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声发射检测技术的原理及应用

归档日期:07-11       文本归类:发射法      文章编辑:爱尚语录

  声发射检测技术的原理及应用_电子/电路_工程科技_专业资料。2 0年 3月 01 第 3期 ( 第 1 6期 ) 总 3 广 西 轻 工 业 G A G IO R AFL H D SR 计 算 机 与信 息 技 术 U N x JU N

  2 0年 3月 01 第 3期 ( 第 1 6期 ) 总 3 广 西 轻 工 业 G A G IO R AFL H D SR 计 算 机 与信 息 技 术 U N x JU N LOI TI UTY G N 声 发 射检 测 技 术 的原 理 及应 用 王 牛 俊 , 莉 陈 (. 1陕西 国防工 业职 业技 术 学院机械 工 程 系 , 西 户县 73 2 ;. 陕 1 0 2陕西 国防工 业职 业技 术 学 院电子工 程 系 , 0 陕 西 户县 7 3 2 1 0) 0 【 摘 要 】 声发射检测技术 是无损 检测中的 一种新方法, 它可以 提供连续的状态 信息, 适合于 设备在线监控及早期 破坏 预警。通过声发射传 感器采集 声信号 , 再利用计算机信号处理 系统对采集 的声信号进行 分析 、 转换 、 处理 , 以此为原理构成检 测 系 统 。该检 测技术是材料试验 、 水利水电工程设备在线监测和安全评 估的有效 手段 。 【 关键词 】 声 发射; 技术 检测 【 中图分类号 】 T 88 【 H 7 文献标识码 】 A 【 文章编号 】 10— 63 0 0 3 4 — 2 0 327( 1) — 9 0 2 0 1 引言 声发 射技 术 ( c u t m sinT c nq e 作 为一 门检 A o si E iso e h iu ) c 测技术起步于 2 0世纪 5 0年代的德 国 ,开始应用于材料研究 。 在 6 年代开始应用于无 损检测领域 。 国则于 7 0 我 0年代开始应 用声发射技术。声发射检测技术 已广泛应用于石油化工工业 、 电 力 工业 、 料 及 力 学 方 面 的研 究 、 材 汽车 工业 、 用 工 程 、 空 民 航 述 声发射信号的大小可判断是否有 裂纹产生 、 是否有泄漏 , 并 获知泄漏程度。 ( 旋转和往复运动机械 。特别是 高速旋转 机械 , 2) 由于运 行 过程 中不平衡 、 不对 中、 热弯 曲等 , 发生转子 碰磨 , 会 此时金 属 内部 晶格将发生滑移或重新排列 , 这个过程 中能量 的变化 以 弹性波 的形式释放出来 , 即产生 了声发射信号。 32 声 发 射 信 号 的 处 理 . 航 天、 金属加工 、 焊接质量检测 与监控等领域。 根据分析对象的不 同 , 以将声 发射信号处理方法分为两 可 2 声 发射 检测技 术 声发射又称应力波发射 , 当材料或零部件受外力作用发生 变形 、 断裂或内部应 力超 过屈服极限而进入不可逆 的塑性变形 阶段 , 都会以瞬态弹性波 形式释放 出应变 能 , 这种现象称 为声 大类 , 即参数分析法和波形分析法 。参数分 析法 的应 用相对成 熟, 而从理论上讲 , 波形分析 法能提供更多法信息量。 目前 , 这 两种方法在声发射检测技术 中都得到 了应用于发展。 下面简单 介绍声发射 信号参数分析和 波形分析处理法的基本原理。 (1) 声发射信号参数分析 发射(E 。在外部条件作用 下 , A) 材料或零部件 的缺陷或潜 在缺 陷改变状态而 自动发出瞬态弹性波的现象亦称为声发射 。 