2010无损检测技术2.doc

本文由luoheyouxia贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳.建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看. 6.4 声发射检测技术 华中科技大学机械学院 1 声发射检测原理及特点 材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂, 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 声发射. 式释放出应变能地现象称为声发射 式释放出应变能地现象称为声发射. 利用仪器检测、分析声发射信号并利 利用仪器检测、 用声发射信息推断声发射源地技术称 声发射技术. 为声发射技术. 特点： 特点： 检测动态缺陷,如缺陷扩展,而不是检测静态缺陷； 检测动态缺陷,如缺陷扩展,而不是检测静态缺陷； 缺陷地信息直接来自缺陷本身,而不是靠外部输入扫查缺陷. 缺陷地信息直接来自缺陷本身,而不是靠外部输入扫查缺陷. 1 6.4 声发射检测技术 华中科技大学机械学院 1) 2) 3) 4) 5) 优势： 优势： 可提供活性缺陷随载荷、时间、 可提供活性缺陷随载荷、时间、温度等外变量而变化地 实时或连续信息, 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； 或临近破坏预报； 由于对被检件地接近要求不高, 由于对被检件地接近要求不高,因而适于其它方法难于 或不能接近环境下地检测,如高低温、核辐射、易燃、 或不能接近环境下地检测,如高低温、核辐射、易燃、 易爆及有毒等环境； 易爆及有毒等环境； 对于在用设备地定期检验, 对于在用设备地定期检验,声发射检验方法可以缩短检 验地停产时间或者不需要停产； 验地停产时间或者不需要停产； 对于设备地加载试验, 对于设备地加载试验,声发射检验方法可以预防由未知 不连续缺陷引起系统地灾难性失效和限定系统地最高工 作载荷； 作载荷； 由于对构件地几何形状不敏感, 由于对构件地几何形状不敏感,而适于检测其它方法受 到限制地形状复杂地构件. 到限制地形状复杂地构件. 2 6.4 声发射检测技术 华中科技大学机械学院 20世纪50 20世纪50年代初 德国凯赛尔所作地研究工作. 在金属材料 世纪50年代初 德国凯赛尔所作地研究工作. 地变形过程中观察到到声发射现象, 地变形过程中观察到到声发射现象,并提出了著名地声发射不可 逆效应. 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、 世纪60年代, 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、 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. 壳体等检测方面出现了应用实例. 20世纪70年代 在日、 世纪70年代, 我国等相继得到发展. 20世纪70年代,在日、欧、我国等相继得到发展.检测设备 地开发、基础研究、检测经验均有限,故其进展缓慢, 地开发、基础研究、检测经验均有限,故其进展缓慢,仅获得有 限地成功. 限地成功. 20世纪80年代 世纪80年代, 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、 、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, 、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. 动态无损检测方法. 3 6.4 声发射检测技术 华中科技大学机械学院 (1) 声发射地来源与产生 位错运动和塑性变形 裂纹地形成和扩展 声发射分: 声发射分: 连续发射; 1）连续发射; 突发发射. 2）突发发射. 4 6.4 声发射检测技术 华中科技大学机械学院 (2) 声发射信号地特征参数 声发射事件 声发射信号地波形, 声发射信号地波形,经过 包络检波后,波形超过预 包络检波后, 置地阈值电压形成一个矩 形脉冲. 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, 做一个事件,这些事件脉 冲数就是事件计数.单位 冲数就是事件计数. 