中国声发射技术进展 (2)
2008-08-04 16:09:30 作者:
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中国声发射技术进展
——学会成立25周年纪念
Acoustic Emission Progress in China
Celebration for the 25th anniversary of Chinese Society for NDT
沈功田 戴光 刘时风
Shen Gongtian,Dai Guang an ...
专业委员全体会议,并进行小规模的学术交流活动,每两年召开一次全国学术会议进行大规模的学术交流活动和仪器演示活动,到目前为止已召开了九届,具体的会议时间和地点如表1所示,每次学术会议均出版论文集,收集论文40到50篇,与会代表60到80人。
表1 中国声发射学术会议举办的地点与时间
届次
1
2
3
4
5
6
7
8
9
时间
1979.7
1983.4
1986.11
1989.8
1993.9
1995.10
1997.10
1999.6
2001.8
地点
黄山
桂林
长春
青岛
张家界
峨眉山
北京
上海
成都
3 人员和仪器现状
据估计,我国目前约有60多个科研院所、大专院校和专业检验单位在各个部门和领域从事声发射技术的研究、检测应用、仪器开发、制造和销售工作,从业人员200多人。在人员培训方面,已有5人以上以声发射检测技术的有关研究内容为论文题目获得博士学位,有50多人获得硕士学位。在检测人员资格认可方面,航天工业无损检测人员资格考试委员会自九十年代末至今已培训II 级检验人员30多人,国家质量监督检验检疫总局锅炉、压力容器、压力管道和特种设备无损检测人员资格考试委员会于2002年已培训II 级检验人员80多人。
在仪器制造和销售方面,国内主要有科海恒生公司、广州声华公司和沈阳电子所等,科海恒生公司制造和销售2—32通道CFAE-2001系列的参数式多通道声发射仪器,广州声华公司制造和销售2—32通道WAE2000系列的数字化全波形多通道声发射仪,沈阳电子所主要制造和销售2—8通道的多通道声发射仪。另外一些单位针对具体设备的工程检测,基于声发射技术的原理研制出具有单一功能的专用检测仪器,这些仪器主要包括轴承故障检测仪、阀门泄漏检测仪(沈阳电子所)、高压变压器局部放电检测仪(沈阳变压器厂和北京电力科学研究院)、摩擦声发射检测仪(北京航空航天大学)、岩石状态监测仪(广州声华公司)、声发射燃条燃速测试仪(航天总公司44所)、高精度声发射对刀装置(国防科技大学)以及刀具破损监测仪等。
在现有声发射仪器设备的保有量方面,估计约有32通道及以上的仪器20多台,8到24通道的仪器40多台,1到4通道的仪器100多台。主要仪器机型为美国PAC公司的LOCAN、SPARTAN和MISTRAS系列,德国VALLEN公司的AMSY系列,国内科海恒生公司的CFAE系列,广州声华公司的WAE系列和沈阳电子所的声发射仪。
4 标准状况
我国声发射检测标准的制定,既迟后于国内其它常规无损检测方法,也与美国有很大的差距,但在许多方面已取得进展,检测术语、检测仪性能测试、金属压力容器检测方法、钛合金压力容器检测方法、复合材料构件检测方法和在役金属容器检测方法等已分别颁布国家标准、国家军用标准和行业标准,其余尚处在企业或内部标准阶段。目前已颁布主要声发射标准目录如下:
GB/T 12604·4-90 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 2044-94 钛合金压力容器检测方法
JB/T 8283-95 检测仪性能测试方法
JB/TQ753-89 在役容器检测方法
QJ 2914-96 复合材料构件检测方法
5 主要研究和应用领域[5-10]
5.1 压力容器的声发射检测
