声发射标准介绍20151115
声发射特征参数
阈值（Threshold）：对前置放大器的输出，设置高于背景噪声水平的门槛电压，即称为阈值。
到峰计数（Pcnts of Park）：波击(Hit)和波击计数（撞击累计数和撞击计数率）：超过阈值并使某一通道获取数据的任何信号称之为一个波击,所测得的波击个数可分为总计数和计数率。
反映声发射活动的总量和频度,常用于声发射活动性评价。
事件（Event）和事件计数（事件累计数和事件计数率）：产生声发射的一次材料局部变化称之为一个声发射事件,可分为总计数和计数率。
一阵列中,一个或几个波击对应一个事件。
反映声发射事件的总量和频度,用于源的活动性和定位集中度评价。
绝对能量(Absolute Energy)：是声发射撞击信号能量的真实反映，单位为attoJoules(简写为aJ)，1aJ相当于10-18J。
信号强度(Signal Strength)：是对声发射撞击信号能量另一种形式的度量单位为picovolt-sec,1picovolt-sec相当于10-12volt-sec。
能量(Energy)）：也称为“PAC-Energy”,是美国PAC公司在2978年，为了模拟声发射系统的增益匹配而定义的声发射信号参数。
其内涵与信号强度相同，只是灵敏度、大小和动态范围与信号强度不同。
能量计数（累计能量和能量率）：信号检波包络线下的面积,可分为总计数和计数率。
反映事件的相对能量或强度。
对门槛、工作频率和传播特性不甚敏感,可取代振铃计数,也用于波源的类型鉴别。
振铃计数(Counts)（振铃累计数和振铃计数率）：越过门槛信号的振荡次数,可分为总计数和计数率。
信号处理简便,适于两类信号,又能粗略反映信号强度和频度,因而广泛用于声发射活动性评价,但受门槛值大小的影响。
峰值幅度(Amplitude)和幅度计数：信号波形的最大振幅值,通常用dB表示(传感器输出1μV 为0dB)。
与事件大小有直接的关系,不受门槛的影响,直接决定事件的可测性,常用于波源的类型鉴别、强度及衰减的测量。
声发射的概念、技术和效应
• GB18182：检测由金属压力容器压力管道的 器壁、焊缝、装配的零部件等表面和内部产 生的声发射源，并确定声发射源的部位及划 分综合等级。
4 声发射技术的特点
声发射技术的优点 • (1) 声发射检测是一种动态检验方法； • (2) 声发射检测方法对线性缺陷较为敏感； • (3) 声发射检测在一次试验过程中能够整体
• (2) 声发射检测，一般需要适当的加载程序。多数 情况下，可利用现成的加载条件，但有时，还需要 特作准备；
• (3) 声发射检测目前只能给出声发射源的部位、活 性和强度，不能给出声发射源内缺陷的性质和大小， 仍需依赖于其它无损检测方法进行复验。
5 声发射检测方法和其它常规无
损检测方法的特点对比
第三节 材料弹性和塑性变形
大量位错运动的结果将导致材料产生如下的结果： • 滑移 • 屈服 • 留德尔斯线（钢） • 裂纹尖端塑性区 • 空隙增长和聚结 • 韧性斯裂
第三节 材料弹性和塑性变形
孪生变形 • 孪生产生较高幅值的声发射，孪生发生在锡、锌、钛中，但
不发生在钢与铝中。
第三节 材料弹性和塑性变形
第五节 波的传播
• 波——就是材料质点离开平衡位置的运动（振动） 在材料中的传播。
• 纵波（压缩波）——质点的振动方向与波的传播 方向平行，可在固体、液体、气体介质中传播。
横波（剪切波）——质点的振动方向与波的传播方 向垂直，只能在固体介质中传播。
表面波（瑞利波）——质点的振动轨迹呈椭圆形，沿 深度约为1～2个波长的固体近表面传播，波的能量随 传播深度增加而迅速减弱。
声发射检测技术——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技术 。
声发射检测技术
4 声发射仪器研制
