聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)在水利水電工程上的應(yīng)用

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聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)是一種動(dòng)態(tài)的檢測(cè)技術(shù)，可提供缺陷隨荷載、時(shí)間、溫度等外變量而變化的實(shí)時(shí)或連續(xù)信息，適合于在線監(jiān)控及早期或臨近破壞預(yù)報(bào)?？山鉀Q常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法所不能解決的問(wèn)題。通過(guò)水利水電工程上的應(yīng)用實(shí)例證明，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)是水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備在線監(jiān)控和安全評(píng)估的有效手段。

　　材料中由于能量從局部源快速釋放而產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射（acoustic emission，簡(jiǎn)稱AE）。聲發(fā)射是一種常見(jiàn)的物理現(xiàn)象，如地震波、巖石破碎、金屬開(kāi)裂和折斷鉛芯等。各種材料聲發(fā)射信號(hào)的頻率范圍很寬，聲發(fā)射信號(hào)幅度的變化范圍也很大，以致于有些聲發(fā)射信號(hào)人耳可以聽(tīng)到，而有些聲發(fā)射信號(hào)人耳聽(tīng)不到。許多材料的聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度很弱，需要借助專門(mén)的檢測(cè)儀器才能檢測(cè)出來(lái)。材料在應(yīng)力作用下的變形與開(kāi)裂是結(jié)構(gòu)失效的重要機(jī)制。這種直接與變形和斷裂機(jī)制有關(guān)的源，稱為聲發(fā)射源。用儀器探測(cè)、記錄、分析聲發(fā)射信號(hào)和利用聲發(fā)射信號(hào)推斷聲發(fā)射源的技術(shù)稱為聲發(fā)射檢測(cè)（acoustic emission testing 簡(jiǎn)稱AET）技術(shù)。

　　AET技術(shù)在五十年代就開(kāi)始應(yīng)用于材料研究。在六十年代開(kāi)始應(yīng)用于無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域。我國(guó)則于七十年代開(kāi)始應(yīng)用AET技術(shù)。AET技術(shù)已應(yīng)用的領(lǐng)域有：材料及力學(xué)方面的研究；汽車(chē)工業(yè)（汽車(chē)所有部件）；土木工程（橋梁、巖石、混凝土及水工建筑物安全性檢測(cè)等）；航空航天（機(jī)身各部件、引擎、衛(wèi)星太陽(yáng)能板等）；大型變壓器局部放電檢測(cè)；環(huán)境試驗(yàn)；核反應(yīng)堆；模態(tài)測(cè)試；一般工業(yè)（管路、軸承、壓力容器、球罐等）；焊接質(zhì)量檢測(cè)與監(jiān)控；吊車(chē)等空架結(jié)構(gòu)檢測(cè)；質(zhì)量管理（配合自動(dòng)化生產(chǎn)線進(jìn)行在線質(zhì)量控制）等。AET技術(shù)作為無(wú)損檢測(cè)的一種手段，其主要目的是：①確定聲發(fā)射源的部位；②分析聲發(fā)射源的性質(zhì)；③確定聲發(fā)射發(fā)生的時(shí)間或載荷；④按照有關(guān)的聲發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定聲發(fā)射源的嚴(yán)重性。另一方面，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)也有一定的缺點(diǎn)和不足：聲發(fā)射檢測(cè)需要在特定荷載條件下進(jìn)行，聲發(fā)射檢測(cè)目前只能給出聲發(fā)射源的部位、活度和強(qiáng)度，不能給出聲發(fā)射源處缺陷的性質(zhì)和大小，對(duì)超標(biāo)聲發(fā)射源，需要使用其它常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法（如：超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)等）進(jìn)行局部復(fù)檢，以精確確定缺陷的性質(zhì)、位置和大小。

　　現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中規(guī)定的產(chǎn)品質(zhì)量（尤其是內(nèi)部質(zhì)量）要求，在很多情況下是根據(jù)常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法確定的。按常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法，只能檢測(cè)、顯示靜態(tài)的宏觀缺陷[也稱不連續(xù)性或不完整性，如裂紋、夾渣（雜）、氣（縮）孔、未融合、未焊透等]?，F(xiàn)行的一般做法是，按照標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和標(biāo)書(shū)文件的要求，對(duì)檢出的缺陷進(jìn)行定位、定量、定性（定性的方法目前尚不成熟，超聲檢測(cè)定性尤差）和等級(jí)評(píng)定，以確定是否合格和驗(yàn)收。這種靜態(tài)的檢測(cè)評(píng)定方法更多評(píng)價(jià)的是產(chǎn)品制造工藝和質(zhì)量控制的水平，而對(duì)于產(chǎn)品的安全性和可靠性往往沒(méi)有多少直接關(guān)系；事實(shí)上，只有擴(kuò)展的、尺寸增大的和最終導(dǎo)致破壞的不完整性（如裂紋的萌生和擴(kuò)展）才認(rèn)為是危險(xiǎn)的。

　　AET技術(shù)具有以下特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)），在很多情況下與其它無(wú)損檢測(cè)方法相比這些特點(diǎn)表明了它的優(yōu)越性。

　　1.聲發(fā)射法適用于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控檢測(cè)，且只顯示和記錄擴(kuò)展的缺陷，這意味著與缺陷尺寸無(wú)關(guān)。而是顯示正在擴(kuò)展的最危險(xiǎn)缺陷。這樣，應(yīng)用聲發(fā)射檢驗(yàn)方法時(shí)可以對(duì)缺陷不按尺寸分類，而按其危險(xiǎn)程度分類。按這樣分類，構(gòu)件在承載時(shí)可能出現(xiàn)工件中應(yīng)力較小的部位尺寸大的缺陷不劃為危險(xiǎn)缺陷，而應(yīng)力集中的部位按規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求允許存在的缺陷因擴(kuò)展而被判為危險(xiǎn)缺陷。聲發(fā)射法的這一特點(diǎn)原則上可以按新的方式確定缺陷的危險(xiǎn)性。因此，在壓力管道、壓力容器、起重機(jī)械等產(chǎn)品的荷載試驗(yàn)工程中，若使用聲發(fā)射檢測(cè)儀器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控檢測(cè)，既可彌補(bǔ)常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法的不足，也可提高試驗(yàn)的安全性和可靠性。同時(shí)利用分析軟件可對(duì)以后的運(yùn)行安全做出評(píng)估。