聲發射檢測 (AET) 是一種無損檢測方法，它監測材料在受力狀態下以瞬態彈性波（也稱為聲發射）形式釋放的能量，以便檢測材料中的缺陷并進行檢查。

聲發射檢測的替代短語包括：

• 聲學測試
• 聲學監測
• 聲學分析
• 聲音信號檢測
• 聲發射分析

聲發射檢測對于識別和評估檢查過程中的缺陷特別有效，包括：

• 裂縫形成
• 腐蝕
• 復合材料中的纖維斷裂

聲發射檢測廣泛應用于需要保持關鍵部件完整性和安全性的行業，包括航空航天、土木工程、發電和制造業

本文對聲發射檢測進行了深入概述，探討了所使用的工具和技術、各種類型的聲發射檢測方法以及最有用的檢查場景。

什么是聲發射檢測？

聲發射測試檢測并分析材料在受到變形或應力時發出的高頻聲波。

各種缺陷都會產生聲發射，包括裂紋形成、塑性變形和相變，它們可以提供有關材料在負載下的完整性和行為的寶貴信息。

這些信息對于識別資產缺陷至關重要，可以幫助檢查人員在潛在問題發展成嚴重問題之前發現它們。

而且它的用途并不局限于少數幾個行業。AET 可以用于的材料包括金屬、混凝土、陶瓷、合金、復合材料等，因此幾乎任何行業都可以從其檢測缺陷形成早期階段和實時監測損傷進展的能力中受益。

聲發射檢測原理

聲發射檢測的基本原理是基于對材料內部局部源快速釋放能量產生的瞬態彈性波的檢測和分析。

簡單來說，檢測員監測材料中的聲波，然后分析這些聲波以識別異常，從而表明可能存在缺陷。這些聲波可以自行存在（即被動聲學測試，無需干預），也可以通過對材料施加壓力而引入（即主動聲學測試，需要檢測員干預才能產生聲波）。

以下是聲發射檢測的簡要步驟，遵循主動模型。（請注意，對于被動聲學測試，流程將從第三步開始，此時檢查員使用傳感器開始檢測聲學。）

1. 應力應用

檢查員使用機械負荷或熱循環等方法對所檢查的材料施加壓力。

2. 波浪的產生

當材料受到應力時，它會變形，并由于裂紋萌生、裂紋擴展、纖維斷裂或腐蝕等過程而發出聲波。

**3. 波浪檢測 **

檢測人員將傳感器（通常是壓電換能器）連接到材料表面以檢測聲波。這些傳感器將機械波轉換成電信號，然后通過解讀電信號來識別缺陷的存在。

4.信號處理

檢查員放大轉換后的電信號，對其進行過濾和處理，以提取有關聲發射源和特性的有意義的信息，即哪里存在潛在缺陷？缺陷的性質是什么？

**5.數據分析 **

檢查人員處理數據然后分析數據以確定缺陷的類型、位置和嚴重程度，從而可以對材料狀況進行實時監控和評估。

聲發射測試的優勢

• 實時監控 。AET 對材料和結構進行持續、實時監控，從而能夠提前發現缺陷和損壞進展。
• 靈敏度 。AET 對缺陷的產生和發展高度敏感，通常可以檢測到使用其他 NDT 方法無法發現的缺陷。
• 非侵入性 。該技術是非侵入性的，不需要接觸材料的內部結構，因此適用于廣泛的應用。
• 適用性廣泛 。AET 可用于多種類型的材料，包括金屬、復合材料、陶瓷和聚合物。

聲發射檢測的局限性

• 解釋復雜 。需要經過特殊培訓才能進行 AET — 聲發射信號的解釋需要經過大量培訓并擁有豐富經驗的熟練操作員。
• 環境噪聲 。背景噪聲和環境因素會干擾聲發射的檢測，從而可能影響測試的準確性。（如上所述，這種方法非常敏感！）
• 范圍有限 。AET 的有效性會隨著與聲發射源距離的增加而降低，因此需要戰略性地放置傳感器以實現全面覆蓋。
• 材料依賴性 。用于聲學測試的材料類型很重要——結果的質量可能因材料特性和所監測的缺陷類型而異。

