有关研究内容为论文题目获得博士学位,有为论文题目获得博士学位,有50多人获得硕士学位。在检测人员资格认可方面,多人获得硕士学位。在检测人员资格认可方面,航天工业无损检测人员资格考试委员会自九十年代末至今已培训航天工业
11、无损检测人员资格考试委员会自九十年代末至今已培训II级检验人员级检验人员30多多人,国家质量监督检验检疫总局锅炉、压力容器、压力管道和特种设备无损检测人,国家质量监督检验检疫总局锅炉、压力容器、压力管道和特种设备无损检测人员资格考试委员会于人员资格考试委员会于2002年已培训年已培训II级检验人员级检验人员80多人。多人。在仪器制造和销售方面,国内主要有科海恒生公司、广州声华公司和沈阳电在仪器制造和销售方面,国内主要有科海恒生公司、广州声华公司和沈阳电子所等,科海恒生公司制造和销售子所等,科海恒生公司制造和销售232通道通道CFAE-2001系列的参数式多通道声系列的参数式多通道声发射仪器,广
12、州声华公司制造和销售发射仪器,广州声华公司制造和销售232通道通道WAE2000系列的数字化全波形多系列的数字化全波形多通道声发射仪,沈阳电子所主要制造和销售通道声发射仪,沈阳电子所主要制造和销售28通道的多通道声发射仪。另外一通道的多通道声发射仪。另外一些单位针对具体设备的工程检测,基于声发射技术的原理研制出具有单一功能的些单位针对具体设备的工程检测,基于声发射技术的原理研制出具有单一功能的专用检测仪器,这些仪器主要包括轴承故障检测仪、阀门泄漏检测仪(沈阳电子专用检测仪器,这些仪器主要包括轴承故障检测仪、阀门泄漏检测仪(沈阳电子所)、高压变压器局部放电检测仪(沈阳变压器厂和北京电力科学研究院
13、)、摩所)、高压变压器局部放电检测仪(沈阳变压器厂和北京电力科学研究院)、摩擦声发射检测仪(北京航空航天大学)、岩石状态监测仪(广州声华公司)、声擦声发射检测仪(北京航空航天大学)、岩石状态监测仪(广州声华公司)、声发射燃条燃速测试仪(航天总公司发射燃条燃速测试仪(航天总公司44所)、高精度声发射对刀装置(国防科技大所)、高精度声发射对刀装置(国防科技大学)以及刀具破损监测仪等。学)以及刀具破损监测仪等。在现有声发射仪器设备的保有量方面,估计约有在现有声发射仪器设备的保有量方面,估计约有32通道及以上的仪器通道及以上的仪器20多台,多台,8到到24通道的仪器通道的仪器40多台,多台,1到到4通
14、道的仪器通道的仪器100多台。主要仪器机型为美国多台。主要仪器机型为美国PAC公公司的司的LOCAN、SPARTAN和和MISTRAS系列,德国系列,德国VALLEN公司的公司的AMSY系列,国系列,国内科海恒生公司的内科海恒生公司的CFAE系列,广州声华公司的系列,广州声华公司的WAE系列和沈阳电子所的声发射系列和沈阳电子所的声发射仪。仪。2.4标准状况 我国声发射检测标准的制定,既迟后于国内其它常规无损检测方法,我国声发射检测标准的制定,既迟后于国内其它常规无损检测方法,也与美国有很大的差距,但在许多方面已取得进展,检测术语、检测仪性也与美国有很大的差距,但在许多方面已取得进展,检测术语、
15、检测仪性能测试、金属压力容器检测方法、钛合金压力容器检测方法、复合材料构能测试、金属压力容器检测方法、钛合金压力容器检测方法、复合材料构件检测方法和在役金属容器检测方法等已分别颁布国家标准、国家军用标件检测方法和在役金属容器检测方法等已分别颁布国家标准、国家军用标准和行业标准,其余尚处在企业或内部标准阶段。目前已颁布主要声发射准和行业标准,其余尚处在企业或内部标准阶段。目前已颁布主要声发射标准目录如下:标准目录如下:GBT 12604.42005 声发射检测术语声发射检测术语GBT 181822000 金属压力容器声发射检测及结果评价方法金属压力容器声发射检测及结果评价方法GJB 204419
