《机械故障诊断基础》课件第5章-声学检测技术

机械故障诊断基础机械故障诊断第5章

机械故障的声学诊断机械故障诊断基础第一节

超声波检测一、超声波检测的基本原理二、超声波检测设备三、超声波检测方法四、超声波检测的应用实例第三节机械故障诊断基础一、超声波检测的基本原理（一）超声波基础（二）超声波的传播特性机械故障诊断基础1、超声波的定义及其简单性质超声波（Ultrasound）是指频率超过2万赫兹（Hertz,Hz）即超过人耳所能听见的声波段(16Hz～20kHz)，属于机械波。无损检测最常用的超声波频率段是0.5

～10MHz.（一）超声波基础机械故障诊断基础（一）超声波基础机械故障诊断基础超声波特性：⑴

指向性好

超声波是一种频率很高、波长很短的机械波，像光波一样有很好的指向性。声束能集中在特定方向上，可定向发射⑵

穿透能力强

超声波的能量很高，在介质中传播能量损失小，传播距离远，穿透能力强。（一）超声波基础机械故障诊断基础2、超声波的分类⑴按质点振动方向分可分为纵波、横波、表面波和板波等。如表7.1⑵按振动持续时间的长短分连续波和脉冲波。如图7-1⑶按波形分为平面波、柱面波和球面波。如图7-23、超声场及其特征参量充满超声波的空间或超声振动所涉及的介质部分称为超声场，描述超声场的主要特征有声压、声强和声阻抗。（一）超声波基础机械故障诊断基础1、超声波的叠加、干涉和衍射⑴波的叠加原理介质中同时存在几列波时，每列波能保持各自的传播规律而不互相干扰。在波的重叠区域里各点的振动的物理量等于各列波在该点引起的物理量的矢量和。（二）超声波的传播特性机械故障诊断基础⑵波的干涉频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强的区域和振动减弱的区域相互隔开，这就是博得干涉现象。（二）超声波的传播特性机械故障诊断基础⑶波的衍射波在传播过程中可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射。超声波在传播过程中，一方面发生反射和折射，一方面产生绕射。绕射本领的大小取决于障碍物尺寸Df和波长λ

的相

对大小。即当Df

≪λ时，几乎只绕射无反射当Df

≫λ时，几乎只反射无绕射当Df

≈λ时，既反射又绕射（二）超声波的传播特性机械故障诊断基础2、超声波的反射、折射和波型转换超声波从一种介质传播到另一种介质时，会发生反射、折射和波型转换现象。在垂直和倾斜入射时，应分别分析。（二）超声波的传播特性机械故障诊断基础3、超声波的衰减超声波在传播过程中，随着转播距离的增加，超声波的能量逐渐减弱的现象就叫超声波的衰减。⑴衰减的原因主要包括扩散衰减、散射衰减和吸收衰减。⑵衰减的表示方法表示衰减的方法主要有定性比较法和定量计算法。其中定性比较法只能概略地比较超声波在不同材质中的衰减情况，而定量计算法用衰减系数来表示超声波在介质中的衰减程度。（二）超声波的传播特性第二节机械故障诊断基础超声波检测设备是从事超声检测的工具，通常指超声波检测仪和超声波探头，但由于试块在超声检测中的重要作用，所以也经常将其视为超声检测设备的组成部分。此外，由于目前的超声检测方法多以直接耦合方式将探头与工件接触，故在此也对耦合剂作简要介绍。超声波检测设备主要包括：超声检测仪、超声波探头、试块、耦合剂。二、超声波检测设备机械故障诊断基础超声检测的主体设备，其作用是产生电振荡并加于探头，使之发射超声波，同时还将探头送回的电信号进行滤波、检波和放大等，并以一定的方式将检测结果显示出来。1、超声波检测仪机械故障诊断基础超声波检测仪的分类如下：按超声波的连续性分脉冲波检测仪、连续波检测仪、调频波检测仪按缺陷显示的方式分A型显示检测仪、B型显示检测仪、C型显示检测仪按超声波的通道数分单通道、多通道1、超声波检测仪机械故障诊断基础A型显示脉冲反射式超声波检测仪（1）原理图1、超声波检测仪机械故障诊断基础B型显示脉冲反射式超声波检测仪（1）原理图1、超声波检测仪机械故障诊断基础C型显示脉冲反射式超声波检测仪1、超声波检测仪机械故障诊断基础主要性能指标水平线性、垂直线性、动态范围性能特点