聲發射檢測與超聲波檢測

聲發射檢測 (AET) 和超聲波檢測 (UT) 都是用于評估材料和結構完整性的有價值的無損檢測 (NDT) 方法。

盡管這些技術有相似之處，但它們的原理、應用和優勢卻有很大不同。了解這些差異有助于選擇適合您特定檢查需求的方法。

聲發射檢測（AET）

• 工作原理 。AET 監測瞬態彈性波（聲發射）的釋放，這種波是由材料在受力狀態下局部源快速釋放能量而產生的。放置在材料表面的傳感器檢測這些發射，然后對其進行分析以定位和表征裂紋和分層等缺陷。
• 檢測機制 。AET 可以是被動的，也可以是主動的，要么依靠材料本身在受到應力時產生信號，要么引入應力，從而導致聲波的變化，讓檢查人員識別材料變形或裂紋擴展等問題。

超聲波檢測 (UT)

• 工作原理 。超聲波探傷使用高頻聲波，通過傳感器將其引入材料中。這些聲波穿過材料并從內部特征（如缺陷或邊界）反射。反射波由傳感器或其他傳感器檢測，然后分析回聲的幅度和其他數據，以確定內部缺陷的位置、大小和性質。
• 檢測機制 。UT是主動的，需要外部源產生超聲波，然后傳輸到材料中。

在 AET 和 UT 之間進行選擇

聲發射檢測和超聲波檢測之間的選擇取決于檢查任務的具體要求。

• AET 非常適合實時監測和檢測主動損傷，適合長期結構健康監測。
• 另一方面，UT 更適合于詳細的缺陷檢測、厚度測量以及需要精確定量數據的應用。

聲發射檢測工具

檢查員使用大量專門的工具和設備進行聲學監測。

這些工具旨在檢測、放大和分析材料在壓力下產生的聲波。

以下是最常見的聲發射測試工具類型。我們將這些工具分為七類，每類都列出了具體類型（有些類別只有一種類型）。

1. AET 傳感器

一、壓電傳感器是將機械波轉換為電信號的AET傳感器。

• 工作原理 。當聲波到達壓電換能器時，它會產生與波的振幅和頻率成比例的電信號。
• 應用 。這些傳感器廣泛應用于 AET，用于檢測各種材料和結構的各種聲發射。

II.光纖傳感器是利用光纖檢測聲發射的AET傳感器。

• 工作原理 。聲波會引起光纖特性的細微變化，這些變化會被檢測到并轉換成電信號。
• 應用 . 用于電磁干擾可能影響壓電傳感器的環境，例如高壓區域或存在射頻干擾的區域。

2. 前置放大器

I.前置放大器是將傳感器產生的弱信號在進行處理之前進行放大的設備。

• 工作原理 。前置放大器將信號幅度增加到適合進一步處理和分析的水平，而不會增加明顯的噪音。
• 應用 。對于確保檢測到的聲發射足夠強以便進行準確分析至關重要，尤其是在大型或嘈雜的環境中。

3.數據采集系統

I.數據采集系統收集并數字化來自傳感器的電信號。

• 工作原理 。這些系統將傳感器發出的模擬信號轉換為計算機可以處理的數字數據。它們通常包括過濾、采樣和多路復用等功能。
• 應用程序 。用于同時收集和存儲來自多個傳感器的數據，從而可以全面分析大型結構的聲發射。

4.信號處理軟件

一、信號處理軟件是針對數字化的聲發射信號進行分析的軟件。

• 工作原理 。該軟件過濾噪音、提取特征并進行信號分析，以識別聲發射的來源和特性。它還可以使用算法進行事件檢測、模式識別和數據可視化。
• 應用程序 。對于解釋 AET 期間生成的復雜數據至關重要，可以深入了解缺陷的位置、類型和嚴重程度。