由于 参数分析处理法 就是通过对 测得 的声发射信号 进行初步 的处理和整理 ,变换 成不 同的声发射参 数来对声发 射源 的特 这种声发射弹性波能反映 出材料 的一些性质 , 故采用检测 声发 射信号 的方法 , 以判断材料或设备 的某种状态 。运用 仪器检 可 测、 记录、 分析声发射信 号 , 并利用声发射信号诊断发射源状态 的技术称为声 发射 检测技术 。 声发射检测技术是一种 动态无损 检测方法 , 它可 以对检测 对象进行实时监测 , 检测灵敏度高。 且 此外 , 几乎所有材料都具 有 声 发 射 特 性 , 以声 发 射 检 测 不 受 材 料 限 制 , 不 受 检 测 对 所 且 征、 状态进 行分析与处理 。 常用 的声发射参数有振铃计数、 冲 脉 持续 时间、 阔值 电压等 , 如图 1 所示 。对 于声发 射信 号的单位 , 目前还没有统一的标准 ,一般工程 中应用最多 的是声发射率 。 单位时间的矩形脉冲数称为声发射率 , 如图 1 中为 4 。 象的尺寸 、 何形状 、 几 工作环境等因素的影 响。 3 声发射 信 号的产 生及 处 理 31 声 发 射 信 号 的产 生 . l口 口口口 竺 l 图 1常 用声发射参数 示意图 声发射信号是材料或零 件在外部 条件作用下 , 以瞬态 弹性 虽然 每一个声发射参 数能提供 与声 发射源特 征相关 的信 波释放能量时而产生 的。声 发射信号 是一种复杂的波形 , 包含 大量 的发射源状 态信息 , 同时在波 的传 播过程 中 , 波形会发 生 变化并引入噪声。适用于声发射检测的机械设备 大体分两类 : (1) 管道及压力容器 。由于长期工作在 高温 高压下 , 容 很 易因材料疲劳 、 腐蚀等产生 裂纹。在裂纹成核 、 扩展 直至开裂 。 息, 但参数 的选 取存在较大 的主观性 和随意性 , 致使对 声发射 源 的评价也会存在较大的误 差。 这是限制参数分析法在声发射 技术 中应用的一个重要 因素 。 ( 声发射信 号波形分析 2) 声发射信号波形分 析处 理方法有频谱分析 法、 模态声发射 分析法和时频分析法 。 发射 信号本质 上是 一种 机械波 , 声 因此 , 都会不同程度地释放出应 变能 , 因此产生声发射信号。根据上 【 者简介 】 作 王牛俊(92 )男, 18一 , 湖南郴州人, 教, 要从事 助 主 焊接专业 教学与 质量 监控方面 工作。 4 9 对声发射信号的分析是以机械波在固体中的传播理论为基础 。 对于无限大或半无 限大的理想介质 , 我们可按 弹性波 的传播规 01 . 5 ) 律处理声发射波, 根据波动方程式 : p 毯 磐o j 萼 = ) + ∈ ( + UA 0t (1) ( 2) 0 ∞ Io o I o ∞O 笛O 3 0 , 0 , p t (+) 寿+ 0: u - p 斗 +) : t 壶+ ∈ u 厶 0 ( 3) 图 4 声发射捡 测基本原理示意图 频奉 & 图 5典型裂纹声发射频谱 图 式中 : △=8 +8y +8 。 y = ( 4) (5) 5 声 发射技 术 的应 用 51 声 发 射 技术 应 用 基 本 程序 : . 著+ + 斋 参 可以得 出固体弹性介质 中两种不同类型波的波动方程 。首 (1) 检测前准备工作 ; ( 确定传感器阵列 ; 2) 先, 由方程 式 中的式 (1) X 微分 , ( 对 Y求微分 , 对 求 式 2) 式 (3) z 对 求微分 , 然后将式 (1)( , 3) , 2) ( 相加 , 得到下式 : P旦 = + ) △ ( 2 at 一 ( 布置声发射传感器 , 3) 保证声耦 合 良好 ; ( 接线) 设定检测条件; ( 排除噪声干扰 ; 5) ( 校准检测系统 ; 6) ( 进行 A 7) E检测( 信号收集) ; ( 数据处理和结果评定 ; 8) ( 出具检测报告 。 