在被检测工件的一个方面上，用单探头脉冲反射法即可检测，多用于管道、容器设备；可准确地确定缺陷的深度；灵敏度远高于其他方法；

可同时探测到不同深度的多个缺陷，分别对它们定位、定量和定性；

适用范围广，用一台检测仪可进行纵波、横波、表面波和板波检测，适用于探测很多种工件，不仅可以检测，而且还可用于测厚、测声速和衰减等。1、超声波检测仪机械故障诊断基础超声波检测中，超声波的产生和接收过是一个能量转换过程。这种转换是通过探头实现的，探头的功能就是将电能转换为超声能（发射探头）和将超声能转换为电能（接收探头）。2、超声波探头机械故障诊断基础（1）探头的种类按波型分：纵波探头、横波探头、板波探头和表面波探头四类按入射声束方向分：直探头和斜探头按耦合方式分：直接接触式探头和液浸式探头按晶片数目分：单晶片探头、双晶片探头和多晶片探头按声束形状分：聚焦探头和非聚焦探头按频带分：宽频带探头和窄频带探头按使用环境分：常规探头和特殊用探头2、超声波探头机械故障诊断基础（2）探头的结构2、超声波探头机械故障诊断基础（2）探头的结构直探头2、超声波探头机械故障诊断基础（2）探头的结构斜探头2、超声波探头机械故障诊断基础（3）探头的型号基本频率：用阿拉伯数字表示，单位为MHz晶片材料：用化学元素缩写符号表示，含义如下：P-锆钛酸铅陶瓷；B-钛酸钡陶瓷；T-钛酸铅陶瓷；L-钛酸锂单晶；I-碘酸锂单晶；Q-石英单晶；N-其他压电材料晶片尺寸：用阿拉伯数字表示，单位为mm，其中圆形晶

片用直径表示，方形晶片用长X宽表示，分割式晶片用分割前的尺寸表示；探头种类：用汉语拼音缩写字母表示探头特征：斜探头钢中折射角正切值用阿里波数字表示；钢中折射角用阿里波数字表示，单位为度；分割探头钢中声束交区深度用阿里波数字表示，单位mm；水浸探头焦距用阿里波数字表示，单位mm；DJ表示点聚焦，XJ表示线聚焦。2、超声波探头机械故障诊断基础（4）探头与仪器的组合性能信噪比；灵敏度余量；始波宽度；盲区；分辨力；2、超声波探头机械故障诊断基础按一定用途设计制作的具有简单形状人工反射体的试件称为试块。（1）试块用途确定合适的检测方法；确定和校检检测灵敏度；测试和校检仪器和探头的性能，入组合灵敏度、垂直线性、水平线性、盲区和分辨力等；调节探测范围，确定缺陷位置；评价缺陷大小，对被探工件评级和判废；测量材质衰减和确定耦合补偿等。3、试块机械故障诊断基础（2）试块的种类标准试块（STB试块）：主要用于测试和校验检测仪器和探头的性能，也可用于调整探测范围和确定检测灵敏度。对比试块（RB试块）：主要用于调整探测范围、确定检测灵敏度、评价缺陷大小和对工件进行评级判废等。3、试块机械故障诊断基础（3）几种常用的试块ⅡW试块ⅡW2试块CSK-ⅡA试块CSK-Ⅲ试块半圆试块机械故障诊断基础在超声波检测中，耦合剂的作用主要是排除探头与工件表面之间的空气，使超声波能有效地传入工件，以便检测。当然，耦合剂也有利于减小探头与工件表面的摩擦，延长探头的使用寿命。对耦合剂的一般要求：能湿润工件和探头表面，流动性、粘度和附着力适当，易于清洗；声阻抗高，透声性能好；对工件无腐蚀，对人体无害，不污染环境；性能稳定，能长期保存；（5）来源广，价格便宜。4、耦合剂第二节机械故障诊断基础1、超声波检测概述（1）超声波检测方法的分类按检测原理不同：分为脉冲反射法、穿透法和共振法等；按超声波的波形不同：分为纵波法、横波法、表面波法和板波法等；按探头的数目的多少：分为单探头法、双探头法和多探头法等；按探头和试件的耦合方式的不同：分为直接接触法和液浸法等。二、超声波检测方法机械故障诊断基础（2）介绍超声波检测按原理的分类的情况：