压力容器检测是目前声发射技术在中国开展应用最成功和普遍的领域之一,人们已经对现场压力容器的声发射源进行了详细的研究工作[11] ,通过大量的试验和现场应用,使这一方法已达到成熟,制定了国家标准,并编写了II 级检测人员声发射培训教材[12] ,对80多人进行了培训和II 级资格认证。目前国内有近30家拥有声发射仪器的单位从事压力容器的声发射检测,国内的大部分多通道声发射仪由这些单位拥有。具粗略统计,这些单位每年采用声发射检测大型压力容器200~300台。
压力容器的声发射检测包括新制造压力容器水压试验时的声发射监测、在用压力容器的声发射检测和缺陷评价、压力容器工作状态下的声发射在线监测和安全评价[13] 。由于我国在二十世纪七十年代投入使用的压力容器绝大部分存在各种各样的焊接缺陷,在定期检验过程中对采用超声波和射线方法发现的大量超标缺陷的处理十分困难,如全部返修工程造价甚至和更新的费用差不多,而采用声发射检测可以快速发现这些超标缺陷中存在的活性缺陷,仅许需对这些活性缺陷进行返修处理,压力容器即可重新投入使用。另外,在压力容器的运行过程中,许多到了检验周期但由于生产工艺的需要不能停产,而声发射技术是目前较成熟的在线无损检测方法,采用声发射进行在线监测,可以对压力容器的安全性进行评价,从而决定是否延长压力容器的检验周期。
声发射技术和大量的科研成果在我国压力容器检测中成功的推广和应用,一方面及时排除了大量带缺陷运行的压力容器的爆炸隐患,降低了恶性事故的发生,确保了这些压力容器的安全运行,取得了重大的社会效益;另一方面,声发射检测大大缩短了压力容器的检验周期,并减少了盲目返修和报废压力容器所带来的损失,为广大压力容器用户带来了巨大的经济效益,这种检验方法深受广大压力容器用户的欢迎。
5.2 航空航天工业中的应用
我国学者在这一领域也进行了广泛和深入的研究,并取得了一些重要成果。早在二十世纪八十年代初,国内有关单位就进行了飞机机翼疲劳试验过程中的声发射监测研究[14,15] ,并在信号处理和识别技术方面积累了宝贵经验。空军第一研究所在某型飞机的全尺寸疲劳试验过程中(飞行长达16000小时),用声发射技术对其主梁螺孔和隔框连接螺栓等部位疲劳裂纹的形成和扩展进行了跟踪监测,历时之长和积累数据之丰富都是前所未有的[16,17] 。他们利用了声发射参数组成多维空间的一个特征矢量,成功进行了疲劳裂纹产生的声发射信号识别。除利用这种多参数识别方法外,还利用趋势分析和相关技术等方法对信号进行处理,建立了一套较完整的信号识别和处理体系。
5.3 复合材料的声发射特性研究
声发射技术目前已成为研究复合材料断裂机理和检测复合材料压力容器的重要方法。中科院沈阳金属所、航空621所、航天703所和44所在这些领域做了大量工作,尤其是44所作了大量复合材料压力容器的声发射检测,并起草了内部的检测与评价标准。目前采用声发射技术已能检测每根碳纤维或玻璃纤维丝束的断裂及丝束断裂载荷的分布,从而评价它们的质量。声发射技术还可以区分复合材料层板不同阶段的断裂特性,如基体开裂、纤维与基体界面开裂、分层和纤维断裂。另外,我国也有人采用声发射技术研究 碳纤维增强聚酰亚胺复合材料升温固化的特性[18] 。
5.4 声发射信号的处理技术
声发射检测的最主要目的之一是识别产生声发射源的部位和性质,而声发射信号的处理是解决这一问题的唯一途径。在声发射信号的处理和分析方面,除大家普遍常用经典声发射信号参数和定位分析之外,我国目前开展了处于世界前沿的基于波形分析基础之上的模态分析、经典谱分析、现代谱分析、小波分析和人工神经网络模式识别,另外也对声发射信号参数采用了模式识别、灰色关联分析和模糊分析等先进的技术,我国还自主开发了进行各种信号分析和模式识别的软件包。通过采用这些信号处理与分析技术,可以在不对声发射源部位进行其它常规无损检测方法复
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