聲發(fā)射檢測的原理和應用,以及它的優(yōu)點和局限性
聲發(fā)射檢測(AE)是通過接收和分析材料的聲發(fā)射信號來評定材料性能或結(jié)構(gòu)完整性的動態(tài)無損檢測方法。聲發(fā)射指材料中因裂縫擴展、塑性變形或相變等引起應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)射檢測儀器分單通道和多通道兩種。單通道聲發(fā)射儀比較簡單,主要用于實驗室材料試驗;多通道聲發(fā)射儀是大型聲發(fā)射檢測儀器,有很多個檢測通道,可以確定聲發(fā)射源位置,根據(jù)來自各個聲源的聲發(fā)射信號強度,判斷聲源的活動性,實時評價大型構(gòu)件的安全性,主要用于大型構(gòu)件的現(xiàn)場試驗。
因為許多材料的聲發(fā)射信號強度很弱,人耳不能直接聽見,所以需要借助靈敏的聲發(fā)射檢測儀器才能監(jiān)測出來。用儀器探測、記錄、分析聲發(fā)射信號和利用聲發(fā)射信號推斷聲發(fā)射源的技術被稱為聲發(fā)射技術。聲發(fā)射信號分為突發(fā)型和連續(xù)型。如果聲發(fā)射事件信號是斷續(xù)的,且在時間上可以分開,那么這種信號就稱為突發(fā)型聲發(fā)射信號。如果大量的聲發(fā)射信號同時發(fā)生,且在時間上不可分辨,這些信號就叫做連續(xù)型聲發(fā)射信號。***般流體泄露,金屬塑性變形等都是連續(xù)型信號。
聲發(fā)射檢測系統(tǒng)主要包括硬件及軟件兩個方面。硬件主要包括傳感器、放大器、電纜、PCI卡、計算機等。其工作原理是聲發(fā)射源彈性波到達材料的表面,引起表面位移,探測器將材料的機械振動轉(zhuǎn)化成電信號,然后再被放大、處理和記錄,人們根據(jù)觀察到的聲音發(fā)射信號進行分析。
目前聲發(fā)射檢測作為***種成熟的無損檢測方法,已被廣泛應用于石油化工工業(yè)、電力工業(yè)、材料試驗、民用工程、航天和航空工業(yè)、金屬加工、交通運輸業(yè)等領域。如監(jiān)視疲勞裂紋擴展和焊接接頭質(zhì)量,壓力容器的制造、維修和運轉(zhuǎn)中的檢測,監(jiān)測核反應堆運轉(zhuǎn)狀態(tài)下泄漏和危險區(qū)域等等。
聲發(fā)射檢測主要為達到以下四個方面的目的:
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)生的時間或載荷。
4.評定聲發(fā)射源的嚴重性。
聲發(fā)射檢測方法在許多方面不同于其它常規(guī)無損檢測方法,其優(yōu)點主要表現(xiàn)為以下幾點:
1.聲發(fā)射是***種動態(tài)檢驗方法,聲發(fā)射探測到的能量來自被測試物體本身,而不像超聲或射線探傷方法***樣由無損檢測儀器提供;
2.聲發(fā)射檢測方法對活性缺陷較為敏感,它能探測到在外加結(jié)構(gòu)應力下這些缺陷的活動情況,穩(wěn)定的缺陷不產(chǎn)生聲發(fā)射信號;
3.在***次試驗過程中,聲發(fā)射檢驗能夠整體探測和評價整個結(jié)構(gòu)中活性缺陷的狀態(tài);
4.可提供活性缺陷隨載荷、時間、溫度等外變量而變化的實時或連續(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報;
5.由于對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,如高低溫、核輻射、易燃、易爆及極毒等環(huán)境;
6.對于在用設備的定期檢驗,聲發(fā)射檢驗方法可以縮短檢驗的停產(chǎn)時間或者不需要停產(chǎn);
7.對于設備的加載試驗,聲發(fā)射檢驗方法可以預防由未知不連續(xù)缺陷引起系統(tǒng)的災難性失效和限定系統(tǒng)的***高工作載荷;
8.由于對構(gòu)件的幾何形狀不敏感,而適于檢測其它方法受到限制的形狀復雜的構(gòu)件。
當然,聲發(fā)射檢測也有***定的局限性:
1.聲發(fā)射特性對材料很敏感,又易受外部機電噪聲干擾,因而,對數(shù)據(jù)的正確解釋要有豐富的數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)場檢測經(jīng)驗;
2.聲發(fā)射檢測,***般需要適當?shù)募虞d程序。多數(shù)情況下,可利用現(xiàn)成的加載條件,但有時還需要特殊準備;
3.由于聲發(fā)射的不可逆性,實驗過程中的聲發(fā)射信號不可能通過多次加載重復獲得,因此,每次檢測過程的信號獲得是非常寶貴的,不可因人為疏忽而造成寶貴數(shù)據(jù)的丟失;
4.聲發(fā)射檢測所發(fā)現(xiàn)缺陷的定性定量依賴于其他無損檢測方法。