脉冲反射法：缺陷回波法、底面回波高度法、底面多次回波法穿透法共振法1、超声波检测概述机械故障诊断基础脉冲反射法就是将超声波以持续极短的时间发射脉冲到被检试件内，根据反射波来检测试件内有无缺陷的方法。根据缺陷回波性质不同，脉冲反射法又可以分为①缺陷回波法②底面回波高度法③底面多次回波法脉冲反射法机械故障诊断基础缺陷回波法是最基本的脉冲反射法。基本的原理：当试件完好时，超声波可顺利传播到底面，在底面光滑且与探测面平行的条件下，检测图形中只有表示发射脉冲T和底面回波B的两个信号，如图7－15（a）所示。如果试件内存在缺陷，则在检测图形中的底面回波前有表示缺陷F的回波，如图7－15（b）所示。①缺陷回波法机械故障诊断基础底面回波高度法的基本原理为：当试件的材质和厚度不变时，底面回波高度应该是基本不变的；如果试件中存在缺陷，则底面回波高度会下降甚至消失，如图7－16所示。②底面回波高度法机械故障诊断基础底面多次回波法的基本原理为：当透入试件的超声波能量较大而试件厚度较小时，在试件无缺陷的情况下，超声波可在探测面与底面之间往复传播多次，示波屏上出现多次底面回波B1，B2，B3，…；如果试件存在缺陷，则由于缺陷的反射以及散射而增加了声能量的损耗，底面回波次数减少，同时也打乱了各次底面回波高度依次按指数衰减的规律，并显示出缺陷回波，如图7－17所示。底面多次回波法主要用于厚度不大、形状简单、探测面与底面平行的试件检测。③底面多次回波法机械故障诊断基础穿透法依据脉冲波或连续波穿透试件之后的能量变化来判断缺陷情况的一种方法。穿透法常采用两个探头，一个用于发射，另外一个用于接收，分置在工件两侧进行探测，图7－18（a）为无缺陷时的波形，图7－18（b）为有缺陷时的波形。机械故障诊断基础根据试件的共振特性来判断缺陷情况的方法称为共振法。基本原理：若频率可调的连续超声波在被检试件内传播，当试件的厚度为超声波的半波长的整数倍时，则由于入射波和反射波的相位相同面引起共振，因而仪器可显示出共振频率点。共振法机械故障诊断基础试件的厚度由下式计算出来：式中δ