5. 波導

I.波導是一種將聲波從難以到達的區域傳輸到傳感器的設備。

• 工作原理 。波導將聲發射從聲源引導到傳感器，確保仍可檢測到來自難以接近或惡劣環境的信號。
• 應用 。用于無法直接放置傳感器的結構，例如管道、儲罐或高溫環境內。

6. 安裝配件

I.安裝配件是用于將傳感器固定到材料表面的粘合劑、夾具和磁性支架等組件。

• 工作原理 。這些附件可確保傳感器安全且正確地定位，以有效檢測聲發射。
• 應用 。對于在長期監測期間保持一致的傳感器放置位置和確保準確的數據收集至關重要。

7. 校準設備

一、校準設備是用于校準傳感器和數據采集系統的工具和參考材料。

• 工作原理 。校準設備確保 AET 系統準確測量聲發射，通常使用已知的參考信號或具有預定屬性的材料。
• 應用 。定期校準對于保持 AET 檢查的準確性和可靠性是必要的，尤其是在關鍵應用中。

聲發射檢測的類型

盡管“聲發射檢測”一詞通常指的是一種無損檢測方法，但事實上有很多不同的方法可以做到這一點。

每種方法都是針對特定的檢查需求和應用而定制的，其細微的差別取決于施加在材料上的應力類型和檢測到的聲發射的性質。

每種類型的聲學測試都有其獨特的優勢，適用于不同的應用。這就是為什么讓經驗豐富的 AET 操作員來做這項工作如此重要，因為他們能夠確定特定檢查的最佳方法，幫助您獲得最佳測試結果，為您的維護工作提供參考。

以下是聲發射測試的主要類型：

1. 被動聲發射檢測

無需干預——該方法監測材料在正常運行條件下產生的聲發射。

• 工作原理： 檢測人員將傳感器安裝到材料上，當材料受到自然應力和變形時，被動檢測聲發射。
• 應用 。通常用于對橋梁、壓力容器和管道等結構的連續監測，以檢測裂紋擴展、腐蝕和其他缺陷，而不會中斷其運行。

2. 聲發射檢測

采用干預措施——這種方法給材料引入應力以引起聲發射。

• 工作原理 。材料受到受控的機械、熱或壓力應力，以刺激聲發射的釋放，然后由傳感器檢測到。
• 應用 。用于實驗室環境和定期維護期間，以評估材料對應力的響應并識別潛在缺陷。

3. 爆破聲發射測試

無需干預——監測傳感器檢測由突發事件（例如裂縫形成或突然斷裂）引起的高能聲發射。

• 工作原理 。傳感器檢測在發生重大結構變化或故障時出現的短暫、高振幅聲音信號。
• 應用 。非常適合監測突然發生故障可能造成災難性后果的關鍵結構，例如航空航天部件和高壓系統。

4. 連續聲發射測試

無需干預——傳感器會在較長時間內持續監測低水平聲發射。

• 工作原理 。傳感器不斷收集聲發射數據，對這些數據進行分析，以檢測材料行為的逐漸變化或趨勢。
• 應用 。用于橋梁、水壩和大型建筑等基礎設施的長期健康監測，以追蹤缺陷的進展并確保結構完整性。

5. 模態聲發射測試

可以使用也可以不使用干預，因為這種方法是關于如何處理數據而不是收集數據——結合聲學測試數據和模態分析來研究材料對應力的動態響應。

• 工作原理 。檢查人員獲取聲發射數據并將其與材料的模態參數（固有頻率、模態形狀）關聯起來，以深入了解材料的動態行為。
• 應用 。用于研究和開發復合材料、合金等先進材料的機械性能和失效機制。

何時需要進行聲發射檢測？

聲發射測試 (AET) 在多種維護場景中至關重要，以確保材料和結構的質量、安全性和可靠性。

以下是需要進行聲發射測試的主要情況：

1. 制造過程中的質量控制和保證

• 生產流程 。在制造過程中，AET 用于監控材料和部件的完整性，檢測裂紋、分層和夾雜物等缺陷。這確保只有無缺陷的產品才能到達客戶手中。
• 進料檢驗 。在生產使用前檢查原材料，確保其符合要求的規格且沒有缺陷。