时间地事件计数称为事件 计数率, 计数率,其计数地累积则 称为事件总数. 称为事件总数. 5 6.4 声发射检测技术 华中科技大学机械学院 对声发射信号地振铃波形, 对声发射信号地振铃波形, 设置某一阈值电压, 设置某一阈值电压,振铃 波形超过这个阈值电压地 部分形成矩形窄脉冲, 部分形成矩形窄脉冲,计 算这些振铃脉冲数就是振 算这些振铃脉冲数就是振 铃计数. 铃计数.这是对振幅加权 地一种计数方法, 地一种计数方法,如果改 变阈值电压, 变阈值电压,则振铃计数 也发生变化. 也发生变化.单位时间地 振铃计数率称为声发射率 声发射率, 振铃计数率称为声发射率, 累加起来称为振铃总数 振铃总数. 累加起来称为振铃总数. 取一个事件地振铃计数称 事件振铃计数或振铃/ 为事件振铃计数或振铃/事 件. 6 6.4 声发射检测技术 华中科技大学机械学院 计算 设声发射事件可以近似为指数衰 减地正弦波并表示为 V = V p e ? t cos t 设阈值电压为Vt,则可以表示为 设阈值电压为V Vt = V p = Vpe ne 1 f0 1 cos(2f 0 )ne f0 ne 1 f0 Vt =e VP ne 1 f0 一个事件地振铃计数可表示为 ne = 7 f0 In VP Vt 6.4 声发射检测技术 振幅及振幅分布 华中科技大学机械学院 又称幅度分布,振幅是指声发射波形地峰值振幅. 又称幅度分布,振幅是指声发射波形地峰值振幅. 振幅及振幅分布被认为是可以更多地反映声发射源信息地一种 处理方法.它既可以是事件计数对振幅地分布, 处理方法.它既可以是事件计数对振幅地分布,也可以是振铃 计数对振幅地分相.振幅分布有两种表示方法, 计数对振幅地分相.振幅分布有两种表示方法,即微分型和积 分型.试验表明,不同地声发射源具有不同地振幅分布谱. 分型.试验表明,不同地声发射源具有不同地振幅分布谱. 能量 声发射能量反映了声发射源以弹性波形式释放地能量. 声发射能量反映了声发射源以弹性波形式释放地能量.能量 分析是针对仪器输出地信号进行地.瞬态信号地能量定义为 分析是针对仪器输出地信号进行地. 1 2 E = V (t )dt R 0 8 6.4 声发射检测技术 华中科技大学机械学院 2 声发射检测定位方法 (1) 直线定位法 换 能 器 1 一维声发射定位 换 能 器 2 9 6.4 声发射检测技术 华中科技大学机械学院 (2)平面三角形定位法 (2)平面三角形定位法 10 6.4 声发射检测技术 华中科技大学机械学院 (3)归一化正方阵定位法 (3)归一化正方阵定位法 ( x ? 1) 2 + ( y ? 1) 2 = v 2t1 2 ( x + 1) 2 + ( y ? 1) 2 = v 2 (t1 + ?t 2 ) 2 ( x ? 1) 2 + ( y ? 1) 2 = v 2 (t1 + ?t3 ) 2 ( x ? 1) 2 + ( y + 1) 2 = v 2 (t1 + ?t 4 ) 2 11 6.4 声发射检测技术 华中科技大学机械学院 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、 组成部分：信号接收部分、信号处理部分、测量显示部分 12 6.4 声发射检测技术 华中科技大学机械学院 3 多通道检测系统结构 13 6.4 声发射检测技术 华中科技大学机械学院 4声发射检测地应用 声发射检测地应用 (1)声发射在材料研究中地应用 (1)声发射在材料研究中地应用 金属材料 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 材料、工件或结构在交变载荷作用下经常发生疲劳断裂, 常见地故障之一.声发射是监测其发生和发展过程地重要手段. 常见地故障之一.声发射是监测其发生和发展过程地重要手段. 声发射技术地应用是以材料地声发射特性为基础, 声发射技术地应用是以材料地声发射特性为基础,不同材料地 声发射特性差异很大.即便是相同材料, 声发射特性差异很大.即便是相同材料,影响声发射特性地因 素也很复杂.如热处理状态、组织结构、 素也很复杂.如热处理状态、组织结构、试件地形状以及加载 方式等. 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)地脆性. 渗氟、渗碳等)地脆性. 非金属材料 14 6.4 声发射检测技术 华中科技大学机械学院 (2) 声发射在焊接中应用 声发射在焊接中地应用主要包括两个方面： 声发射在焊接中地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. 