——试件的厚度λ

——波长f0——试件的固有频率c—被检试件中声速fn、fn-1—第n和n-1次共振点的共振频率共振法机械故障诊断基础探测条件的选择一般是指仪器、探头和扫查方式等面的选择。正确选择探测条件对于有效地发现缺陷并对其进行定位、定量与定性都是至关重要的，实际检测中一般根据工件结构形状、加工工艺要求来选择探测条件。（2）探测条件的选择机械故障诊断基础（1）超声波检测的定位对于A型脉冲反射式超声波检测而言，示波屏上的水平刻度值代表缺陷波的时延，在扫描速度已知时，即可由此求得缺陷波的声程，这就是缺陷定位的原始依据。对于不同的检测方法，经过一定的几何运算即可求得缺陷在工件中的具体公位置。2、超声波检测的的定位、定量与定性机械故障诊断基础超声波检测的定量定量就是测定缺陷的大小和数量。对于A型脉冲反射式超声波检测而言，较常用的定量方法、底波高度法和测长法。超声波检测的定性不同性质的缺陷对工件的危害程度不同，例如裂纹就比气孔、夹渣的危害大得多，因此，缺陷定性是超声波检测中重要部分。第二节2、超声波检测的的定位、定量与定性机械故障诊断基础超声波检测的应用是多方面的，既可用于锻件、棒材、板材、管材以及焊缝的检测，又可用于厚度、硬度以及材料的弹性模量和晶粒度等检测。四、超声波检测的应用实例机械故障诊断基础港口龙门桥吊主要是采用钢板、钢管、法兰盘等进行焊接和拼装而成。由于工作环境、运作情况以及本身结构状态的限制，对每条焊缝的质量要求严格和苛刻，必须对所有焊缝进行100％的超声波检测。1、港口集装箱龙门桥吊缺陷的超声波检测机械故障诊断基础容器的壁厚，尤其是盛装酸、碱或其他腐蚀性介质的容器，在使用一定年限后必然会减薄。当壁厚减薄到一定程度，就会给安全造成威胁。所以，定期对容器壁厚进行检测诊断。通常采用超声波来检测容器的壁厚。2、化工容器壁厚的超声波检测第二节机械故障诊断基础2、地震波第二节机械故障诊断基础一、声发射检测的基本原理二、声发射检测的技术基础三、声发射检测仪器四、声发射检测的应用第八节第二节声发射检测机械故障诊断基础（一）声发射的产生和传播1、声发射的产生２、声发射波的传播（二）声发射检测技术及其特点１、声发射检测技术的定义２、声发射检测的特点一、声发射检测的基本原理机械故障诊断基础1、声发射的产生所谓声发射，是指材料或结构因受外力或内力作用而产生变形或断裂时，以弹性波的形式释放出应变的现象。因此，声发射也称为应力波发射。各种材料的声发射频率范围很宽，从次声波到超声波。工程材料中有许多机构都可能成为声发射源，其中，与无损检测有关的声发射源则主要有塑性变形和裂纹的形成与扩展。（一）声发射的产生和传播机械故障诊断基础塑性变形主要是通过滑移和孪生两种方式进行的，其中滑移是最主要的方式，它的元过程则是位错的运动。它们均会产生声发射，弯曲金属锡片时出现的“锡鸣”，就是孪生变形过程产生声发射现象的一个实例。在实际的材料中，确实已检测到与位错运动有关的声发射，为此，提出了几个产生声发射的位错模型：一种模型认为，位错产生声发射与塞积位错在反向应力作用下使位错源开动和关闭有关。另一种模型则认为，声发射率与晶体内可动位错的密度变化有关。1、声发射的产生机械故障诊断基础许多金属材料在拉伸变形时，都可看到在屈服点附近出现声发射计数率的高峰。在进入加工硬化阶段后，声发射计数率急剧下降，其典型结果如图7-28所示。图中的虚线是根据公式计算出来的塑性变形的声发射记数率曲线，可见其与实际声发射计数率曲线符合得相当好。由图可以看出，在屈服点附近出现的声发射计数率高峰，与可动位错数量的增加关系密切。加工硬化阶段声发射计数率降低，是由于位错的交割和钉轧使可动位错数目减少所致。1、声发射的产生机械故障诊断基础对于无损检测来说，裂纹的形成和扩展则是一种更为重要