16、94 钛合金压力容器检测方法钛合金压力容器检测方法JBT 82831995 检测仪性能测试方法检测仪性能测试方法JB/T 76671995 在役压力容器声发射检测评定方法在役压力容器声发射检测评定方法JB/T 69161993 在役高压气瓶声发射检测和评定方法在役高压气瓶声发射检测和评定方法JB/T 76671995 在役压力容器声发射检测评定方法(在役压力容器声发射检测评定方法(JBT Q7531989修订)修订)QJ 29141996 复合材料构件声发射检测方法复合材料构件声发射检测方法GB/T 198002005 无损检测无损检测 声发射检测声发射检测 换能器的一级校准换能器的一级校准G
17、B/T 198012005 无损检测无损检测 声发射检测声发射检测 换能器的二级校准换能器的二级校准JB/T 107642007 常压金属储罐声发射检测及评价方法常压金属储罐声发射检测及评价方法AE技术在工程中的实际应用03目前声发射技术作为一种成熟的无损检测方法,已被广泛应用于许多领域,主要包括以下方面:(1)(1)石石油油化化工工工工业业:各各种种压压力力容容器器、压压力力管管道道和和海海洋洋石石油油平平台台的的检检测测和和结结构构完整性评价,常压贮罐底部、各种阀门和埋地管道的泄漏检测等。完整性评价,常压贮罐底部、各种阀门和埋地管道的泄漏检测等。(2)(2)电电力力工工业业:高高压压蒸蒸汽
18、汽汽汽包包、管管道道和和阀阀门门的的检检测测和和泄泄漏漏监监测测,汽汽轮轮机机叶叶片片的检测,汽轮机轴承运行状况的监测,变压器局部放电的检测。的检测,汽轮机轴承运行状况的监测,变压器局部放电的检测。(3)(3)材材料料试试验验:材材料料的的性性能能测测试试、断断裂裂试试验验、疲疲劳劳试试验验、腐腐蚀蚀监监测测和和摩摩擦擦测测试试,铁磁性材料的磁声发射测试等。铁磁性材料的磁声发射测试等。(4)(4)民民用用工工程程:楼楼房房、桥桥梁梁、起起重重机机、隧隧道道、大大坝坝的的检检测测,水水泥泥结结构构裂裂纹纹开开裂和扩展的连续监视等。裂和扩展的连续监视等。1(5)(5)航航 天天 和和 航航 空空
19、工工 业业:航航 空空 器器 壳壳 体体 和和 主主 要要 构构 件件 的的 检检 测测 和和 结结 构构 完完 整整 性性 评评 价价,航航 空空 器器 的的 时时 效效 试试 验验、疲劳疲劳试验检测和运行过程中的在线连续监测等。试验检测和运行过程中的在线连续监测等。(6)(6)金金属属加加工工:工工具具磨磨损损和和断断裂裂的的探探测测,打打磨磨轮轮或或整整形形装装置置与与工工件件接接触触的的探探测测,修修理理整整形形的的验验 证证,金属加工过程的质量控制,焊接过程监测,振动探测,锻压测试,加工过程的碰撞探测和预防。金属加工过程的质量控制,焊接过程监测,振动探测,锻压测试,加工过程的碰撞探测
20、和预防。(7)交交通通运运输输业业:长长管管拖拖车车、公公路路和和铁铁路路槽槽车车及及船船舶舶的的检检测测和和缺缺陷陷定定位位,铁铁路路材材料料和和结结构构的的裂裂 纹纹探探测测,桥桥梁梁和和隧隧道道的的结结构构完完整整性性检检测测,卡卡车车和和火火车车滚滚珠珠轴轴承承和和轴轴颈颈轴轴承承的的状状态态监监测测,火火车车车车轮轮和和轴轴承承的断裂探测。的断裂探测。(8)其他:硬盘的干扰探测,带压瓶的完整性检测,庄稼和树木的干旱应力监测,磨损摩擦监测,岩其他:硬盘的干扰探测,带压瓶的完整性检测,庄稼和树木的干旱应力监测,磨损摩擦监测,岩石探测,地质和地震上的应用,发动机的状态监测,转动机械的在线过
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