声发射及红外无损检测技术.ppt
6.4 声发射检测技术,利用仪器检测、分析声发射信号并利用声发射信息推断声发射源的技术称为声发射技术。,1 声发射检测原理及特点,特点：检测动态缺陷，如缺陷扩展，而不是检测静态缺陷；缺陷的信息直接来自缺陷本身，而不是靠外部输入扫查缺陷。,材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性波形式释放出应变能的现象称为声发射。,6.4 声发射检测技术,优势：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；由于对被检件的接近要求不高，因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、易爆及有毒等环境；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；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；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。,6.4 声发射检测技术,20世纪50年代初 德国凯赛尔所作的研究工作。在金属材料的变形过程中观察到到声发射现象，并提出了著名的声发射不可逆效应。20世纪60年代，声发射作为无损检测技术，在美国原子能、宇航技术中兴起，在焊接延迟裂纹监视、压力容器与固体发动机壳体等检测方面出现了应用实例。20世纪70年代，在日、欧、我国等相继得到发展。检测设备的开发、基础研究、检测经验均有限，故其进展缓慢，仅获得有限的成功。20世纪80年代，其研究与应用从实验室研究扩展到结构评价、工业过程监视等各领域，首先在金属与玻璃钢压力容器、储罐、管道等结构件中，进入工业应用和标准化阶段，成为一种新兴动态无损检测方法。,6.4 声发射检测技术,声发射分:1）连续发射;2）突发发射。,(1)声发射的来源与产生位错运动和塑性变形裂纹的形成和扩展,6.4 声发射检测技术,(2)声发射信号的特征参数,声发射事件声发射信号的波形，经过包络检波后，波形超过预置的阈值电压形成一个矩形脉冲。如果一个突发型信号形成一个矩形脉冲叫做一个事件，这些事件脉冲数就是事件计数。单位时间的事件计数称为事件计数率，其计数的累积则称为事件总数。,6.4 声发射检测技术,对声发射信号的振铃波形，设置某一阈值电压，振铃波形超过这个阈值电压的部分形成矩形窄脉冲，计算这些振铃脉冲数就是振铃计数。这是对振幅加权的一种计数方法，如果改变阈值电压，则振铃计数也发生变化。单位时间的振铃计数率称为声发射率，累加起来称为振铃总数。取一个事件的振铃计数称为事件振铃计数或振铃/事件。,6.4 声发射检测技术,计算,设声发射事件可以近似为指数衰减的正弦波并表示为,设阈值电压为Vt，则可以表示为,一个事件的振铃计数可表示为,6.4 声发射检测技术,振幅及振幅分布又称幅度分布，振幅是指声发射波形的峰值振幅。振幅及振幅分布被认为是可以更多地反映声发射源信息的一种处理方法。它既可以是事件计数对振幅的分布，也可以是振铃计数对振幅的分相。振幅分布有两种表示方法，即微分型和积分型。试验表明，不同的声发射源具有不同的振幅分布谱。,能量声发射能量反映了声发射源以弹性波形式释放的能量。能量分析是针对仪器输出的信号进行的。瞬态信号的能量定义为,6.4 声发射检测技术,2 声发射检测定位方法,(1)直线定位法,6.4 声发射检测技术,(2)平面三角形定位法,6.4 声发射检测技术,(3)归一化正方阵定位法,6.4 声发射检测技术,3 多通道检测系统结构,组成部分：信号接收部分、信号处理部分、测量显示部分,6.4 声发射检测技术,3 多通道检测系统结构,6.4 声发射检测技术,4声发射检测的应用,(1)声发射在材料研究中的应用,材料、工件或结构在交变载荷作用下经常发生疲劳断裂，是最常见的故障之一。声发射是监测其发生和发展过程的重要手段。声发射技术的应用是以材料的声发射特性为基础，不同材料的声发射特性差异很大。即便是相同材料，影响声发射特性的因素也很复杂。如热处理状态、组织结构、试件的形状以及加载方式等。采用声发射监测与三点弯曲试验相结合可以评价表面渗透层(渗氟、渗碳等)的脆性。,金属材料,非金属材料,6.4 声发射检测技术,声发射在焊接中的应用主要包括两个方面：一是焊接过程中对焊缝质量进行实时监控，以及焊后进行无损检测。二是进行压力容器的在役检测。出厂水压试验时的声发射监测容器定期检修时水压试验声发射监测运行中压力容器的声发射监测容器爆破试验时的声发射监测,(2)声发射在焊接中应用,6.4 声发射检测技术,6.4 声发射检测技术,6.4 声发射检测技术,(3)声发射在飞机结构件监测中的应用,6.5 红外无损检测,(1)确定温度值困难(2)难于确定被检物体的内部热状态(3)价格昂贵,红外无损检测是利用红外物理理论，把红外辐射特性的分析技术和方法，应用于被检对象的无损检测的一个综合性应用工程技术。