的声发射源。裂纹的形成和扩展与材料的塑性变形有关，一旦裂纹形成，材料局部地区的应力集中得到卸载，声发射便产生。材料的断裂过程大致可分为裂纹成核、裂纹扩展、和最终断裂三个阶段，这三个阶段都可成为强烈的声发射源。关于裂纹的形成已提出了不少模型，如位错塞积理论、位错反应理论和位错消毁理论等，它们都得到了部分实验结果的支持。1、声发射的产生机械故障诊断基础作为应变能以弹性波的的形式释放而产生的声发射波，与前述的超声波有相似的传播规律。首先，从传播形式上来看，声发射波在固体介质中也会以纵波、横波、瑞利波（表面波）和板波等各种形式向前传播；其次，声发射波在传播过程中，除由于界面（缺陷、晶粒）的反射还会发生各种波形转换；此外，声发射波在传播过程中，除由于波前扩展而产生的扩散损失外，还会由于内摩擦及组织界面的散射使其在规定方向传播的声能衰减。２、声发射波的传播机械故障诊断基础造成声波在固体中，尤其是在金属中衰减的原因很多，主要的有散射衰减、粘性衰减、位错运动引起的衰减、铁磁性材料的磁畴壁运动以及残余应力和声场紊乱引起的衰减等。此外，还有由于与电子的相互作用引起的衰减及由其它各种内摩擦引起的衰减。理论上的衰减规律同超声波。２、声发射波的传播机械故障诊断基础若在半无限大固体介质中的某一点产生声发射波，当传播到表面上某一点时，纵波、横波和表面波相继到达，因互相干涉而呈现出复杂的模式（图7-29）。在实际的声发射检测中，能够把检测对象看成半无限大介质的情况很少，经常遇到的情形是像高压容器那样的厚钢板。声发射在厚钢板中以所谓循轨波（图7-30）的形式向前传播，波在传播过程中，在两个界面上会发生多次反射，每次反射都要发生波形转换，即从声源发出单一频率的波以循轨波的形式传播后而具有复杂的特性。２、声发射波的传播机械故障诊断基础２、声发射波的传播图7-29半无限大固体中声发射的传播图7-30循轨波的传播机械故障诊断基础１、声发射检测技术的定义大多数金属材料的塑性变形和断裂的原始声发射信号一般都很微弱，人耳不能直接听见，需借助灵敏的电子仪器才能检测出来。这种借助电子仪器对声发射信号进行接收、处理、分析显示并以此对声发射源进行定位、定性和定量分析的一系列技术，统称为声发射检测技术。（二）声发射检测技术及其特点机械故障诊断基础声发射检测是一种区别于超声、射线、磁粉、渗透和涡流等常规无损检测的一种崭新的无损检测方法，由于它具有如下的特点而得到了广泛的重视：□声发射检测是一种动态无损检测方法。□声发射检测可以判断缺陷的严重性。□声发射检测几乎不受材料种类的限制。□凯塞（Ｋaiser）效应。□声发射检测到的是一些电信号。□声发射检测的环境噪声干扰往往较大。２、声发射检测的特点机械故障诊断基础（一）声发射信号的表征参数１、事件计数和振铃计数2、幅度及幅度分布3、能量4、有效值电压(二)声发射源定位(三)提高信噪比的措施二、声发射检测的技术基础机械故障诊断基础声发射信号是声发射源的信息载体。检测声发射信号的目的，就是希望通过声发射信号这个桥梁，来推断声发射源的部位、性质及其严重程度等方面的信息；另一方面，声发射传感器的接收的信号是原始声发射信号经过从声发射源到接收传感器的传播通道的畸变、衰减等而变成的复杂的信号。