聲發(fā)射檢測(cè)的原理和應(yīng)用,以及它的優(yōu)點(diǎn)和局限性
聲發(fā)射檢測(cè)(AE)是通過接收和分析材料的聲發(fā)射信號(hào)來評(píng)定材料性能或結(jié)構(gòu)完整性的動(dòng)態(tài)無損檢測(cè)方法。聲發(fā)射指材料中因裂縫擴(kuò)展、塑性變形或相變等引起應(yīng)變能快速釋放能量產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象現(xiàn)象。
聲發(fā)射檢測(cè)儀器分單通道和多通道兩種。單通道聲發(fā)射儀比較簡(jiǎn)單,主要用于實(shí)驗(yàn)室材料試驗(yàn);多通道聲發(fā)射儀是大型聲發(fā)射檢測(cè)儀器,有很多個(gè)檢測(cè)通道,可以確定聲發(fā)射源位置,根據(jù)來自各個(gè)聲源的聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度,判斷聲源的活動(dòng)性,實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)大型構(gòu)件的安全性,主要用于大型構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
因?yàn)樵S多材料的聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度很弱,人耳不能直接聽見,所以需要借助靈敏的聲發(fā)射檢測(cè)儀器才能監(jiān)測(cè)出來。用儀器探測(cè)、記錄、分析聲發(fā)射信號(hào)和利用聲發(fā)射信號(hào)推斷聲發(fā)射源的技術(shù)被稱為聲發(fā)射技術(shù)。聲發(fā)射信號(hào)分為突發(fā)型和連續(xù)型。如果聲發(fā)射事件信號(hào)是斷續(xù)的,且在時(shí)間上可以分開,那么這種信號(hào)就稱為突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)。如果大量的聲發(fā)射信號(hào)同時(shí)發(fā)生,且在時(shí)間上不可分辨,這些信號(hào)就叫做連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)。***般流體泄露,金屬塑性變形等都是連續(xù)型信號(hào)。
聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)主要包括硬件及軟件兩個(gè)方面。硬件主要包括傳感器、放大器、電纜、PCI卡、計(jì)算機(jī)等。其工作原理是聲發(fā)射源彈性波到達(dá)材料的表面,引起表面位移,探測(cè)器將材料的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)化成電信號(hào),然后再被放大、處理和記錄,人們根據(jù)觀察到的聲音發(fā)射信號(hào)進(jìn)行分析。
目前聲發(fā)射檢測(cè)作為***種成熟的無損檢測(cè)方法,已被廣泛應(yīng)用于石油化工工業(yè)、電力工業(yè)、材料試驗(yàn)、民用工程、航天和航空工業(yè)、金屬加工、交通運(yùn)輸業(yè)等領(lǐng)域。如監(jiān)視疲勞裂紋擴(kuò)展和焊接接頭質(zhì)量,壓力容器的制造、維修和運(yùn)轉(zhuǎn)中的檢測(cè),監(jiān)測(cè)核反應(yīng)堆運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下泄漏和危險(xiǎn)區(qū)域等等。
聲發(fā)射檢測(cè)主要為達(dá)到以下四個(gè)方面的目的:
1.確定聲發(fā)射源的部位。
2.分析聲發(fā)射源的性質(zhì)。
3.確定聲發(fā)射發(fā)生的時(shí)間或載荷。
4.評(píng)定聲發(fā)射源的嚴(yán)重性。
聲發(fā)射檢測(cè)方法在許多方面不同于其它常規(guī)無損檢測(cè)方法,其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn):
1.聲發(fā)射是***種動(dòng)態(tài)檢驗(yàn)方法,聲發(fā)射探測(cè)到的能量來自被測(cè)試物體本身,而不像超聲或射線探傷方法***樣由無損檢測(cè)儀器提供;
2.聲發(fā)射檢測(cè)方法對(duì)活性缺陷較為敏感,它能探測(cè)到在外加結(jié)構(gòu)應(yīng)力下這些缺陷的活動(dòng)情況,穩(wěn)定的缺陷不產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào);
3.在***次試驗(yàn)過程中,聲發(fā)射檢驗(yàn)?zāi)軌蛘w探測(cè)和評(píng)價(jià)整個(gè)結(jié)構(gòu)中活性缺陷的狀態(tài);
4.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);
5.由于對(duì)被檢件的接近要求不高,而適于其它方法難于或不能接近環(huán)境下的檢測(cè),如高低溫、核輻射、易燃、易爆及極毒等環(huán)境;
6.對(duì)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);
7.對(duì)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***高工作載荷;
8.由于對(duì)構(gòu)件的幾何形狀不敏感,而適于檢測(cè)其它方法受到限制的形狀復(fù)雜的構(gòu)件。
當(dāng)然,聲發(fā)射檢測(cè)也有***定的局限性:
1.聲發(fā)射特性對(duì)材料很敏感,又易受外部機(jī)電噪聲干擾,因而,對(duì)數(shù)據(jù)的正確解釋要有豐富的數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)經(jīng)驗(yàn);
2.聲發(fā)射檢測(cè),***般需要適當(dāng)?shù)募虞d程序。多數(shù)情況下,可利用現(xiàn)成的加載條件,但有時(shí)還需要特殊準(zhǔn)備;
3.由于聲發(fā)射的不可逆性,實(shí)驗(yàn)過程中的聲發(fā)射信號(hào)不可能通過多次加載重復(fù)獲得,因此,每次檢測(cè)過程的信號(hào)獲得是非常寶貴的,不可因人為疏忽而造成寶貴數(shù)據(jù)的丟失;
4.聲發(fā)射檢測(cè)所發(fā)現(xiàn)缺陷的定性定量依賴于其他無損檢測(cè)方法。