2. 結構健康監測

• 基礎設施監測 。AET 對于橋梁、水壩和建筑物等大型基礎設施的持續監測至關重要。它有助于早期發現結構問題，例如裂縫擴展和材料退化，從而確保這些結構的安全性和使用壽命。
• 航空航天結構 。在航空航天工業中，AET 用于監測飛機部件的結構完整性。這包括檢測疲勞裂紋、復合材料的分層以及其他可能危及飛行安全的關鍵缺陷。

3.壓力容器及管道監測

• 壓力容器完整性 。AET 對于監測石油和天然氣、化學加工和發電等行業的壓力容器完整性至關重要。它有助于檢測泄漏、裂紋擴展和其他可能導致災難性故障的問題。
• 管道監測 。監測管道是否存在腐蝕、開裂和第三方損壞等缺陷。持續監測有助于防止泄漏和破裂，確保流體和氣體的安全運輸。

4.預防性維護和定期檢查

• 日常維護 。AET 是定期維護計劃的一部分，用于監控關鍵部件和基礎設施的狀況。這有助于盡早發現潛在問題，防止意外故障和停機。
• 狀態監測 。連續或定期的 AET 檢查能夠在運行條件下監測組件，提供有關其健康狀況的寶貴數據并預測其剩余使用壽命。

5. 研究與開發

• 材料特性 。在研發中，AET 有助于表征新材料，研究其在不同條件下的特性和行為。這些信息對于開發性能增強的先進材料至關重要。
• 原型測試 。AET 用于評估原型，識別在全面生產之前需要解決的任何缺陷或弱點。

6. 安全合規和監管要求

• 監管標準 。許多行業都受到嚴格的安全法規的約束，這些法規要求定期進行聲發射測試。遵守這些法規可確保組件和結構符合安全標準，從而降低事故風險。
• 認證和認可 。AET 通常用于認證目的，例如從監管機構獲得壓力容器和管道認證。

依賴聲發射測試的五大行業及其具體應用

正如我們前面提到的，檢查員可以在各種各樣的材料上使用 AET，包括金屬、混凝土、陶瓷等等。

這意味著它可以用于幾乎所有你能想到的依賴由這些材料制成的機械或基礎設施的行業。

以下是使用 AET 的五大行業，每個行業都有特定的應用。

1. 石油和天然氣工業

在石油和天然氣行業，聲發射測試對于維護管道和其他下游、中游和上游基礎設施的安全性和可靠性至關重要。

• 管道監測 。AET 用于檢測管道中的腐蝕、開裂和其他缺陷，確保管道的完整性并防止可能導致環境災難的泄漏或破裂。
• 壓力容器監測 。AET 監測壓力容器是否有破裂、泄漏和其他可能導致災難性故障的缺陷跡象。
• 井筒完整性 。聲發射測試有助于評估井筒的完整性，檢測套管泄漏、地層裂縫和水泥膠結失效等問題。

2. 發電

在發電過程中，聲發射測試對于維護發電廠關鍵部件的完整性至關重要。

• 蒸汽發生器監測 。AET 用于監測蒸汽發生器是否存在可能影響其性能和安全性的開裂、腐蝕和其他缺陷的跡象。
• 渦輪葉片檢查 。檢測渦輪葉片損壞的早期跡象，如裂紋和材料退化，確保其高效、安全運行。
• 變壓器和發電機監控 。監控變壓器和發電機是否存在內部缺陷跡象，如繞組放電和鐵芯脫層，確保其可靠性和性能。

3.制造業

在制造業中，聲發射測試對于確保產品質量和可靠性至關重要。

• 質量保證 。AET 用于檢查原材料、中間產品和最終組件是否存在內部和表面缺陷，如裂紋、空洞和夾雜物。這確保只有無缺陷的產品才能到達客戶手中。
• 機加工零件檢查 。檢查機加工零件是否有缺陷，確保其符合設計規格和公差。
• 焊縫檢查 。檢測焊縫中的缺陷，如裂紋和未熔合，確保焊接接頭的結構完整性。