如何对这些复杂的信号进行分析处理，以便得到更多的有利信息，是信号处理学科研究的重要课题，也是声发射检测的重要一环。表征参数主要有：声发射事件计数、振铃计数、幅度及幅度分布、能量及能量分布、有效值电压、频谱和波形等。（一）声发射信号的表征参数机械故障诊断基础计数法是处理脉冲信号的一种常用方法。对如图7-32所示的突发型声发射信号，其经过包络检波后的波形超过槛值电压的部分便形成一个矩形脉冲，此矩形脉冲即称为一个声发射事件。逐一计数每一个这样的矩形脉冲即为声发射事件计数，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。振铃计数就是逐一计算声发射信号波形超过预置槛值电平的次数。单位时间的振铃计数称为振铃计数率，振铃计数的累积称为振铃总计数。取一个事件的振铃计数称为振铃计数或振铃/事件。振铃计数法的工作原理如图7-33所示。１、事件计数和振铃计数机械故障诊断基础１、事件计数和振铃计数图7-32事件计数法图7-33振铃计数法机械故障诊断基础幅度是指声发射波形的峰值偏移；幅度分布是指事件计数或振铃计数关于幅度的函数分布。幅度及幅度分布被认为是可以更多地反映声发射信息的一种处理方法。2、幅度及幅度分布机械故障诊断基础声发射能量反映声发射源以弹性波的形式释放的能量。这里所说的能量仍然是针对仪器的输出信号而言的。目前，对声发射能量的分析方法有三种，即数字处理方法、电子线路处理方法和脉冲宽度测量方法。3、能量机械故障诊断基础有效值电压是表征声发射信号的主要参数之一。它直接与声发射能量相关。由于时间常数大，用普通的交流电压表难正确地测量声发射信号的有效值电压，但可以由前述的幅度分布来计算有效值电压。4、有效值电压机械故障诊断基础声发射检测的最终目的是要确定声发射源(简称声源)的位置，并评价其危险程度，以便采取相应的措施。因此，声发射源定位也是声发射检测的一项重要内容。声发射源定位分为点定位法和区域定位法两种。(二)声发射源定位机械故障诊断基础声发射检测试验往往是在复杂的环境噪声条件下进行的。因此，如何抑制噪声的影响是声发射检测成功与否的关键所在。在后面将要论及的频域滤波(又称“频率鉴别”)、设置槛值电压(又称“幅度鉴别，’)等措施都能在某些情况下有效地抑制噪声的作用，提高信噪比。这些内容将在介绍声发射检测仪的组成时再作讨论，在此先介绍在声发射检测中经常采用的抑制噪声的空间滤波等方法。空间滤波：根据信号与噪声发生源空间位置的关系来抑制噪声的方法，又称空间鉴别。空间滤波的具体措施有前沿鉴别、主副鉴别和符合鉴别等。(三)提高信噪比的措施机械故障诊断基础声发射检测仪器是从事声发射检测试验的工具。目前的声发射检测仪器大体可分为两种基本类型，即单通道声发射检测仪和多通道声发射源定位和分析系统，且大多为组合式结构。单通道声发射检测仪：由传感器、前置放大器、衰减器、主放大器、门槛电路、声发射率计数器、总数计数器以及数模转换器等到基本部件组成，根据需要还可以增加峰值幅度、有效值电压、能量等功能插件，以及打印、显示输出等接口部件。多通道声发射检测仪器：除具有单通道声发射检测仪器的模拟检测和处理系统外，通常还包括数字量测定系统（时差测量装置等）以及计算机数据处理系统和外围显示系统。三、声发射检测仪器机械故障诊断基础1、声发射传感器（１）声发射传感器的种类

