摘要：声发射技术的历程和现状

材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射(AE)，声发射是一种常见的物理现象，大多数材料变形和断裂时有声发射发生，但许多材料的声发射信号强度很弱，人耳不能直接听见，需要藉助灵敏的电子仪器才能检测出来，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。

现代声发射技术的开始以Kaiser二十世纪五十年代初在德国所作的研究工作为标志。他最有意义的发现是材料形变声发射的不可逆效应即：“材料被重新加载期间，在应力值达到上次加载最大应力之前不产生声发射信号”。现在人们称材料的这种不可逆现象为“Kaiser效应”。

二十世纪五十年代末和六十年代，美国和日本许多工作者在实验室中作了大量工作，研究了各种材料声发射源的物理机制，并初步应用于工程材料的无损检测领域。Dunegan首次将声发射技术应用于压力容器的检测。美国于年成立了声发射工作组，日本于年成立了声发射协会。二十世纪七十年代初,Dunegan等人开展了现代声发射仪器的研制，他们把仪器测试频率提高到KHz-1MHz的范围内,这是声发射实验技术的重大进展,现代声发射仪器的研制成功为声发射技术从实验室走向在生产现场用于监视大型构件的结构完整性创造了条件。

随着现代声发射仪器的出现，整个七十年代和八十年代初人们从声发射源机制、波的传播到声发射信号分析方面开展了广泛和系统的深入研究工作。在生产现场也得到了广泛的应用，尤其在化工容器、核容器和焊接过程的控制方面取得了成功。

正文：

随着现代生产的发展和科学技术的进步，现代设备的结构越来越复杂、自动化程度越来越高、故障类型会越来越多、处理难度越来越大。本文就声发射技术对设备状态监测与故障诊断的原理和方法，进行一个详细论述。

声发射技术原理：

当加载设备发生塑性变形、内部晶格位错运动、晶界滑移时，或者在裂纹成核、拓展和物体断裂时以及其他缺陷增加时，都会以弹性波的形式释放出猝发能量，这种现象称为声发（AcousticEmission）。

大多数金属材料的塑性变形和位错运动中的声发射信号很微弱。这就是借助声发射传感器和声发射前置放大器，通过检测分析声发射信号，并进而根据声发射信号的特征推断声发射源的机理和危险性，这就出现了声发射技术。

声发射检测方法：

声发射必须有外部条件,如力、电磁、温度等因素的作用,使材料内部结构、缺陷或潜在缺陷发生变化,才能产生能量释放使声发射出来。声发射技术是一种“动态”无损检测技术,它对增长着的缺陷更敏感,可以检测微米数量级的显微裂纹的变化,检测灵敏度很高。另外绝大多数金属和非金属都具有声发射特性,声发射诊断几乎不受材料所限,可以长期对缺陷的安全性进行实时状况监测和险情报警,这是声发射技术优于其他无损检测技术的特点。但是，由于材料的塑性变形和裂纹扩展等的不可逆性，声发射也有不可逆性，即认为应力第二次再重复作用时，大多数弹性体不会再产生声发射。因此，必须知道材料的受力历史或者再构件第一次受力时进行声发射诊断。详细查看《声发射应用解决方案》

声发射检测的应用：

因声发射实时动态监控检测等特性，能够动态监测设备当前状态和实时诊断设备故障，所以

声发射技术的应用较广泛。

(1)石油化工工业：低温容器、球形容器、柱型容器、高温反应器、塔器、换热器和管线的检测和结构完整性评价，常压贮罐的底部泄漏检测，阀门的泄漏检测，埋地管道的泄漏检测，腐蚀状态的实事探测，海洋平台的结构完整性监测和海岸管道内部存在砂子的探测。

(2)电力工业：变压器局部放电的检测，蒸汽管道的检测和连续监测，阀门蒸汽损失的定量测试，高压容器和汽包的检测，蒸汽管线的连续泄漏监测，锅炉泄漏的监测，风电设备的监测，汽轮机叶片的检测，汽轮机轴承运行状况的监测。

(3)材料试验：复合材料、增强塑料、陶瓷材料和金属材料等的性能测试，材料的断裂试验，金属和合金材料的疲劳试验及腐蚀监测，高强钢的氢脆监测，材料的摩擦测试,铁磁性材料的磁声发射测试等。(4)民用工程：楼房、桥梁、起重机、隧道、大坝的检测，水泥结构裂纹开裂和扩展的连续监视等。

(5)航天和航空工业：航空器的时效试验，航空器新型材料的进货检验，完整结构或航空器的疲劳试验，机翼蒙皮下的腐蚀探测，飞机起落架的原位监测，发动机叶片和直升机叶片的检测，航空器的在线连续监测，飞机壳体的断裂探测，航空器的验证性试验，直升机齿轮箱变速的过程监测，航天飞机燃料箱和爆炸螺栓的检测，航天火箭发射架结构的验证性试验。(6)金属加工：工具磨损和断裂的探测，打磨轮或整形装置与工件接触的探测，修理整形的验证，金属加工过程的质量控制，焊接过程监测，振动探测，锻压测试，加工过程的碰撞探测和预防。

(7)交通运输业：长管拖车、公路和铁路槽车的检测和缺陷定位，铁路材料和结构的裂纹探测，桥梁和隧道的结构完整性检测，卡车和火车滚珠轴承和轴颈轴承的状态监测，火车车轮和轴承的断裂探测。(8)其他：硬盘的干扰探测，带压瓶的完整性检测，庄稼和树木的干旱应力监测，磨损摩擦监测，岩石探测，地质和地震上的应用，发动机的状态监测，转动机械的在线过程监测，钢轧辊的裂纹探测，汽车轴承强化过程的监测，铸造过程监测，Li/MnO2电池的充放电监测，人骨头的摩擦、受力和破坏特性试验，骨关节状况的监测。

声发射技术还应用于测量固体火箭发动机火药的燃烧速度和研究燃烧过程，检测渗漏，研究岩石的断裂，监视矿井的崩塌，并预报矿井的安全性。