声发射缺陷检测技术的应用与发展

　　声发射技术是一种新兴的动态无损检测方法。近20年来,声发射技术已广泛应用于原子能、航空、航天、冶金、材料、地震、地质、石化、电力等工业中,而且随着其理论及仪器的完善和发展,声发射技术愈来愈显示出其不可比拟的优越性。

　　1　声发射检测(AE)原理

　　非均质材料在局部区域应力场作用下,产生局部非稳态,在应力场与材料局部不均质的条件下,在材料或结构内部产生了动态位移,致使材料或结构局部为保持暂时的更稳定平衡而产生快速变形,变形过程中扰动周边区域产生振荡波即弹性应力波,在材料或结构内部传播。产生快速变形(动态位移)的部位即发生声发射源的部位,其发生的弹性波,经介质传播到达被检体表面,经声发射传感器将表面的瞬态位移转换成电信号,声发射信号再经放大、处理后,形成其特性参数或其波形记忆,将其记录或显示,经数据的解释、处理,根据标准与规范评定声发射源的特性及等级。声发射波到达换能器并经检测系统处理后以波形显示出来,对此输出波形进行处理而得到一系列的声发射信号的表征参数,用户最终据此信息来评价声发射源的性质和状态。常见的表征参数有如下几种【1,2】

　　(1)声发射事件及事件计数:包络线所围起来的,波形幅度超过Ut(门槛电压)的一个矩形脉冲叫一个事件,如图所示;持续时间内事件次数的计数叫事件计数。

　　(2)振铃及振铃计数:

　　换能器每振荡一次输出的一个脉冲即振铃。对一持续时间内超过Ut(门槛电压)的振铃次数的计数叫振铃计数。

　　(3)振幅及振幅分布:又叫幅度及幅度分布。振幅是指声发射波形的峰值幅度;振幅分布是指事件计数或振铃计数对振幅的分布,有微分型和积分型两种表示方法。

　　(4)能量:针对仪器的输出信号进行能量分析。瞬态信号的能量以如下方式定义:

式中R:电压测量线路的输入电阻; U (t):电压。

　　(5)频谱及频谱分析:将所测得的时域声发射信号变换到频域加以分析的方法,如傅氏变换,可获得信号的频率结构及各谐波幅值和相位信息。

　　(6)声源位置座标:通过测定声源发射的声波传播到按一定几何关系布置的换能器上的相对时差,按一定规则计算可求得声源位置座标。常用的定位法有一维定位法(如直线定位法)和二维定位法。二维定位法中主要有阵列法和网络法。前着较为常见,后者较为先进,尤其三角网络定位法,是目前先进的声发射检测系统的核心定位方法【3】。

　　2　声发射技术的发展

　　声发射技术自从诞生到现在,经历了近半个世纪的发展,其基础技术理论、仪器的发展是相伴而行的。