声发射传感器的工作原理与前述的压电加速度传感器基本相同。它一般由壳体、保护膜、压电元件、阻尼块、连接导线和高频插座等几部分组成，其典型的简化结构如图7-39所示。三、声发射检测仪器图7-39单端谐振式声发射传感器1-压电充件；2-壳体；3-上盖；4-导线；5-高频插座；6-吸收剂；7-底座；8-保护膜机械故障诊断基础（2）传感器的标定由于理论模型与其实际结构之间存在差异，使得声发射传感器的实际灵敏度和频率特性与其理论值往往有较大的偏差，因此，实际测试中必须对所用传感器的灵敏度和频率特性等进行标定。三、声发射检测仪器机械故障诊断基础2、前置放大器传感器的输出信号电压有时为微伏数量级，且其输出阻抗较

高。若将这样微弱的信号直接经过长距离接至检测仪主机，则必定会降低信噪比，因此，靠近传感器设置前置放大器对传感器的输出信号进行阻抗变换和放大〔放大40～60dB)后，再经高频同轴电缆长距离传输给信号处理单元，这样可大大抑制噪声的干扰，提高检测的信噪比。表7-6示出国内外几种前置放大器的主要性能指标。三、声发射检测仪器机械故障诊断基础三、声发射检测仪器表7-6几种前置放大器的性能指标机械故障诊断基础3．滤波器在声发射检测工作中，为了抵制噪声的影响而在整个电路系统的适当位置插入滤波器，用以选择合适的“频率窗口”。滤波器的工作频率要根据环境噪声及材料本身的声发射信号的频率特性来确定，通常在60~500kHZ范围内选择，并应注意与传感器的谐振频率相匹配。滤波器可为有源也可为源，且一般都要求阻带衰减大于－24分贝/倍频程。三、声发射检测仪器机械故障诊断基础４、主放大器主放大器要求具有40~60dB的增益和50kHZ~2MHZ的工作频带宽度，且在整个工作频带内增益的变化量不超过3dB。此外，还要求其具有一定的负载能力和较大的动态范围。三、声发射检测仪器机械故障诊断基础５、槛值整形器为剔除背景噪声而设置适当的槛值电压，低于所设置的槛值电压的信号被剔除，高于槛值电压的信号形成振铃脉冲或事件脉冲。槛值电压有固定槛值和浮动槛值电压两种。对于固定槛值电压，有的仪器只设置一档（一般为1V），有的仪器设置多档，在0.1~3V范围内可调。浮动的槛值电压随背景噪声的变化而浮动，如图7-40所示，使仪器能最大限度地检测到真正有用的声发射信号而基本上不受噪声起伏的影响。三、声发射检测仪器机械故障诊断基础三、声发射检测仪器图7-40浮动槛值随噪声电平的变化机械故障诊断基础（一）在材料研究中的应用1、影响材料声发射特性的因素2、塑性变形的声发射3、断裂分析4、疲劳断裂的监视（二)焊接质量的监视（三）监视压力容器的结构完整性四、声发射检测的应用机械故障诊断基础1、影响材料声发射特性的因素2、塑性变形的声发射3、断裂分析4、疲劳断裂的监视（一）在材料研究中的应用机械故障诊断基础声发射技术的应用均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，对于同一试样做实验，在同样的内部条件和外部条件下，由于式样中的声发射源不同，也表现出不同的声发射特性。影响材料声发射信号强度的因素大致如下表。1、影响材料声发射特性的因素机械故障诊断基础塑性变形的声发射特性金属式样拉伸时的声发射通常有两种类型，连续型声发射和突发型声发射。连续型声发射在塑性变形量较小时出现，突发型声发射是突然地发生且信号幅度一般比连续性声发射高。突发型声发射主要与显微裂纹的形成有关。在世纪试验中，往往视不同的塑性变形机构而观察到连续型和突发型分量同时出现。塑性变形的声发射主要是局部塑性变形的不均匀性和微观屈服引起的。不可逆效应及其影响因素实验第一次受力之后，再次以同样的方式受力时，在达到前次受力的最大载荷之前不出现声发射，即不可逆效应。2、塑性变形的声发射机械故障诊断基础塑性变形的声发射特性金属式样拉伸时的声发射通常有两种类型，连续型声发射和突发型声发射。连续型声发射在塑性变形量较小时出现，突发型声发射是突然地发生且信号幅度一般比连续性声发射高。突发型声发射主要与显微裂纹的形成有关。在世纪试验中，往往视不同的塑性变形机构而观察到连续型和突发型分量同时出现。塑性变形的声发射主要是局部塑性变形的不均匀性和微观屈服引起的。不可逆效应及其影响因素实验第一次受力之后，再次以同样的方式受力时，在达到前次受力的最大载荷之前不出现声发射，即不可逆效应。2、塑性变形的声发射机械故障诊断基础实验研究表明，带裂纹结构的声发射与裂纹尖端的应力强度因子K之间存在如下密切关系:式中

N---声发射总数K---应力强度因子3、断裂分析机械故障诊断基础由于交变载荷的作用，裂纹不断扩展。疲劳裂纹的扩展通常有三个阶段：1起始扩展阶段2减速扩展阶段3加速扩展阶段。扩展速率与作用的应力強度因子K之间有右图关系。4、疲劳断裂的监视机械故障诊断基础1、焊接质量声发射监控的特点2、2焊接时声发射特性3、焊接过程的检测4、焊缝裂纹的监视（二)焊接质量的监视机械故障诊断基础□焊缝和缺陷本身就是强的声发射源，检测过程中不需外部加载。

焊接过程中存在强烈噪声源。

焊接检测对象通常处于常温状态，因此，检测时应选用高温传感器或使用波导杆。

可把焊缝看成一条线，采用一维线定位即可满

足声发射源定位的需要。1、焊接质量声发射监控的特点机械故障诊断基础因为大多数焊接技术存在强烈背景噪声，应用声发射技术检测焊接质量时，其基本任务就是要从强烈的背景噪声中分离出缺陷产生和扩展的有用的声发射信号。2、焊接时声发射特性焊接方法或缺陷信号电平，dB焊接方法或缺陷信号电平，dB保护气流0～3用带药皮的焊条焊接35～40保护气流及电弧4～9熔剂层下焊接30～40母材融化和结晶15～20二氧化碳保护气体焊接42～47母材和填料的融化和结晶20～26生产现场噪音0～40焊缝表面形成氧化膜30～35缺陷形成50～52机械故障诊断基础（1）氩弧焊声发射特性与焊缝质量之间有很好的对应关系。下图所示是用声发射检测气体保护钨极手工多道焊接过程的实测结果。从中可以看出有关缺陷焊缝和无缺陷