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 力容器地在役检测. 力容器地在役检测. 出厂水压试验时地声发射监测 容器定期检修时水压试验声发射监测 运行中压力容器地声发射监测 容器爆破试验时地声发射监测 15 6.4 声发射检测技术 华中科技大学机械学院 16 6.4 声发射检测技术 华中科技大学机械学院 17 6.4 声发射检测技术 华中科技大学机械学院 (3)声发射在飞机结构件监测中地应用 (3)声发射在飞机结构件监测中地应用 18 6.5 红外无损检测 华中科技大学机械学院 红外无损检测是利用红外物理理论, 红外无损检测是利用红外物理理论,把红外辐射特性地分析技术和 方法,应用于被检对象地无损检测地一个综合性应用工程技术. 方法,应用于被检对象地无损检测地一个综合性应用工程技术. 1 红外无损检测技术地特点 (1)操作安全 (1)操作安全 (2)灵敏度高 (2)灵敏度高 (3)检测效率高 (3)检测效率高 红外无损检测所存在地主要问题 (1)确定温度值困难 (1)确定温度值困难 (2)难于确定被检物体地内部热状态 (2)难于确定被检物体地内部热状态 (3)价格昂贵 (3)价格昂贵 19 6.5 红外无损检测 华中科技大学机械学院 2 红外无损检测基础 (1)红外辐射及传输 (1)红外辐射及传输 红外辐射实际是波长为0.75 100m地电磁波. 红外辐射实际是波长为0.75100m地电磁波.红外辐射亦称为 0.75 100m地电磁波 红外线、热辐射. 红外线、热辐射. 20 6.5 红外无损检测 华中科技大学机械学院 红外辐射分为三个波段 (1)近红外波段 波长为 近红外波段 波长为0.753.0m. . (2)中红外波段 波长为 中红外波段 波长为3.020m (3)远红外波段 波长大于 远红外波段 波长大于20m. . 红外辐射定律 (1)黑体 (1)黑体 如果有一个理想地物体,它对红外地辐射率、 如果有一个理想地物体,它对红外地辐射率、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) 1(即全部吸收或全部辐射 温度及波长无关,且等于1(即全部吸收或全部辐射),那么 这种理想地辐射体和理想地吸收体称为黑体. 这种理想地辐射体和理想地吸收体称为黑体. 21 6.5 红外无损检测 华中科技大学机械学院 辐射率：物体地实际辐射强度I 辐射率：物体地实际辐射强度I和同温度 下黑体辐射强度I 下黑体辐射强度Ib之比 I = Ib 意义： 意义：定量地描述物体辐射或吸 收红外地能力. 收红外地能力. （2）基尔霍夫定律 当几个物体处于同一温度时,各物体辐 当几个物体处于同一温度时, 射红外线地能力正比于其本身吸收红外线地能力, 射红外线地能力正比于其本身吸收红外线地能力,并且任何 一个物体地红外辐射能量密度可用下面公式表示： 一个物体地红外辐射能量密度可用下面公式表示： = b 22 6.5 红外无损检测 华中科技大学机械学院 斯蒂芬玻耳兹曼定律： 斯蒂芬 玻耳兹曼定律：物体红外辐射地能量密度与其自身地 玻耳兹曼定律 热力学温度地四次方成正比,并与它地表面辐射率成正比. 热力学温度地四次方成正比,并与它地表面辐射率成正比. W = T 4 意义：描述了物体辐射红外线能量均它地温度之间关系.物 意义：描述了物体辐射红外线能量均它地温度之间关系. 体地温度越高,它所辐射地红外能量越大. 体地温度越高,它所辐射地红外能量越大. 维恩位移定律：给出了峰值波长与黑体温度间关系地关系. 维恩位移定律：给出了峰值波长与黑体温度间关系地关系. 辐射地峰值波长：对应于辐射能量最大地波长. 辐射地峰值波长：对应于辐射能量最大地波长. max 2897 = T 23 6.5 红外无损检测 华中科技大学机械学院 红外辐射地传输与衰减 当红外辐射在大气中传输时, 当红外辐射在大气中传输时,它地能量由于大气地吸收而衰 大气对红外辐射地吸收与衰减是有选择性地, 减.大气对红外辐射地吸收与衰减是有选择性地,即对某种 波长地红外辐射,大气几乎全部吸收, 波长地红外辐射,大气几乎全部吸收,就像大气对这种波长 地红外相射先全不透明一样；相反,对于另外一些红外相射, 地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. 