世界声发射技术的发展历程和现状

世界声发射技术的发展历程和现状

 

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(AE)，声发射是一种常见的物理现象，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。

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沧州欧谱，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。

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年以前世涂层测厚仪http://www.tucengcehouyi.com界上发表的声发射论文目录, 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。

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。

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、记录和频谱分析。

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) 石油化工工业：各种压力容器、压力管道和海洋石油平台的检测和结构完整性评价沧州欧谱，常压贮罐底部、各种阀门和埋地管道的泄漏检测等。

(2) 电力工业：高压蒸汽汽包、管道和阀门的检测和泄漏监测，汽轮机叶片的检测，汽轮机轴承

运行状况的监测，变压器局部放电的检测。

(3) 材料试验：材料的性能测试、断裂试验、疲劳试验、腐蚀监测和摩擦测试, 铁磁性材料的磁声发射测试等。

(4) 民用工程：楼房、桥梁、起重机、隧道、大坝的检测，水泥结构裂纹开裂和扩展的连续监视等。

(5) 航天和航空工业：航空器壳体和主要构件的检测和结构完整性评价，航空器的时效试验、疲劳试验检测和运行过程中的在线连续监测等。

(6) 金属加工：工具磨损和断裂的探测，打磨轮或整形装置与工件接触的探测，修理整形的验证，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。

(7) 交通运输业：长管拖车、公路和铁路槽车及船舶的检测和缺陷定位，铁路材料和结构的裂纹探测，桥梁和隧道的结构完整性检测，卡车和火车滚珠轴承和轴颈轴承的状态监测，火车车轮和轴承的断裂探测。

(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，转动机械的在线过程监测，钢轧辊的裂纹探测，汽车轴承强化过程的监测，铸造过程监测，Li/MnO2电池的充放电监测，沧州欧谱人骨头的摩擦、受力和破坏特性试验，骨关节状况的监测。

声发射检测方法在许多方面不同于其它常规无损检测方法，其优点主要表现为：

(1) 声发射是一种动态检验方法，声发射探测到的能量来自被测试物体本身，而不是象超声或射线探伤方法一样由无损检测仪器提供；

(2) 声发射检测方法对线性缺陷较为敏感，它能探测到在外加结构应力下这些缺陷的活动情况，稳定的缺陷不产生声发射信号；

(3) 在一次试验过程中，声发射检验能够整体探测和评价整个结构中活性缺陷的状态；

(4) 可提供活性缺陷随载荷、时间、温度等外变量而变化的实时或连续信息，因而适用于工业过程在线监控及早期或临近破坏预报；

(5) 由于对被检件的接近要求不高，而适于其它方法难于或不能接近环境下的检测，如高低温、核辐射、易燃、易爆及极毒等环境；

(6) 对于在用设备的定期检验，声发射检验方法可以缩短检验的停产时间或者不需要停产；

(7) 对于设备的加载试验，声发射检验方法可以预防由未知不连续缺陷引起系统的灾难性失效和限定系统的最高工作载荷；

(8) 由于对构件的几何形状不敏感，而适于检测其它方法受到限制的形状复杂的构件。