声发射技术的基础原理PPT课件

.1，声发射3材料的异国源快速发射能量产生瞬态弹性波的现象。(AE)acoustic emission，也称为应力波发射。声发射事件-引起声发射的局部材料的变化。声发射源材料的变形和破坏机制直接相关的弹性波发射源。声发射源的本质是声发射的物理来源点或产生声发射的机制源。应力下材料的变形和裂纹扩展是结构失效的重要机制。其他声发射源流体泄漏、摩擦、冲击、燃烧等是弹性波源的另一种类型，与变形和破坏机制没有直接关系。也称为二次声发射源。声发射的概念，2，声发射信号的频率-几HZ到几MHZ (2次音频、音频(20HZ20KHZ)，超声波频率。声发射信号幅度-微电位运动到大规模宏观断裂有很大范围的变化，波长范围从10-13m的微电位运动到1m级的地震波。传感器的输出可包含几v到数百mv。但是大多数声发射信号是只能通过高灵敏度传感器检测到的微弱振动。声发射检测技术将声发射信号检测、记录、分析，并利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术。3，声发射效果，KaiserEffect材料重新加载期间，直到应力值达到最后负载最大应力时，才会生成声发射信号。FelicityEffect材质(称为费利西蒂效果)反复加载时，迭代载荷达到最初添加的最大载荷之前会产生大量的声发射。(PAE/Pmax)，叫做费利西蒂。PAE/Pmax0.95是声发射源超出基线的重要标准。4，2声发射检测的基本原理：声发射源发出的弹性波最终传播到材料表面，导致材料的机械振动在放大、处理和记录之前通过声发射传感器检测到的表面位移。根据观察到的声发射信号进行分析和推断，了解材料产生声发射的机制。5，3声发射检测的主要目的，声发射源的定位；声发射源的特征分析；决定声发射的时间或负荷。评价声发射源的严重性。通常，对于过量的声发射源，应使用其他无损检测方法正确检查缺陷的特性和大小。GB18182:检测表面和内部产生的声发射源(如金属压力容器压力管道的墙、焊缝、装配的组件)，确定声发射源的位置，划分整合级别。6，4声发射技术的特点，声发射技术的优点(1)声发射测试是动态测试方法；(2)声发射检测方法对线性缺陷更敏感。(3)声发射测试可以在一次测试过程中全面检测和评估整个结构的缺陷状态；(4)提供根据负荷、时间、温度等外部变量变化缺陷的实时或连续信息，适用于工业过程在线监测和初始或接近损伤预测。7，4声发射技术的特点，声发射技术的优点(5)，适用于高温低温、核辐射、易燃、爆炸性、剧毒等环境下检测的其他方法困难或无法接近的环境。(六)声发射检测方法对所用压力容器的定期检测，可以缩短检测停产时间，也可以不要求停产；(7)在压力容器压力测试的情况下，声发射测试方法防止了由于未知不连续缺陷而导致的系统致命故障和受限系统的最大工作压力。(8)适用于检测复杂形状的构件。8，声发射技术的缺点(1)对数据的正确解释需要更丰富的数据库和现场测试经验。声发射特性对材料非常敏感，容易受到机电噪音的干扰。(2)声发射检测，通常需要适当的加载程序。大多数情况下，您可以使用现成的加载条件，但有时需要特殊的准备。(3)声发射测试目前只能提供声发射源的位置、活性和强度，没有给出声发射源的缺陷特性和大小，仍需依赖其他无损检测方法进行复验。，4声发射技术的特点，9，5声发射检测方法和其他常见无损检测方法的特性比较，10，第二章声发射检测的物理基础，11，第一节材料的结构，晶界粒子之间的接口称为晶界。一般模具的大小在几微米和数百微米之间。粒子内部可能有各种材料的小夹杂物。例如，铁素体钢中的某些碳具有自己的结晶结构，并可以形成局部取代铁素体晶格的碳化铁(Fe3C)。夹杂物对金属的机械性能影响很大。12，第二节材料力学，应力材料的单位面积施加的力。物体内的应力称为应力场。应力的单位：Kg/cm2和Mpa。等于压力的单位。