聲發射檢測

聲發射是指伴隨固體材料在斷裂時釋放儲存的能量產生彈性波的現象。利用接收聲發射信號研究材料、動態評價結構的完整性稱為聲發射檢測技術。

聲發射技術是1950年由德國人凱澤(J.Kaiser)開始研究的，1964年美國應用於檢驗產品質量，從此獲得迅速發展。聲發射檢測的基本原理見圖《聲發射檢測》所示。材料的範性形變、馬氏體相變、裂紋擴展、應力腐蝕以及焊接過程產生裂紋和飛濺等，都有聲發射現象，檢測到聲發射信號，就可以連續監視材料內部變化的整個過程。因此，聲發射檢測是一種動態無損檢測方法。

聲發射檢測儀器分單通道和多通道兩種。單通道聲發射儀比較簡單，主要用於實驗室材料試驗。

多通道聲發射儀是大型聲發射檢測儀器，有很多個檢測通道，可以確定聲發射源位置，根據來自各個聲源的聲發射信號強度，判斷聲源的活動性，實時評價大型構件的安全性。主要用於大型構件的現場試驗。

聲發射技術的應用已較廣泛。可以用聲發射鑑定不同範性變形的類型，研究斷裂過程並區分斷裂方式，檢測出小於 0.01mm長的裂紋擴展,研究應力腐蝕斷裂和氫脆，檢測馬氏體相變，評價表面化學熱處理滲層的脆性，以及監視焊後裂紋產生和擴展等等。

在工業生產中，聲發射技術已用於壓力容器、鍋爐、管道和火箭發動機殼體等大型構件的水壓檢驗，評定缺陷的危險性等級，作出實時報警。在生產過程中，用聲發射技術可以連續監視高壓容器、核反應堆容器和海底採油裝置等構件的完整性。

聲發射技術還應用於測量固體火箭發動機火藥的燃燒速度和研究燃燒過程，檢測滲漏，研究岩石的斷裂，監視礦井的崩塌，並預報礦井的安全性。

聲發射法適用於實時動態監控檢測，且只顯示和記錄擴展的缺陷，這意味着與缺陷尺寸無關。而是顯示正在擴展的最危險缺陷。這樣，應用聲發射檢驗方法時可以對缺陷不按尺寸分類，而按其危險程度分類。

按這樣分類，構件在承載時可能出現工件中應力較小的部位尺寸大的缺陷不劃為危險缺陷，而應力集中的部位按規範和標準要求允許存在的缺陷因擴展而被判為危險缺陷。

聲發射法的這一特點原則上可以按新的方式確定缺陷的危險性。因此，在壓力管道、壓力容器、起重機械等產品的荷載試驗工程中，若使用聲發射檢測儀器進行實時監控檢測，既可彌補常規無損檢測方法的不足，也可提高試驗的安全性和可靠性。

同時利用分析軟件可對以後的運行安全做出評估。

2.AET技術對擴展的缺陷具有很高的靈敏度。其靈敏度大大高於其它方法，例如，聲發射法能在工作條件下檢測出零點幾毫米數量級的裂紋增量，而傳統的無損檢測方法則無法實現。

3.聲發射法的特點是整體性。用一個或若干個固定安裝在物體表面上的聲發射傳感器可以檢驗整個物體。缺陷定位時不需要使傳感器在被檢物體表面掃描（而是利用軟件分析獲得），因此，檢驗及其結果與表面狀態和加工質量無關。假如難以接觸被檢物體表面或不可能完全接觸時，整體性特別有用。例如：絕熱管道、容器、蝸殼；埋入地下的物體和形狀複雜的構件；檢驗大型的和較長物體的焊縫時（如：橋機梁、高架門機等），這種特性更明顯。

4.聲發射法一個重要特性是能進行不同工藝過程和材料性能及狀態變化過程的檢測。聲發射法還提供了討論有關物體材料的應力—應變狀態的變化。

所以，AET技術是探測焊接接頭焊後延遲裂紋的一種理想手段。同樣，象引水壓力鋼管的湊合節環焊縫，由於拘束度很大，在焊後冷卻過程中，焊接造成的拉應力和冷縮產生的拉應力，可能會使應力集中係數較大的缺陷（如：未融合、不規則的夾渣、咬邊等）萌生裂紋，這是不允許存在的。為了找出和避免這種隱患，用AET監測也是比較理想的手段。

5.對於大多數無損檢測方法來説，缺陷的形狀和大小、所處位置和方向都是很重要的，因為這些缺陷特性參數直接關係到缺陷漏檢率。而對聲發射法來説，缺陷所處位置和方向並不重要，換句話説，缺陷所處位置和方向並不影響聲發射的檢測效果。

6.聲發射法受材料的性能和組織的影響要小些。例如：材料的不均勻性對射線照相和超聲波檢測影響很大，而對聲發射法則無關緊要。因此，聲發射法的使用範圍較寬（按材料）。

例如，可以成功地用以檢測複合材料，而用其它無損檢測方法則很困難或者不可能。

7.使用聲發射法比較簡單，現場聲發射檢測監控與試驗同步進行，不會因使用了聲發射檢測而延長試驗工期。檢測費用也較低，特別是對於大型構件整體檢測，其檢測費用遠低於射線或超聲檢測費用。且可以實時地進行檢測和結果評定。 ^[1] 

聲發射檢測的原理如下圖1所示，從聲發射源發射的彈性波最終傳播到達材料的表面，引起可以用聲發射傳感器探測的表面位移，這些探測器將材料的機械振動轉換為電信號，然後再被放大、處理和記錄。

固體材料中內應力的變化產生聲發射信號, 在材料加工、處理和使用過程中有很多因素能引起內應力的變化，如位錯運動、孿生、裂紋萌生與擴展、斷裂、無擴散型相變、磁疇壁運動、熱脹冷縮、外加負荷的變化等等。人們根據觀察到的聲發射信號進行分析與推斷以瞭解材料產生聲發射的機制。