• 1995年，中国特种设备检测研究院研制出硬件 采用PC-AT总线、软件采用WINDOWS界面的 多通道(2~64通道)声发射检测分析系统。2000 年，广州声华科技有限公司基于大规模可编程 集成电路（FPGA）技术，研制出全波形全数 字化多通道声发射检测分析系统。声华科技公 司多次将新研制的声发射仪器带到国外，参加 国际无损检测大会、国际声发射学术会议及展 览会，得到与会专家的好评，使我国的声发射 仪器在国外也有一定的影响。
• 1978年，随着全国无损检测学会的建立，成立 了第一届声发射专业委员会，并于1980年在黄 山召开了第一届全国声发射学术研讨会。到目 前为止，声发射专业委员会已改选了八届。每 一届声发射专业委员会都为我国各阶段声发射 技术的发展做出了重要贡献，培养了一大批声 发射研究领域的人才，提高了我国声发射技术 的应用水平。
1 中国声发射检测技术的发展历程
• 声发射检测与常规的无损检测方法有很大的差 别，可以完成许多常规检测所不能完成的任务。 因此，在我国石油、石化、电力、航空、航天、 冶金、铁路、交通、煤炭、建筑、机械制造与 加工等领域已经开展了广泛的声发射技术研究 和应用。
2 声发射检测标准状况
• 我国在声发射检测标准的制定方面已取得进展， 目前已颁布的主要声发射标准有： • GB／T 12604 .4—2005 声发射检测术语 • GB／T 18182—2000 金属压力容器声发射检 测及结果评价方法 • GJB 2044—1994 钛合金压力容器检测方法 • JB／T 8283—1995 检测仪性能测试方法
6 声发射学术会议
表1 中国历届声发射学术会议举办情况 届次 时间 地点 主办单位 1 1980.10 黄 山 合肥通用机械 研究院 2 3 4 1983.10 1986.11 1989.10 桂 林 长 春 黄 岛 声发射学组 长春试验机研 究所 北京航空材料 研究院
声发射实验原理和仪器介绍(全文)
声发射实验原理和仪器介绍1、实验原理固体介质中传播的声发射信号含有声发射源的特征信息，要利用这些信息反映材料特性或缺陷进展状态，就要在固体表面接收这种声发射信号。
接收、处理、分析和显示声发射信号便是对声发射信号的处理过程。
固体材料内部缺陷的发生和扩展，以弹性波的形式释放能量，并向四周传播，缺陷便成为声发射源。
为了在固体材料表面某一范围测量出缺陷的位置，可以将几个压电换能器按一定的几何关系放置在固定点上，组成换能器阵（或称阵列），测定声源发射的声波传播到各个换能器的相对时差。
将这些相对时差代入满足该阵几何关系的一组方程求解，便可以得到缺陷的位置坐标。
在实际操作中，通常有以下几种定位方法：1）直线定位法。
2）归一化正方阵定位法。
3）平面正方形定位法。
4）平面正三角形定位法。
5）任意平面三角形定位法。
6）球面三角形定位法。
7）区域定位法。
在实际操作中，我们常常采纳直线定位法。
下面我们将简单介绍直线定位法。
直线定位法就是在一唯空间中确定声发射源的位置坐标，亦称线定法。
线定位是声源定位中最简单的方法，多用于焊缝缺陷和裂纹的定位。
在一唯空间放置两个换能器，它们所确定的源位置必须在两个换能器的连接直线或弧线上。
如下图1所示，取坐标原点为两换能器之间连接直线的中点，取12的方向为正方向。
如换能器1首先接收到声发射信号，时差计数器所计的数值取负号；反之，换能器2首先接收到声发射信号，时差计数值取正号。
2、实验仪器介绍声发射信号是前沿时间只有几十到几百毫微秒、重复频率高的瞬变随机波信号。
局部瞬变产生的声发射波在试样表面的垂直位移约为10-7～～10-14米，频率分布在次声到超声频率范围（几千赫兹到几十赫兹）。
目前的声发射仪器大体上可分为两个基本类型，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。
单通道声发射检测仪一般采纳一体结构，也可以采纳组件组合结构。
它由换能器、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组成。
声发射检测技术介绍
声发射与其它无损检测技术对比
声发射检测方法 缺陷的增长／活动 与作用应力有关 其它常规无损检测方法 缺陷的存在 与缺陷的形状有关
对材料的敏感性较高