应力类型拉伸应力、压缩应力和剪切应力。根据物体的结构和载荷方式，物体内部产生的应力状态也不同于拉伸应力、压缩应力和剪切应力。在实际物体结构中，应力要复杂得多，通常是这三种应力的组合。13，第二材料力学，材料的应力应变曲线(应力与变形的关系)，14，第三种材料弹性和塑性变形，弹性变形材料产生应力作用下的变形，应力消失后材料的变形也消失，材料完全恢复到原始状态。这种变形称为弹性变形。塑性变形材料在应力作用下产生变形，如果没有应力，即使材料的所有应力都释放了，材料也不能回复到原始状态，即永久变形，这种变形称为塑性变形。如果材料的应力达到或超过材料的屈服点，则材料可能发生塑料变形，并且材料也无法恢复到原始状态。15，第三节材料弹性和塑性变形，位错运动的大量结果，材料可能会产生以下结果：滑移屈服铅塑料区域间隙生长和粘连韧性裂纹，16，第三节材料弹性和塑性变形，孪晶变形双铜产生高值声发射，双铜发生在锡、锌、钛上，但不发生在钢和铝上。17，第三节材料弹性和塑性变形，裂纹周围应力场分布内部有裂纹的材料受到应力时，应力场必须“包裹”裂纹的边界，应力集中可能会使裂纹尖端的材料变形甚至破坏，此时材料的其他部分在强范围内。材料整体在弹性范围内时，裂纹和类似的缺陷产生了声发射信号。18，第三节材料弹性和塑性变形，裂纹周围应力场分布图，19，第三节材料弹性和塑性变形，临界裂纹，意味着到达这一点后，裂纹快速进行，零件快速断裂。断裂韧性材料的断裂阻力。用KIc测量材料的断裂韧性。裂纹尖端附近应力场的强度由“应力强度系数”k描述，该系数与作用于部件的载荷和裂纹的大小有关。k的极限值是用于裂纹扩展的力，其中裂纹迅速扩散，部件立即损坏。使用表示k阈值的KIc。亚临界裂纹是临界裂纹发生前发生的裂纹。“亚临界”裂纹扩展发生在裂纹临界扩展发生之前。a)增加的负载作用b)疲劳(重复或重复负载)c)应力腐蚀裂纹d)氢脆裂纹e)腐蚀疲劳，20、破坏模式的表面，沿脆性破坏塑性结晶破坏塑性破坏、21，断裂模式的结构，拉伸应力下的塑性贯穿塑性贯穿断裂塑性贯穿晶体断裂，22，断裂方法的结构断裂疲劳断裂断裂断裂断裂断裂断裂断裂断裂断裂断裂断裂断裂断裂断裂失效分析，(23，4节声发射源，声发射源分类3354稳态稳态源模型3354将该源视为能量发射器，并使用应力应变等宏观参数对该问题进行了稳定解决。动态源模型称为动态源模型，它应用源附近的随时间变化的局部应力应变场，计算与源的运动相关的动态变化。声发射的能量源通常由外部载荷、相变潜热、外部磁场等提供。24，稳态源模型的声发射源事件的能量分配过程(裂纹扩展过程中的发射应变能)，晶格应变能破坏表面能弹性波能，分配过程，源事件应变能发射，25，突发声发射信号如果声发射事件信号可以间歇和时间分离，则该信号称为突发声发射信号。连续声发射信号如果大量的声发射事件同时发生，并且不随时间区分，则这些信号称为连续声发射信号。事实上，连续声发射信号也是由大量的小爆裂信号组成的，但是太密集了，一次分辨不出来。声发射信号动态范围材料内产生的声发射信号具有大范围的动态范围，位移小于10-15m-10-9m到106级(120dB)。26，突发声发射信号连续声发射信号，27，晶体材料的声发射源，滑移变形双变形裂纹形成裂纹亚临界扩展裂纹不稳定性扩展第二相粒子(或夹杂物破裂或分离)马氏体相变，贝氏体变态等磁畴运动，相变，磁效应，破坏，28，非金属材料的声发射源这些材料都是脆性材料，但其强度很低，因此声发射源主要是微裂纹裂纹，29，复合材料的声发射源复合材料由基体材料和分布在整个基体材料中的两相材料组成。复合材料根据两相材料分为分散增强复合材料、颗粒增强复合材料和纤维增强复合材料三类。复合材料与普通材料相比具有强度、疲劳特性和防腐特性优秀、结构复杂的零件容易制造的优点。1、扩散增强和颗粒增强复合材料的声发射源主要是基体裂纹和第二相粒子和基体分离。