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声发射的技术现状

发布日期:2016-09-18 14:24    浏览次数:

    现代的声发射技术的开始以Kaiser五十年代初在德国所作的研究工作为标志。他观察到铜、锌、铝、铅、锡、黄铜、铸铁和钢等金属和合金在形变过程中都有声发射现象。他最有意义的发现是材料形变声发射的不可逆效应即:“材料被重新加载期间,在应力值达到上次加载最大应力之前不产生声发射信号”。现在人们称材料的这种不可逆现象为“Kaiser效应”。Kaiser同时提出了连续型和突发型声发射信号的概念。
    五十年代末,美国人Schofield和Tatro经大量研究发现金属塑性形变的声发射主要由大量位错的运动所引起,而且还得到一个重要的结论,即声发射主要是体积效应而不是表面效应。Tatro进行了导致声发射现象的物理机制方面的研究工作,首次提出声发射可以作为研究工程材料行为疑难问题的工具,并预言声发射在无损检测方面具有独特的潜在优势。
    六十年代初,Green等人首先开始了声发射技术在无损检测领域方面的应用,Dunegan首次将声发射技术应用于压力容器方面的研究。在整个六十年代,美国和日本开始广泛地进行声发射的研究工作,人们除开展声发射现象的基础研究外,还将这一技术应用于材料工程和无损检测领域。美国于1967年成立了声发射工作组,日本于1969年成立了声发射协会。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。
    七十年代初,Dunegan等人于开展了现代声发射仪器的研制,他们把实验频率提高到100KHz--1MHz的范围内,这是声发射实验技术的重大进展,现代声发射仪器的研制成功为声发射技术从实验室的材料研究阶段走向在生产现场用于监视大型构件的结构完整性创造了条件。 随着现代声发射仪器的出现,整个七十年代和八十年代初人们从声发射源机制、波的传播到声发射信号分析方面开展了广泛和系统的深入研究工作。在生产现场也得到了广泛的应用,尤其在化工容器、核容器、和焊接过程的控制方面取得了成功。Drouillard于1979年统计出版了1979年以前世界上发表的声发射论文目录,据他的统计,到1986年底世界上发表有关声发射的论文总数已超过5000篇。
    八十年代初,美国PAC公司将现代微处理计算机技术引入声发射检测系统,设计出了体积和重量较小的第二代源定位声发射检测仪器,并开发了一系列多功能高级检测和数据分析软件,通过微处理计算机控制,可以对被检测构件进行实时声发射源定位监测和数据分析显示。由于第二代声发射仪器体积和重量小易携带,从而推动了八十年代声发射技术进行现场检测的广泛应用,另一方面,由于采用286及更高级的微处理机和多功能检测分析软件,仪器采集和处理声发射信号的速度大幅度提高,仪器的信息存储量巨大,从而提高了声发射检测技术的声发射源定位功能和缺陷检测准确率。
    进入九十年代,德国Vallen(华伦)公司、美国PAC公司、美国DW公司先后分别开发生产了计算机化程度更高、体积和重量更小的第三代数字化多通道声发射检测分析系统,这些系统除能进行声发射参数实时测量和声发射源定位外,还可直接进行声发射波形的观察、显示、记录和频谱分析。九十年中期,德国Vallen(华伦)公司首先开发了Windows运行环境下的声发射软件,使得数据分析更加方便、快捷。目前德国Vallen公司已经开发出了Windows2000运行环境下的声发射采集及分析软件,以及使计算机速度提高到1.0G。
    我国于七十年代初由中科院沈阳金属研究所、航天部621所等单位首先开展了金属和复合材料的声发射特性研究,八十年代中期声发射技术在压力容器和金属结构的检测方面得到应用,目前我国已在声发射仪器制造、信号处理、金属材料、复合材料、磁声发射、岩石、过程监测、压力容器、飞机等领域开展了广泛的研究和应用工作。航空部621所和航天部44所等单位主要开展复合材料及结构的声发射特性研究及检测应用工作。中科院沈阳金属研究所和武汉大学对金属材料和复合材料在受力形,变过程中的声发射开展了大量研究工作。航天部703所对钛合金及钛合金气瓶进行了系统的研究和应用工作。空军第一研究所对飞机构架的疲劳特性开展了大量的研究和应用工作。中国地球物理所、东北工学院、石油大学和石油勘探开发科学研究院等单位在岩石的声发射及应用方面作了大量的研究工作。武汉大学、华中理工大学和北京科技大学等在铁磁性材料的磁声发射方面进行了一系列研究。北京航空航天大学和清华大学等对声发射传感器进行了专题研究和制造。国家质量技术监督局锅炉压力容器检测研究中心、机械部合肥通用机械研究所、冶金部武汉安全环保研究院和大庆石油学院等对金属压力容器的声发射检测和评定方法进行了较深入的研究和广泛的应用。

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