对几何形状的敏感性较差
对材料的敏感性较差
对几何形状的敏感性较高
需要进入被检对象的要求较少
进行整体监测
需要进入被检对象的要求较多
进行局部扫描
主要问题：噪声、解释
干扰噪声种类
电气干扰噪声 机械噪声源 声波传播途径引起的声信号畸变和衰减
小结
AE源机制的多样性、声波传播途径的复杂性、AE信号本身 的突发性和不确定性，以及干扰噪声的严重性等因素都使 AE信号的处理和分析面临极其严重的挑战。尽管如此，目 前人们还是有了一整套比较有效的AE信号处理和分析方法。 了解并掌握这些方法对AE技术的推广应用具有重要意义。
AE信号的例子
AE信号的例子
另一困难
AE信号处理技术面临的另外两大困难是AE信号的微弱性 （但又完全可以是宽动态范围）和干扰噪声的多样性。因 此，在AE技术发展史上，各种可能的信号处理技术都曾被 尝试过。可以毫不夸张地说，在现有的各种无损检测方法 中，AE检测技术所涉及到的信号处理内容应当是最广泛、 最全面的。在了解了这一点之后也就不难理解，为什么会 有如此众多的AE信号处理方法。
声发射检测技术
声发射的基本概念
什么叫声发射？材料内部迅速释放能量而产生瞬态弹性波 (声波) 的一种物理现象
主要的声发射源：裂纹的形成和扩展，塑性形变，位错 的移动，孪晶边界的移动，磁畴壁的移动、复合材料基 体或夹杂物的破裂、分层或纤维的断裂，以及物质结构 的变化（包括相变）等。 声发射的频率范围是什么？几十KHz- 数MHz
声发射及红外无损检测技术
要用液氮、氖气或热电致冷，以保证在低温下工作； 光学机械扫描装置结构复杂。
缺点：
红外热像仪的特点和主要参数
能显示物体的表面温度场，并以图象的形式显示，非常直观。 分辨力强，现代热像仪可以分辨0.1℃甚至更小的温差。 显示方式灵活多样 能与计算机进行数据交换，便于存储和处理
6.5 红外无损检测
压力容器弹性应力红外检测
01
小型容器压力实验装置
02
打压过程产生冷发射，卸压则温度回升
03
6.5 红外无损检测
液氯钢瓶纵焊缝上人工制造裂纹（通过磁粉检测显示）
6.5 红外无损检测
液化气钢瓶环焊缝上人工制造裂纹（通过磁粉检测显示）
6.4 声发射检测技术
声发射信号的特征参数
声发射事件 声发射信号的波形，经过包络检波后，波形超过预置的阈值电压形成一个矩形脉冲。如果一个突发型信号形成一个矩形脉冲叫做一个事件，这些事件脉冲数就是事件计数。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。
6.4 声发射检测技术
对声发射信号的振铃波形，设置某一阈值电压，振铃波形超过这个阈值电压的部分形成矩形窄脉冲，计算这些振铃脉冲数就是振铃计数。这是对振幅加权的一种计数方法，如果改变阈值电压，则振铃计数也发生变化。单位时间的振铃计数率称为声发射率，累加起来称为振铃总数。取一个事件的振铃计数称为事件振铃计数或振铃/事件。
20世纪50年代初 德国凯赛尔所作的研究工作。在金属材料的变形过程中观察到到声发射现象，并提出了著名的声发射不可逆效应。
20世纪60年代，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。
声发射知识简要
第1章和第2章1．什么是声发射材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性波形式快速释放出应变能的现象。
2．什么是声发射检测技术用仪器检测，分析声发射信号并利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射检测技术。
3．金属材料中的声发射源有哪些金属塑性变形、断裂、相变、磁效应等。
4．声发射检测方法的特点（1）动态无损检测方法（2）几乎不受材料的限制（3）可以长期，连续监测（4）易受噪声干扰（5）对缺陷进行定性分析5．为什么要用其它无损检测方法对声发射源进行评价？常用的无损检测方法有哪些？答：声发射技术只能定性评价活动性声源，不能判断缺陷的尺寸和类型（裂纹、未熔合、未焊透、夹渣）。
