5.4.6.1 声发射检测基本原理
声发射(ACOUSTIC EMISSION,AE)是指材料局部因能量的快速释放而发出瞬态弹性波的现象,也称为应力波发射。声发射是一种常见的物理现象,大多数工程材料变形和断裂时都有声发射产生,如果释放的应变能足够大,还可产生人耳朵听得见的声音。
在检测实践中,通常我们需要借助灵敏的电子仪器来探测从缺陷处发出的声发射信号,这种利用仪器探测、记录、分析声发射信号并利用声发射信号进一步推断声发射源性质的技术称为声发射检测技术。该技术涉及声发射源、波的传播、声电转换、信号处理、数据显示与记录、解释与评定等基本概念。
由于声发射的产生机制不同,传统意义上的声发射检测技术主要是采集并分析突发型声发射信号,来推断结构损伤严重性的技术。
5.6.4.2 声发射检漏技术原理
声发射检漏技术是声发射检测技术应用的重要分支之一。
声发射检漏的原理是:当气体或液体在一定压力作用下从漏孔泄漏时,会在漏孔处发出连续的低频机械波,其频率范围可从几赫到几十万赫。利用声发射传感器接收来自泄漏部位的声信号,然后将该信号转变成电信号并放大后传送至声发射主机,经过分析处理就可以发现泄漏的位置和漏率的大小等信息。一般来说,泄漏量越大,激发的声发射信号幅度也越高。所用的传感器频率越低,则可以检测到距离更远、漏率更小的漏孔。由于受到环境噪声的影响,声发射检漏的频率范围多数在几万赫到几十万赫之间。目前,声发射检漏的灵敏度大约为10-2~10-3Pa·m3/s,是一种相对灵敏度较低的检漏方法。
5.4.6.3 声发射检漏信号的表征
检漏声信号属于连续型声发射信号。在传统的声发射分析技术中,用ASL值和RMS值来表示连续信号的大小。当泄漏产生时,在泄漏源处会激发出连续的声发射信号,信号被声发射传感器接收,并在声发射仪器上用ASL值(采样时间内,信号电平的均值)和RMS值(采样时间内,信号电平的均方根值)的大小反映出来。一般而言,RMS值表征泄漏信号比ASL值要灵敏一些,所以,专用的声发射检漏仪器大多采用RMS值表征泄漏信号来判断泄漏是否发生,而一些通用声发射检测仪器则大多通过观察ASL值的变化来判断泄漏是否发生。
声发射检漏时,声发射传感器接收到的声信号除泄漏源的声信号外,还包括仪器本身的电噪声、环境电磁噪声、流体噪声、结构变形产生的噪声等等。在这些影响因素中,仪器本身的电噪声基本是个常数。随着仪器制造水平的提高,除非在特别恶劣的电磁环境(如靠近大功率发射台)下,环境电磁噪声的影响不是特别明显。相对来讲,流体噪声和结构变形产生的噪声对检测的影响最大。对于流体噪声,由于其声发射机制与泄漏源的声发射机制一致,检漏时最难分辨和排除,通常只能采取提高检测频率、牺牲检测灵敏度的办法来给予解决。对于结构变形产生的噪声,可以在保压时进行检漏,因为保压时,大多数结构的声发射会趋向平静、收敛,这时结构变形产生的噪声影响最小。
5.4.6.4 泄漏源位置的确定
声发射检漏时,泄漏源位置的确定一直是技术的难点。泄漏源定位主要包括区域定位和时差定位。
区域定位可以确定泄漏源大致发生在哪个检测通道监视区域内,而准确定位则需要通过其他手段来实现。当泄漏产生时,泄漏源会发出连续的声发射信号,该信号会使距离不同位置的检测通道的传感器反映出不同的信号幅度,在仪器上以ASL值或RMS值的形式显示出来。假如结构在各个传递方向上的声波衰减率一致,则哪个检测通道传感器信号幅度高,泄漏源就距离哪个通道最近。这样就可以大致确定泄漏产生的区域。这种方法对于单一泄漏源的判断比较适合,然而对于在检测区域内存在多个泄漏源时,则判断就十分困难。(www.xing528.com)
泄漏信号的时差定位技术是声发射检漏技术研究的热点。在简单构件的单个漏孔检测中,利用双通道的泄漏检测仪器,利用泄漏信号到达不同传感器的时差,可以准确定位漏孔。但对于复杂构件、多个漏孔的检测,由于声波传播过程的衰减和波形畸变严重,使得依靠泄漏信号到达不同传感器的时差进行定位的技术的定位精度受到很大的干扰。
从检漏实践来看,不管那种定位方法,都有自身的局限性,在实际应用中会受到各种干扰因素的影响。一般而言,不同材料、不同结构的被检件,定位的具体算法和判断也有很大差异。实践证明,结构越简单,定位准确率越高。
5.4.6.5 漏率的确定
声发射检漏时,泄漏源的漏率不能直接确定,需要借助其他方法进行,例如气泡法、氦质谱法等。通常,声发射检漏时所发现的泄漏源漏率都比较大,一般不再定漏率而直接进行下一步的处理。
5.4.6.6 声发射检漏的特点与应用
声发射检漏的主要特点为:
1)可以远距离、非接触进行检漏。
2)可以长期、连续、整体检测。
3)需要对被检件加压或抽真空。
4)容易受到噪声干扰,泄漏源定量和定位困难。
目前,国外已经开发了单通道、双通道和多通道的泄漏检测仪器,大多数具有增益可调、携带方便、灵敏度高等特点,即使在极高的噪声背景下,仍能够检测出小于1×10-3Pa·m3/s的漏孔。这些检测仪器在天然气管道、石化管道、地下管道、阀门、船舶蒸汽发生器、压力容器等的检漏上得到广泛的应用。国内也有利用普通的声发射检测仪器,结合自己开发的软件成功研制出针对飞机副油箱的检漏系统,其灵敏度和速度都超过原来的气泡检漏技术,并准备投入使用。最新报道称,美国PAC公司为韩国制造的特大型液化天然气船配备了240通道的声发射检漏系统。
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