聲發(fā)射的基本原理、特點(diǎn)及應(yīng)用

聲發(fā)射檢測(cè)的原理，從聲發(fā)射源發(fā)射的彈性波最終傳播到達(dá)材料的表面，引起可以用聲發(fā)射傳感器探測(cè)的表面位移，這些探測(cè)器將材料的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后再被放大、處理和記錄。固體材料中內(nèi)應(yīng)力的變化產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào), 在材料加工、處理和使用過(guò)程中有很多因素能引起內(nèi)應(yīng)力的變化，如位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、孿生、裂紋萌生與擴(kuò)展、斷裂、無(wú)擴(kuò)散型相變、磁疇壁運(yùn)動(dòng)、熱脹冷縮、外加負(fù)荷的變化等等。人們根據(jù)觀察到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行分析與推斷以了解材料產(chǎn)生聲發(fā)射的機(jī)制。

聲發(fā)射檢測(cè)的主要目的是：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。一般而言，對(duì)超標(biāo)聲發(fā)射源，要用其它無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行局部復(fù)檢，以精確確定缺陷的性質(zhì)與大小。

聲發(fā)射技術(shù)的特點(diǎn)

聲發(fā)射檢測(cè)方法在許多方面不同于其它常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：
(1) 聲發(fā)射是一種動(dòng)態(tài)檢驗(yàn)方法，聲發(fā)射探測(cè)到的能量來(lái)自被測(cè)試物體本身，而不是象超聲或射線探傷方法一樣由無(wú)損檢測(cè)儀器提供；
(2) 聲發(fā)射檢測(cè)方法對(duì)線性缺陷較為敏感，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) 在一次試驗(yàn)過(guò)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)中缺陷的狀態(tài)；
(4) 可提供缺陷隨載荷、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(guò)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)于在役壓力容器的定期檢驗(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)于壓力容器的耐壓試驗(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)的最高工作壓力；
(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。

由于聲發(fā)射檢測(cè)是一種動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，而且探測(cè)的是機(jī)械波，因此具有如下的特點(diǎn)：
(1) 聲發(fā)射特性對(duì)材料甚為敏感，又易受到機(jī)電噪聲的干擾，因而，對(duì)數(shù)據(jù)的正確解釋要有更為豐富的數(shù)據(jù)庫(kù)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)；
(2) 聲發(fā)射檢測(cè)，一般需要適當(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)，還需要特作準(zhǔn)備；
(3) 聲發(fā)射檢測(cè)目前只能給出聲發(fā)射源的部位、活性和強(qiáng)度，不能給出聲發(fā)射源內(nèi)缺陷的性質(zhì)和大小，仍需依賴于其它無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。

聲發(fā)射的應(yīng)用

前人們已將聲發(fā)射技術(shù)廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，主要包括以下方面：
聲發(fā)射檢測(cè)應(yīng)用在高壓儲(chǔ)氫罐檢測(cè)上(1) 石油化工工業(yè)：低溫容器、球形容器、柱型容器、高溫反應(yīng)器、塔器、換熱器和管線的檢測(cè)和結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)，常壓貯罐的底部泄漏檢測(cè)，閥門(mén)的泄漏檢測(cè)，埋地管道的泄漏檢測(cè)，腐蝕狀態(tài)的實(shí)事探測(cè)，海洋平臺(tái)的結(jié)構(gòu)完整性監(jiān)測(cè)和海岸管道內(nèi)部存在砂子的探測(cè)。
(2) 電力工業(yè)：變壓器局部放電的檢測(cè)，蒸汽管道的檢測(cè)和連續(xù)監(jiān)測(cè)，閥門(mén)蒸汽損失的定量測(cè)試，高壓容器和汽包的檢測(cè)，蒸汽管線的連續(xù)泄漏監(jiān)測(cè)，鍋爐泄漏的監(jiān)測(cè)，汽輪機(jī)葉片的檢測(cè)，汽輪機(jī)軸承運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)。
(3) 材料試驗(yàn)：復(fù)合材料、增強(qiáng)塑料、陶瓷材料和金屬材料等的性能測(cè)試，材料的斷裂試驗(yàn)，金屬和合金材料的疲勞試驗(yàn)及腐蝕監(jiān)測(cè)，高強(qiáng)鋼的氫脆監(jiān)測(cè)，材料的摩擦測(cè)試, 鐵磁性材料的磁聲發(fā)射測(cè)試等。
(4) 民用工程：樓房、橋梁、起重機(jī)、隧道、大壩的檢測(cè)，水泥結(jié)構(gòu)裂紋開(kāi)裂和擴(kuò)展的連續(xù)監(jiān)視等。
(5) 航天和航空工業(yè)：航空器的時(shí)效試驗(yàn)，航空器新型材料的進(jìn)貨檢驗(yàn)，完整結(jié)構(gòu)或航空器的疲勞試驗(yàn)，機(jī)翼蒙皮下的腐蝕探測(cè)，飛機(jī)起落架的原位監(jiān)測(cè)，發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和直升機(jī)葉片的檢測(cè)，航空器的在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，飛機(jī)殼體的斷裂探測(cè)，航空器的驗(yàn)證性試驗(yàn)，直升機(jī)齒輪箱變速的過(guò)程監(jiān)測(cè)，航天飛機(jī)燃料箱和爆炸螺栓的檢測(cè)，航天火箭發(fā)射架結(jié)構(gòu)的驗(yàn)證性試驗(yàn)。
(6) 金屬加工：工具磨損和斷裂的探測(cè)，打磨輪或整形裝置與工件接觸的探測(cè)，修理整形的驗(yàn)證，金屬加工過(guò)程的質(zhì)量控制，焊接過(guò)程監(jiān)測(cè)，振動(dòng)探測(cè)，鍛壓測(cè)試，加工過(guò)程的碰撞探測(cè)和預(yù)防。
(7) 交通運(yùn)輸業(yè)：長(zhǎng)管拖車(chē)、公路和鐵路槽車(chē)的檢測(cè)和缺陷定位，鐵路材料和結(jié)構(gòu)的裂紋探測(cè)，橋梁和隧道的結(jié)構(gòu)完整性檢測(cè)，卡車(chē)和火車(chē)滾珠軸承和軸頸軸承的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，火車(chē)車(chē)輪和軸承的斷裂探測(cè)。
(8) 其他：硬盤(pán)的干擾探測(cè)，帶壓瓶的完整性檢測(cè)，莊稼和樹(shù)木的干旱應(yīng)力監(jiān)測(cè)，磨損摩擦監(jiān)測(cè)，巖石探測(cè)，地質(zhì)和地震上的應(yīng)用，發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的在線過(guò)程監(jiān)測(cè)，鋼軋輥的裂紋探測(cè)，汽車(chē)軸承強(qiáng)化過(guò)程的監(jiān)測(cè)，鑄造過(guò)程監(jiān)測(cè)，Li/MnO2電池的充放電監(jiān)測(cè)，人骨頭的摩擦、受力和破壞特性試驗(yàn)，骨關(guān)節(jié)狀況的監(jiān)測(cè)。