因此，应采用其它无损检测方法对声发射源进行评价，常用的无损检测方法有射线、超声、磁粉、渗透、涡流等。
6．什么是弹性变形和塑性变形？材料或构件在外力作用下要改变原来的形状，当外力消除后能完全消失的变形叫做弹性变形，消失不了而残留下来的变形叫做残余变形或塑性变形。
7．凯塞效应，Kaiser effect在固定的灵敏度下，材料或构件所加载荷低于先前所受应力水平之前不出现可探测的声发射的现象。
8．费利西蒂效应（Felicity effect）在固定的灵敏度下，材料或构件所加载荷低于先前所受应力水平的情况下，出现可探测到的声发射的现象。
9．费利西蒂比费利西蒂效应出现时的应力与先前所加最大应力之比。
10．突发型声发射定性描述分立声发射事件产生的分立的声发射信号。
11．连续型声发射定性描述快速声发射事件产生的持续的声发射信号。
12．试举出压力容器管道与构件的破裂模式延性破裂，脆性破裂、疲劳破裂、应力腐蚀破裂、压力冲击破裂、蠕变破裂等。
13．造成声波衰减的主要因素有哪些？扩散衰减散射衰减吸收衰减14．声波在固体介质中的传播速度与哪些因素有关？钢中纵波、横波和表面波的波速有何近似关系？介质的弹性模量、密度、泊松比、波型1.8：1：0.9纵波波速：横波波速：表面波波速15.声发射信号源一定是缺陷源。
第九章 声发射检测技术及应用
常用的声发射参数及其意义
（1）声发射事件总数：一个声发射过程中所发出的事件总数，
便为所有这些事件的和。
（2）振铃总计数：设置某一阈值电压，振铃波形超过这一阈值
电压的部分形成矩形脉冲，累加这些振铃脉冲数，就是振铃总数。
（3）总能量：声发射信号的能量是与信号的幅度及幅度分布有关
的参数。关于声发射信号的能量有多种不同的定义。通常是把信号幅度 的平方、事件的包络、持续时间的长短或事件包络的面积等作为能量参 数。尽管声发射能量不是物理意义上的能量，但对于衡量和评价材料的 断裂以及损伤程度却具有重要意义。
（4）度总计数：幅度累积计数就是按信号峰值幅度大小的不同范
围，分别对声发射信号进行事件计数。幅度计数，可以是事件的分级幅 度计数，也可以是累积幅度计数。计数的结果又分别称为分级幅度分布 和累积幅度分布。
450
0.8
400
0.7
350
0.6
300
0.5
250
0.4
200
0.3
150
0.2
100
0.1
50
0.0
0
0.00 0.02 0.14 0.33 0.51 0.79 0.97 0.77 0.46
应力应变曲线与声发射特征关系
Vp km/s 4.4
4.35
声速-应力关系
原有裂隙 受压闭合
B
加载新生 裂隙开展
（5）大事件计数：是指声发射信号脉冲超过某一阈值（较大）
并维持较长时间的事件的个数。
Xi’an Jiaotong University
常用的声发射参数及其意义
(二)变化率参数： 变化率参数反映的是在一定条件下声发射信号在单
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加载或加压基本上是二个加压循环 AE与UT、MT、RT之区别 UT通过声波反射 得到缺陷的反射高度和位臵 得不到自身高度和实际长度 RT通过影像 得到缺陷的形状 得不到自身高度和实际长度 缺陷是否可接受要通过断裂力学计算 AE 缺陷活性 试验验证缺陷的可接受程度
器的一级校准 ISO12714-1998 无损检测 声发射检测 换能 器的二级校准 ISO12716-2001 无损检测 声发射检测 术语 ISO/FDIS 16148：2006(E)重复充装气瓶在 役声发射检测
第一部分：标准的理解
欧共体标准
EN 14584 金属压力容器在压力试验过程中
GB18182-2012 金属压力 容器声发射检测及结果评
NB/T 4730.9-2012
定方法
适用范围 承压设备（锅炉、压力 压力容器（锅炉、压力管 容器、压力管道、氧舱 道、氧舱、其他金属构件） 等）
定位方法
结果评价 评价等级划分 加压程序 源复验后发现缺陷的处理
区域定位 时差定位
相同，其他无损复检 相同 相同 检规
第一部分：标准的理解
