声发射检测技术在水利水电工程上的应用

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翻新时间：2013-12-14

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声发射检测技术在水利水电工程上的应用

声发射检测技术是一种动态的检测技术，可提供缺陷随荷载、时间、温度等外变量而变化的实时或连续信息，适合于在线监控及早期或临近破坏预报。可解决常规无损检测方法所不能解决的问题。通过水利水电工程上的应用实例证明，声发射检测技术是水利水电工程金属结构、机电设备在线监控和安全评估的有效手段。

材料中由于能量从局部源快速释放而产生瞬态弹性波的现象称为声发射（acoustic emission，简称AE）。声发射是一种常见的物理现象，如地震波、岩石破碎、金属开裂和折断铅芯等。各种材料声发射信号的频率范围很宽，声发射信号幅度的变化范围也很大，以致于有些声发射信号人耳可以听到，而有些声发射信号人耳听不到。许多材料的声发射信号强度很弱，需要借助专门的检测仪器才能检测出来。材料在应力作用下的变形与开裂是结构失效的重要机制。这种直接与变形和断裂机制有关的源，称为声发射源。用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射检测（acoustic emission testing 简称AET）技术。

AET技术在五十年代就开始应用于材料研究。在六十年代开始应用于无损检测领域。我国则于七十年代开始应用AET技术。AET技术已应用的领域有：材料及力学方面的研究；汽车工业（汽车所有部件）；土木工程（桥梁、岩石、混凝土及水工建筑物安全性检测等）；航空航天（机身各部件、引擎、卫星太阳能板等）；大型变压器局部放电检测；环境试验；核反应堆；模态测试；一般工业（管路、轴承、压力容器、球罐等）；焊接质量检测与监控；吊车等空架结构检测；质量管理（配合自动化生产线进行在线质量控制）等。AET技术作为无损检测的一种手段，其主要目的是：①确定声发射源的部位；②分析声发射源的性质；③确定声发射发生的时间或载荷；④按照有关的声发射标准评定声发射源的严重性。另一方面，声发射检测技术也有一定的缺点和不足：声发射检测需要在特定荷载条件下进行，声发射检测目前只能给出声发射源的部位、活度和强度，不能给出声发射源处缺陷的性质和大小，对超标声发射源，需要使用其它常规无损检测方法（如：超声检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测等）进行局部复检，以精确确定缺陷的性质、位置和大小。

现行标准、规范中规定的产品质量（尤其是内部质量）要求，在很多情况下是根据常规无损检测方法确定的。按常规无损检测方法，只能检测、显示静态的宏观缺陷[也称不连续性或不完整性，如裂纹、夹渣（杂）、气（缩）孔、未融合、未焊透等]。现行的一般做法是，按照标准、规范和标书文件的要求，对检出的缺陷进行定位、定量、定性（定性的方法目前尚不成熟，超声检测定性尤差）和等级评定，以确定是否合格和验收。这种静态的检测评定方法更多评价的是产品制造工艺和质量控制的水平，而对于产品的安全性和可靠性往往没有多少直接关系；事实上，只有扩展的、尺寸增大的和最终导致破坏的不完整性（如裂纹的萌生和扩展）才认为是危险的。

AET技术具有以下特点（优点），在很多情况下与其它无损检测方法相比这些特点表明了它的优越性。

1.声发射法适用于实时动态监控检测，且只显示和记录扩展的缺陷，这意味着与缺陷尺寸无关。而是显示正在扩展的最危险缺陷。这样，应用声发射检验方法时可以对缺陷不按尺寸分类，而按其危险程度分类。按这样分类，构件在承载时可能出现工件中应力较小的部位尺寸大的缺陷不划为危险缺陷，而应力集中的部位按规范和标准要求允许存在的缺陷因扩展而被判为危险缺陷。声发射法的这一特点原则上可以按新的方式确定缺陷的危险性。因此，在压力管道、压力容器、起重机械等产品的荷载试验工程中，若使用声发射检测仪器进行实时监控检测，既可弥补常规无损检测方法的不足，也可提高试验的安全性和可靠性。同时利用分析软件可对以后的运行安全做出评估。