声发射

[拼音]：shengfashe

[外文]：acoustic emission

在固体材料内由于能量的迅速释放而产生瞬时弹性波的现象。声发射与材料中的局部不稳定状态有关，它是材料中局部能量再分布的结果。这种能量的再分布往往是材料损坏前的征兆。因此，可以利用声发射来研究固体材料，也可用来作为对材料无损检测的一种方法。声发射技术是以声发射现象为依据发展起来的，有着多方面的应用。

产生声发射的源是一种微动态变形的过程，例如双晶的形成、马氏体相变、位错断裂和空位聚合等现象。在许多材料中由于范性形变而引起的整体沉陷要产生声发射。在交错的位错聚合处产生破裂核心也是导致声发射的原因。有些情形下，如晶粒间或晶粒内的断口、脆裂和破裂扩展都会发生较大的声发射。声发射大多是产生一系列的声脉冲波，在一定时间内声脉冲的强度和数目的多少往往是判断声发射情况的依据。

用声发射技术检测材料时，被检测的材料必须在一定的条件下才能激发材料中的异常处使之产生声发射的脉冲波。一般采取的办法是在材料上外加负载。在焊接的过程中，材料中的热循环、熔化和凝结都会有声发射的现象产生。材料中残余应力的释放也可产生声发射。

在一些情形下，声发射是可以听到的。例如，岩石破裂前或木材断裂前发出的声音。然而，许多情形下的声发射是听不见的，必须用特殊的仪器测量。一般的，声发射的脉冲波有丰富的频率成分，大多频率在千赫到兆赫之间的范围。

虽然有些声发射现象早已为人们所知，但是声发射只有在现代化电子仪器和性能优良的传感器出现后，才得到广泛的研究和应用。传感器是将材料内声发射产生的弹性波转变成相应的电信号的器件。这种传感器通常是压电类型的换能器，如锆钛酸铅及压电陶瓷换能器。传感器与前置放大器相连接。前置放大器将声发射的信号放大后送到主放大器将信号进一步放大，然后对放大了的声发射信号根据需要进行各种处理。

声发射信号的处理系统

主要有单通道系统和多通道系统两种。

（1）单通道系统。它是由一个接收换能器及放大器和测量仪表所组成的系统。较早期的处理方法是将声发射信号通过阈电路，在一定的时间间隔内和一定的阈值下以声发射信号通过阈电路的次数来判断声发射的情况。另一种方法是测量声发射信号的均方值。这样就可以测量声发射信号在短时间间隔内的能量。进一步的处理是对声发射信号做声谱分析及统计分布等方面的工作。

（2）多通道系统。它是同时使用多个放在不同位置的接收换能器和放大器的处理系统。多通道系统利用声定位的方法能够确定声发射源的位置。

声发射发出的脉冲波在材料中传播的损耗不大，声脉冲发射后很快在材料中传播到各处。因此，声发射的检测比较方便。但是，接收到的声发射信号往往不易与噪声干扰分开，这是声发射技术应用中的一个问题。现在有许多解决办法，用多通道系统就是其中之一。

声发射技术的应用

主要包括以下几个方面。

（1）材料的研究。材料在相变过程中产生声发射，声发射表征着材料的特性，研究声发射可以研究单晶、多晶和复合材料中的形变，还可以用来研究材料中裂缝处破裂的机理。对于地质材料的研究也是声发射技术应用的一个重要方面，例如研究岩石中的形变和破裂过程，它可以用于矿山的崩塌和滑坡、塌方等的预报，也与地震的研究有关。另一方面的重要应用是研究材料在高温下的特性。进行这方面的研究需要有耐高温的传感器。

（2）结构安全度的检测。如果在结构材料中出现裂缝，当结构被加载时声发射的现象有变化。因此，可以用声发射技术监测结构物的安全程度，发现裂缝和估量裂缝的严重程度。用多通道系统还可以定出裂缝的位置。这方面的应用很有实际意义，如检测核工业、石油工业中的压力罐，火箭发动机罩，建筑结构，桥梁，管道等。

（3）焊接质量的检验。声发射技术可用于焊接的三个阶段来检验焊接的质量。在焊接进行的过程中用以检查是否有缺陷出现；如果焊接质量低于某个水平则停止焊接。焊接完毕后立即检验有无裂纹。在应力释放的过程中检验是否有再热裂缝出现。

参考书目

Acoustic Emission，