关于承压设备类别对声发射应用的影响：锅炉、管道、压力 容器 锅炉 结构复杂 管道 非封闭系统 压力容器 非典型结构+各种不连续结构 （球形、圆筒形等）
第一部分：标准的理解
二、需要掌握 7个理解难点或7个掌握重点；
1、声发射源、声发射定位源、声发射事件和声发射 撞击的关系（Hit）； 2、声发射定位源或声发射定位源区 ； 3、加压过程 ； 4、活性 ； 5、强度的量化计算 ； 6、校准：4个校准二个测量； 7、检测结果评定
定位方法 结果评价参 数
评价等级划 分
加压程序 源复验后的 结果评定
给出强度、活动度和保 压时间进行综合评价
一次加压循环
根据强度和活度级别 确定综合级别
二次加压循环
采用CVDA-84评定
无
本标准或在用含缺陷 压力容器安全评定标 准(GB/T 19624) /无
ASME V-1201声发射应 用的影响： 使用范围 定位方法 新金属压力 容器 区域定位/
第一部分：标准的理解
国内已颁布的声发射应用标准共有10个： GB/T18182-2012金属压力容器声发射检测及结果评价方法。 GJB2044-94（FL0140）钛合金压力容器声发射检测方法； JB/T7667-95 在役压力容器声发射检测评定方法； JB/T6916-93 在役高压气瓶声发射检测和评定方法； JB/T 10764-2007 常压金属储罐声发射检测及评价方法 NB/T 4730.9-2012 承压设备无损检测 第9部分:声发射检 测 JB/T 5754-1991 单通道声发射检测方法； QJ 2914-1996 复合材料构件声发射检测方法； GB/T 26646-2010 无损检测 小型部件声发射检测方法 GB/T 25889-2010 机器状态监测与诊断 声发射
的声发射检测
JB/T7667-95在役压力 容器声发射检测评定方
法
使用范围 在役压力容器及管道 时差定位 区域定位 根据源的强度和活动度
GJB2044-94（FL0140） 钛合金压力容器声发射 检测方法
GB18182-2000 ／
GB18182-2012
承压设备/新制造和 钛合金压力容器（在役） 使用中金属压力容器 及管道 时差定位 区域定位 根据源在保压时声发射 活性和高幅度事件 根据保压声发射延续时 间、高幅度事件计数和 事件和计数随压力的变 化进行综合评价 一次加压循环 时差定位 区域定位 根据源的强度和活度
相同
相同，其他无损验证 相同 相同 无
第一部分：标准的理解
小结： （本标准的与国内外标准相比较有几个特点： ） 从涵盖范围来说，包括压力容器、压力管道、锅炉，包 括新制造和在役； 从标准的先进性来说，检测方法标准，取消了含缺陷的 处理—评定； 从定位方法来说，本标准主要以时差或区域定位方法； 从信号的评价准则来说，根据强度和活度确定综合级别 没有考虑大幅度事件； 美国ASME标准的定位方法还是采用区域定位方法。 发现缺陷的处理没有给出建议
根据事件数 和信号幅度
≥5事件 第一个撞击 ≥43dB 一次加压循 环 ≤1mm深
根据事件数
根据源的强 度和活度
评价等级划分
强度和活度 的评价原则
一次加压循 环 无
强度和活度 的评价原则
一次加压循 环 无
≥5事件
一次加压循 环 无
根据强度和 活度级别确 定综合级别 二次加压循 环
本标准或采用
加压程序 源复验后的
JB/T7667-95 在 役压力容器声发 射检测评定方法
金属压力容器声 发射检测及结果 评价方法(特检院 企标)
第一部分：标准的理解
将要准备起草/修订的声发射标准共有1个
大容积气瓶声发射检测及结果评价(特检院企标)
已完成修订的声发射标准共有1个
GB/T18182-2012 金属压力容器声发射检测及结果评价方 法
NB/T 4730-2012 承压设备无损检测 第９部分：声发射检测 GB/T 181820-2012 /00 金属压力容器声发射检测及评价方法
第一部分：理解标准
第二部分：使用标准
NB/T 4730-2012 承压设备无损检测 第９部分：声发射检测 GB/T 181820-2012 金属压力容器声发射检测及评价方法