9) 52 声 发 射 技 术 应 用 实例 . ( 6) 这里 , 是体积的相对 变形 , 即在固体弹性介 质中压缩变形 以波动形式传播 , 称为弹性介质 中的压缩波 , 其传播速 度 : V= (7) 在实际构件中声发射波 的传播要 比在理想 介质中的传播 复杂得多 , 声发射信号具有不可 预知性 、 瞬态性 、 号多样性和 信 干扰 噪声多样性特点 。在实际生产 中, 发射波在有 限厚度介 声 声发射检测技术越来越广泛地应用在水利水电工程 、 机械 设备 的监测等领域。我 国的水利水电工程 金属 结构 、 机电设备 方 面应 用了声发射检测技术 , 取得 良好效果 。如 :9 9年水利 19 部 质检 中心对湘江大源渡航 电枢纽 工程 的液压启 闭机油缸荷 载试验进行 了声发射监控检测和安全评定 , 对油缸缸底 吊耳和 活塞杆 吊耳采用 Z — 7 G3 0 5 0材料制造 的可行性 和安全性进行 1 了比较科学的实验鉴定 。 利用声发射技术可以对大型水轮机片 进行实 时监测 , 并对可能 出现的缺 陷提前预警 。利用声发射技 术 对 大 型 的压 力 容器 进 行 在 线监 测 等 。 质中的传播方式如图 2所示 , 波传播过 程中在 2个界 面上发 声 生多次反射 , 每次反射 都要发生 模式变换 , 这样 传播的波称为 循轨波, 具有 复杂的特性 。 换能嚣 图 2声发射波的传播示意图 6 结语 声发射检测技术是一种动态的无损检测方法 , 具有传统检 4 声发 射检测 系统 该检测 系统由声发 射传 感器 、 前置放大 滤波器 、 信号处理 系统三部分构成 , 如图 3 所示 。该 系统在实施 监测 时的工作原 理如 图 4所示。在预期产生缺陷 的部位放置声发射传感器 , AE 测方法所不能 比拟的特点 , 其具有 的在线监控和破坏预警 的功 能将使得声发射检测技术 的应用领域越来越广泛 , 并将大大提 高设备运行 的安全性 。 参 考 文 献 … 施克仁. 无损检测新技 术l . M】 北京: 清华大学 出版社,0 7 20. 源产生声发射信号 , 通过耦合界 面传 到 A E传感器 , AE传感器 采集包含 A E源的状态信息的 A 信号 ,通过放大滤波器等对 E 采集 的 AE信号进 行放 大 、 滤波 、 换 等处理 , 转 并将转 换后 的 【杨 明纬. 2 】 声发射检测【 . 机械工业 出 M】 北京: 版社, 0. 2 5 0 【 叶琳. 3 1 声发射技术在 设备 故障诊 断中的应用 Ⅱ 新技 术新 工艺。 0 , J . 2 0 0 () 8. A 信号传输到信 号采集处理系统 ,对采 集的信号 进行 比 E 对及 特征分析 , 通过外端显示设备输 出。图 5 所示 为典 型的裂纹声 发射频谱图。 广一一 一 一一 一 — — 【 黄文虎等著. 4 】 设备故 障诊 断原理 、 技术及应 用【 . M】 北京: 学 出版社, 科 】 6 99 . - 1 匾歪 引 美一 信号 处理 垂 霾囤 夏 ; 圃 — — — — — — — — — — — — — — — — I : 【 袁振 明. 5 】 声发射技术及其应 用【 】 M . 机械 工业出版社。 8 . 北京: 1 5 9 【 昊广辉等. 于声发射技 术的水轮机转轮 叶片裂纹检 测U_ 6 】 基 】 水利发电, 2 0 ,54. 0 92 () I 图 3 检 测 系统 构 成 示 意 图 5 0

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