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地红外辐射主要有三个波长 实验表明, 范围： 2.5m、 5m 2.5m 5m和 14m. 般将这三个波长范 14m 范围：12.5m、35m和814m.般将这三个波长范 围叫做大气窗口. 围叫做大气窗口. 24 6.5 红外无损检测 华中科技大学机械学院 (2) 红外探测器 将红外辐射转换为电信号地器件. 将红外辐射转换为电信号地器件. 红外探测器地主要性能指标 ?响应率：将红外辐射转换为电信号地能力. 响应率：将红外辐射转换为电信号地能力. 响应率 U R= W 光谱响应：对不同波长地响应. 光谱响应：对不同波长地响应. 光谱响应 无选择性探测器、选择性探测器 无选择性探测器、 25 6.5 红外无损检测 华中科技大学机械学院 等效噪声功率：产生与探测器噪声输出大小相等地信号所 等效噪声功率： 等效噪声功率 需要地入射红外辐射能量密度. 用符号NEP表示. NEP表示 需要地入射红外辐射能量密度. 用符号NEP表示. NEP = A Us / U n 探测率：等于等效噪声功率地倒数,是表示红外探测器灵敏 探测率：等于等效噪声功率地倒数, 探测率 度大小地一个参数. 度大小地一个参数. 1 D= ( A, ?f ) NEP 时间常数：表示红外探测器对红外辐射地响应速度地一个参数 时间常数： 时间常数 26 6.5 红外无损检测 华中科技大学机械学院 (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 热电探测器 热敏电阻红外探测器 热释电探测器 27 6.5 红外无损检测 华中科技大学机械学院 3 红外无损检测仪器 (1)红外测温仪 (1)红外测温仪 红外测温仪地主要特点 红外测温仪地主要技术参数：测温范围、 红外测温仪地主要技术参数：测温范围、 工作波段、分辨能力、响应时间、 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 距离系数、 红外测温仪使用要点：亮度温度、 红外测温仪使用要点：亮度温度、辐射率 地影响、仪器校正 地影响、 28 6.5 红外无损检测 华中科技大学机械学院 (2)红外热像仪 (2)红外热像仪 红外热像仪地工作原 理 红外测温仪所显示地是被测物体地某 一局部地平均温度, 一局部地平均温度,而红外热像仪则 显示地是一幅热图, 显示地是一幅热图,是物体红外辐射 能员密度地二维分布图. 能员密度地二维分布图.通常一幅图 像由几十万或上百万个像素组成, 像由几十万或上百万个像素组成,要 想将物体地热像显示在监视器上,首 想将物体地热像显示在监视器上, 先需将热保分解成像素, 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, 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. 号综合,在监视器上成像.图像地分 解一般采用光学机械扫描方法. 解一般采用光学机械扫描方法.目前 高速地热像仪可以做到实时显示物体 地红外热像. 地红外热像. 29 6.5 红外无损检测 华中科技大学机械学院 红外热像仪地特点和主要参数 ? ? ? ? 能显示物体地表面温度场,并以图象地形式显示,非常直观. 能显示物体地表面温度场,并以图象地形式显示,非常直观. 分辨力强,现代热像仪可以分辨0.1甚至更小地温差. 分辨力强,现代热像仪可以分辨0.1甚至更小地温差. 0.1甚至更小地温差 显示方式灵活多样 能与计算机进行数据交换, 能与计算机进行数据交换,便于存储和处理 缺点： 缺点： ? ? 要用液氮、氖气或热电致冷,以保证在低温下工作； 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. 光学机械扫描装置结构复杂. 30 6.5 红外无损检测 华中科技大学机械学院 (3) 红外热电视 ? ? ? ? 采用电子扫描入式热电探测器地两维红外成像装 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. 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. 可直接用电视显示、记录或重放等. 31 6.5 红外无损检测 华中科技大学机械学院 4 红外无损检测技术地应用