声发射术语
准备知识5大参数
持续时间 上升时间 计数 能量
幅度
声发射术语
声发射术语
分贝幅度:=20log10(A输出/A输入)
0 20
40
60 80 100
1uv 10uv 100uv 1000uv(1mv) 10000uv(10mv) 100000uv(100mv)
基础 标准是指在一定范围内作为其他标准的基础并具有广泛指导意义
的标准。包括：标准化工作导则，如GB/T1.4《化学分析方法标准编写 规定》；通用技术语言标准；量和单位标准；数值与数据标准，如 GB/T8170《数值修约规则》等。
第一部分：标准的理解
（2）方法标准 方法标准是指产品性能、质量方面的检测、试验方法
第一部分：标准的理解
关于法规变化对声发射应用的影响： 09版《容规》的变化： 7.5条 对定期检验耐 压试验作了限定，修理改造、改变使用条件、 停用后复用、移状或有怀疑。 11版《移动规》的变化：8条定期检验包括全 面检验和年度检验。取消耐压试验必检项。
第一部分：标准的理解
13版《检规》第三十三条：使用单位或检验机构对 压力容器的安全状况有怀疑的，应当进行耐压试 验。 04版《检规》耐压试验是必检项， 13版《容规》耐 压试验是必要时。 发射检测伴随压力试验（耐压试验或气压试验和液 压试验） 引入基于风险的检验，RBI评价结果，降险，在线监 测
重点介绍1个应用实际例子
第一部分：标准的理解
一、国内外声发射标准情况介绍 ； 二、需要掌握7个理解难点或7个掌握重点； 三、标准原文
第一部分：标准的理解
一、：国内外声发射标准情况介绍 国内已颁布的声发射方法标准 国内已颁布的声发射方法标准共有7个，将要颁布 或准备起草的声发射标准共有1个。 标准：方法标准和基础标准 （1）基础标准
ASTM
ASTM E1419b2002 ，CGA C-18
钢制无缝压 力容器 时差定位
ISO/FDIS 16148
GB181822000 /GB181822012
金属压力容 器及管道 时差定位区 域定位
金属构件 时差定位
气瓶 时差定位 ， MAE
根据活动度、 高幅度、计 根据源的强 结果评价参数 数率、大幅 度和活动度 度信号等参 数
第一部分：标准的理解
JB/T 10764-2007 常压金属储罐声 发射检测及评价 方 NB/T 4730.92012 承压设备无 损检测 第9部分: 声发射检测
隶属关系
GB/T18182-2012 金属压力容器声 发射检测及结果 评价方法
GJB2044-94 （FL0140）钛合 金压力容器声发 射检测方法
第一部分：标准的理解
国内已颁布的声发射基础标准共有6个： GB/T 12604.4-2005 声发射检测术语; GB/T 19800-2005 无损检测 声发射检测 换能器 一级校准; GB/T 19801-2005 无损检测 声发射检测 换能器 二级校准; JB/T 8283-1995 声发射检测仪 性能测试方法 JB/T 5754-1991 单通道声发射检测仪 技术条件
美国标准:美国材料实验协会ASTM
E610-82
声发射术语 650-1997声发射传感器固定方法导则E E750-1998声发射仪器性能标准 E976-2000有关声发射传感器重复性要求标准 E1781-1998有关声发射传感器校验标准 美国标准比较成系列化,比较完整
第一部分：标准的理解
美国标准:压缩气体协会 CGA
CGA C-18管制无缝气瓶声发射检测方法
第一部分：标准的理解
日本标准:压缩气体协会
JISZ2342-2003压力试验过程中压力容器的
声波发射试验方法和试验
第一部分：标准的理解
国际标准(ISO)： ISO12713-1998 无损检测 声发射检测 换能
第一部分：标准的理解
国外标准:美国机械工程师协会ASME
ASME V-12-2001金属容器在压力试验时的声发射 检测；
ASME V-11-2001增强纤纬塑料容器声发射检测；
ASME V-13-2001声发射连续监控； ASME V-29-2001声发射应用案例；