2、纤维增强复合材料的声发射源主要包括以下7类：基质裂缝纤维和基质解吸纤维提取纤维断裂纤维松弛分层摩擦。30，纤维增强复合材料的声发射源，31、其他声发射源流体介质泄漏氧化物或氧化层裂纹渣裂纹摩擦源液化和硬化元素松散、间歇接触流体和非固体裂纹闭合这在声发射检测过程中经常会发生。32，5节波的传播，w 是材料粒子离开平衡位置的运动(振动)在材料中的传递。纵波(压缩波)粒子的振动方向与波的传播方向平行，可以在固体、液体、气体介质中传播。33，剪切波(剪切波)粒子的振动方向垂直于波的传播方向，并且仅在固体介质中传播。34，面波(瑞利波)粒子的振动轨迹是椭圆的，沿深度约为1至2波长的固体在表面附近传播，波的能量随传播深度的增加而迅速减弱。35，兰姆波(潘波)由物体平行表面的限制形成的纵波和横波的组合，在整个物体内传播，粒子移动到椭圆轨道，根据粒子的振动特性，可分为对称(扩张波)和不对称(弯曲波)两种。36，37，近场脉冲响应点力步长脉冲力源F0H(t)作用于板时，板表面发生相当复杂的运动，导致材料表面发生的位移快速变化，这是理论和实验一致的唯一情况。Knopoff提供了力作用点另一侧的垂直方向粒子置换。这种情况对声发射技术很有意义，通常用于声发射传感器的预校准。形式大括号内的第一项是纵波贡献分量，第二项是横波贡献度，在表达式中省略从板前后反射的波的贡献度(第三项之后)。，1，(，)，1，(，4，1，2，(，)，/，(，)，1，()，p，s分别是纵波，横波到达时间，40、反射和折射对应于从声发射源生成的纵波和横波。它们可以在传播到其他材料界面时产生反射、折射。L、S、L、钢、有机玻璃、41，42，各种反射波和折射波方向符合反射、折射规律。以下是纵波入射时的反射折射定律。sinl/cl1=sin l/cl1=sin s/CS1=sinl/Cl2=sins/cs2 cl 1，CS1-第一介质的纵波，剪切波速CL2，CS2第二介质的纵波，剪切波速。L， l-纵波入射角，反射角。横波。L、 s-纵波、横波折射角度。s-剪切波反射角度。43，超声波倾斜到界面时，除了产生相同类型的反射波和折射波外，还产生其他类型的反射波和折射波，这种现象称为波转换。44，波形转换(模式转换)声发射源生成纵波和横波。除了分别产生反射波(或折射)纵波和横波外，在半无限体的自由表面上，在一定条件下，两个入射波可以转换为面波。请参阅图2.28。厚度接近波长的薄板又会产生板块。在厚度大于波长的厚壁结构中，波传播变得更加复杂，在厚板上传播。45，声发射波通过接口反射、折射和模式转换，分别由不同的波速、不同的波径、不同的定时到达传感器传递。声发射波传播到探针后，声发射信号波形的上升时间减慢，振幅减少，持续时间延长，到达时间延迟，频率成分偏移到低频侧。这种变化不仅会对声发射波形的定量嫁接，还会对波形的日常参数分析产生复杂的影响，因此要充分注意。46，Vt纵波速度；T 剪切波速；泊松比；E杨氏模量；G剪切系数；密度。波速=频率波长(c=f)。波速传播速度与波的频率和波长成正比，等于频率和波长的乘积。传播的传播速度是与介质的弹性模量和密度相关的材料特性，因此不同的材料具有不同的波速。、r、s、r、u、g、e、t、=、)、(、1、2、1、=，47，常用材料的声速和调和阻抗表，48，在同一材料中，不同图案的波速之间存在一定的比例关系。例如，剪切波速约为纵波速度的60%，面波速度约为90%。纵波、横波、面波的速度与波的频率无关，但板波的速度与纵波速度和横波速度之间大致分布的波的频率有关。传播速度主要用于声发射源的时差位置计算，影响位置精度。实际上理论上很难计算，需要实验性地测量。以测量波速计算的位置精度通常为传感器间隔的1%-10%。典型的容器类属于二维结构(薄壁)，面波或面波的传播衰减比纵波和横波小得多，经常成为主要的传播模式。在大多数金属容器中，典型的传播速度约为3000m/s。如果无法测量波速，则可