,1 红外无损检测技术的特点,红外无损检测所存在的主要问题,(1)操作安全(2)灵敏度高(3)检测效率高,6.5 红外无损检测,(1)红外辐射及传输红外辐射实际是波长为0.75100m的电磁波。红外辐射亦称为红外线、热辐射。,2 红外无损检测基础,6.5 红外无损检测,红外辐射分为三个波段(1)近红外波段 波长为0.753.0m。(2)中红外波段 波长为3.020m(3)远红外波段 波长大于20m。,红外辐射定律(1)黑体如果有一个理想的物体，它对红外的辐射率、吸收率与表面温度及波长无关，且等于1(即全部吸收或全部辐射)，那么这种理想的辐射体和理想的吸收体称为黑体。,6.5 红外无损检测,意义：定量地描述物体辐射或吸收红外的能力。,辐射率：物体的实际辐射强度I和同温度下黑体辐射强度Ib之比,（2）基尔霍夫定律 当几个物体处于同一温度时，各物体辐射红外线的能力正比于其本身吸收红外线的能力，并且任何一个物体的红外辐射能量密度可用下面公式表示：,6.5 红外无损检测,斯蒂芬玻耳兹曼定律：物体红外辐射的能量密度与其自身的热力学温度的四次方成正比，并与它的表面辐射率成正比。,意义：描述了物体辐射红外线能量均它的温度之间关系。物体的温度越高，它所辐射的红外能量越大。,维恩位移定律：给出了峰值波长与黑体温度间关系的关系。辐射的峰值波长：对应于辐射能量最大的波长。,6.5 红外无损检测,红外辐射的传输与衰减当红外辐射在大气中传输时，它的能量由于大气的吸收而衰减。大气对红外辐射的吸收与衰减是有选择性的，即对某种波长的红外辐射，大气几乎全部吸收，就像大气对这种波长的红外相射先全不透明一样；相反，对于另外一些红外相射，大气又几乎一点也不吸收，就像完全透明一样。,实验表明，能够顺利地透过大气的红外辐射主要有三个波长范围：12.5m、35m和814m。般将这三个波长范围叫做大气窗口。,6.5 红外无损检测,(2)红外探测器,红外探测器的主要性能指标,将红外辐射转换为电信号的器件。,响应率：将红外辐射转换为电信号的能力。,光谱响应：对不同波长的响应。无选择性探测器、选择性探测器,6.5 红外无损检测,时间常数：表示红外探测器对红外辐射的响应速度的一个参数,等效噪声功率：产生与探测器噪声输出大小相等的信号所需要的入射红外辐射能量密度。用符号NEP表示。,探测率：等于等效噪声功率的倒数，是表示红外探测器灵敏度大小的一个参数。,6.5 红外无损检测,热电探测器热敏电阻红外探测器热释电探测器,(2)常用红外探测器,光电探测器光电导型探测器光伏型探测器,6.5 红外无损检测,(1)红外测温仪红外测温仪的主要特点红外测温仪的主要技术参数：测温范围、工作波段、分辨能力、响应时间、目标尺寸、距离系数、辐射率范围红外测温仪使用要点：亮度温度、辐射率的影响、仪器校正,3 红外无损检测仪器,6.5 红外无损检测,红外测温仪所显示的是被测物体的某一局部的平均温度，而红外热像仪则显示的是一幅热图，是物体红外辐射能员密度的二维分布图。通常一幅图像由几十万或上百万个像素组成，要想将物体的热像显示在监视器上，首先需将热保分解成像素，然后通过红外探测器将其变成电信号，再经过信号综合，在监视器上成像。图像的分解一般采用光学机械扫描方法。目前高速的热像仪可以做到实时显示物体的红外热像。,(2)红外热像仪红外热像仪的工作原理,6.5 红外无损检测,红外热像仪的特点和主要参数能显示物体的表面温度场，并以图象的形式显示，非常直观。分辨力强，现代热像仪可以分辨0.1甚至更小的温差。显示方式灵活多样能与计算机进行数据交换，便于存储和处理缺点：要用液氮、氖气或热电致冷，以保证在低温下工作；光学机械扫描装置结构复杂。,6.5 红外无损检测,(3)红外热电视采用电子扫描入式热电探测器的两维红外成像装置。采用电子束扫描或电荷耦合器件搞描方式。采用热电探测器，不需液氮、氩气或电致冷等。可直接用电视显示、记录或重放等。,6.5 红外无损检测,(1)红外无损检测在热加工中的应用点焊焊点质量的无损检测铸模检测压力容器衬套检测焊接过程检测轴承质量检测,4 红外无损检测技术的应用,6.5 红外无损检测,(2)电气设备的红外无损检测(3)红外泄漏检测(4)红外元损检测的某些特殊应用火车车轮轴承过热的测量电子产品的红外无损检测,6.5 红外无损检测,在夜间，使用较久、已经破碎的道砟温度，通常比新铺设道砟的温度低。这是由于，新铺道砟间的空隙比较大，其中的空气具有隔热作用，可阻止白天获得的热量散发出去；而已破碎、陈旧道砟间的空隙比较小，无法保持更多热量，所以，温度自然要比新道砟低。根据这一特点，只要将这种红外相机安装到列车底部，列车在夜间运行时，就可对路轨状况持续进行监测，帮助人们及时发现问题，清除隐患。,6.5 红外无损检测,压力容器弹性应力红外检测,小型容器压力实验装置,打压过程产生冷发射，卸压则温度回升,6.5 红外无损检测,液氯钢瓶纵焊缝上人工制造裂纹（通过磁粉检测显示）,6.5 红外无损检测,液化气钢瓶环焊缝上人工制造裂纹（通过磁粉检测显示）,