4. 土木工程和基礎設施

在土木工程中，聲發射測試對于確保大型結構的完整性和安全性起著至關重要的作用。

• 橋梁監測 。AET 用于持續監測橋梁是否存在結構損壞跡象，如裂紋擴展、腐蝕和材料降解。這種監測有助于維護關鍵基礎設施的安全和使用壽命。
• 大壩安全 。監測大壩的完整性，檢測可能導致災難性故障的潛在問題（例如開裂和滲漏）。
• 建筑健康監測 。監測高層建筑和其他結構是否存在結構應力和損壞跡象，確保其長期安全性和穩定性。

5.航空航天工業

航空航天業嚴重依賴聲發射測試來維護飛機部件的安全和性能。

• 飛機結構監測 。AET 用于監測機翼、機身部分和起落架等關鍵結構部件是否存在疲勞裂紋和分層等缺陷。確保這些部件沒有缺陷對于飛行安全至關重要。
• 復合材料檢測 。AET 對于檢測飛機制造中使用的復合材料至關重要，可以檢測出纖維斷裂、基體開裂和分層等問題。
• 發動機部件 。AET 有助于監控發動機部件，檢測可能影響發動機性能和安全的損壞或故障的早期跡象。

聲發射測試的最佳實踐

正如我們之前提到的，AET 非常敏感。因此，遵循行業最佳實踐至關重要，以確保有效進行 AET 并產生可靠的結果。

這些指南有助于最大限度地提高聲學檢查的準確性，并最大限度地降低與測試過程相關的潛在風險。

1. 適當的培訓和認證

• 合格人員 。確保聲發射測試由經過培訓和認證的技術人員進行。必須獲得美國無損檢測協會 (ASNT) 或同等組織等公認機構的認證。
• 持續教育 。鼓勵持續教育和培訓，讓技術人員了解最新的技術、設備和行業標準。這可以包括研討會、研討會和認證更新課程。

2. 選擇合適的設備

• 傳感器選擇 。根據材料和檢測類型選擇合適的傳感器。需要考慮的因素包括靈敏度、頻率響應和環境兼容性。
• 儀器儀表 。使用符合檢測要求的適當數據采集系統和前置放大器。具有多通道功能和數字接口的先進儀器可以提供更詳細、更準確的結果。
• 校準標準 。采用與預期聲發射特性相匹配的校準標準和參考材料。定期校準設備以保持準確性。

3. 表面準備

• 清潔表面 。確保傳感器安裝的表面清潔，沒有污垢、油脂和油漆等污染物。污染物會阻礙聲波的傳輸并影響檢查的準確性。
• 光滑表面 。盡可能使粗糙或不平整的表面變得光滑，以改善傳感器耦合和信號質量。

4. 檢查程序

• 標準操作程序 (SOP) 。為每種類型的聲發射檢查制定并遵守詳細的 SOP。SOP 確保一致性、徹底性和符合監管要求。
• 正確的傳感器放置位置 。策略性地放置傳感器以確保全面覆蓋材料或結構。如有必要，可使用波導到達難以接近的區域。
• 信號解釋 。技術人員應熟練解釋聲發射信號，以準確識別和描述缺陷。這些操作員必須能夠理解信號波形、頻率和振幅的細微差別。

5. 數據采集和分析

• 實時監控 。使用數據采集系統實時監控并顯示聲發射信號，從而能夠立即檢測和分析缺陷。
• 數據記錄 。系統地記錄和存儲檢查數據。這有助于跟蹤組件隨時間的變化情況，并為將來的檢查提供有價值的信息。
• 先進的軟件 。使用先進的數據分析軟件，可以增強信號解釋、生成詳細報告并有效存儲檢查記錄。

6.定期設備維護

• 例行檢查 。對聲發射測試設備進行定期維護和例行檢查，以確保其處于良好的工作狀態。這包括檢查傳感器、前置放大器和數據采集系統的磨損和損壞情況。
• 校準 。根據制造商指南和行業標準定期校準設備，以保持準確性和可靠性。
• 軟件更新 。保持數據采集和分析軟件為最新版本，以利用最新的

審核編輯 黃宇