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第1章 声发射检测技术基础 1

1.1声发射的概念 1

1.2声发射技术发展历程和现状 1

1.3中国声发射技术发展历程 3

1.4中国声发射技术主要研究和应用领域 5

1.4.1压力容器的声发射检测 5

1.4.2航空航天工业中的应用 5

1.4.3复合材料的声发射特性研究 6

1.4.4声发射信号的处理技术 6

1.4.5岩石的监测和应力测量 6

1.4.6机械制造过程中的监控应用 7

1.4.7铁路焊接结构疲劳损伤的监测 7

1.4.8泄漏监测 7

1.4.9磁声发射研究 7

1.4.10其他研究工作 8

1.5声发射检测的基本原理 8

1.6材料的声发射源 8

1.6.1突发型和连续型声发射 9

1.6.2金属材料中的声发射源 10

1.6.3非金属材料中的声发射源 11

1.6.4复合材料中的声发射源 11

1.6.5其他声发射源 11

1.7波的传播 11

1.7.1近场脉冲响应 12

1.7.2波的传播模式 13

1.7.3模式转换、反射和折射 13

1.7.4材料中的波速 15

1.7.5几何效应 16

1.7.6衰减 16

1.8凯塞效应和费利西蒂效应 18

1.8.1凯塞效应 18

1.8.2费利西蒂效应和费利西蒂比 18

1.9声发射检测技术的特点 19

1.10本章小结 20

第2章 声发射检测仪器系统 21

2.1声发射检测仪器概述 21

2.2声发射信号的探测 22

2.2.1压电效应 23

2.2.2传感器 23

2.2.3传感器的耦合和安装 26

2.2.4传感器的分类及用途 27

2.3信号电缆 30

2.3.1同轴电缆 30

2.3.2双绞线电缆 30

2.3.3光导纤维电缆 31

2.3.4电缆中的噪声问题 31

2.3.5阻抗匹配 31

2.3.6接头 31

2.4信号调理 32

2.4.1前置放大器 32

2.4.2主放大器 33

2.4.3滤波器 33

2.4.4门限比较器 33

2.5声发射检测系统 34

2.5.1单通道声发射检测仪 34

2.5.2多通道声发射检测系统 36

2.6选择检测仪器需考虑的因素 44

2.7检测仪器的调试和校准 44

2.7.1传感器的选择和安装 44

2.7.2仪器调试和参数设置 45

2.7.3仪器校准信号的产生技术 47

2.7.4仪器的校准 47

2.8本章小结 48

第3章 声发射信号处理和分析方法 50

3.1声发射信号处理和分析方法概述 50

3.2经典声发射信号处理和分析方法 51

3.2.1声发射波形特征参数的定义 51

3.2.2声发射信号参数的列表显示和分析方法 54

3.2.3声发射信号单参数分析方法 54

3.2.4声发射信号参数经历分析方法 56

3.2.5声发射信号参数分布分析方法 56

3.2.6声发射信号参数关联分析方法 57

3.3声发射源定位技术 59

3.3.1独立通道区域定位技术 60

3.3.2线定位技术 60

3.3.3平面定位技术 61

3.3.4影响声发射源定位精度的因素 63

3.3.5连续声发射源定位技术 65

3.3.6三维立体定位技术 70

3.4现代信号处理和分析技术 71

3.4.1模态声发射分析技术 72

3.4.2频谱分析技术 74

3.4.3小波分析技术 79

3.4.4模式识别技术 80

3.4.5人工神经网络模式识别技术 83

3.5本章小结 85

第4章 金属材料的声发射特性研究 87

4.1影响声发射特性的因素 87

4.2金属材料形变过程的声发射特性 88

4.3金属材料断裂过程的声发射特性 91

4.3.1理论模型 91

4.3.2试验测试结果 93

4.4 Q235钢的声发射特性研究 94

4.4.1 Q235钢母材试样拉伸过程的声发射特性研究 94

4.4.2 Q235钢带焊缝试样拉伸过程的声发射特性研究 98

4.5 Q345钢的声发射特性研究 100

4.5.1 Q345钢母材试样拉伸过程的声发射特性研究 100

4.5.2 Q345钢带焊缝试样拉伸过程的声发射特性研究 102

4.5.3 Q235钢和Q345钢母材拉伸过程声发射信号特征对比 103

4.5.4 Q235钢和Q345钢带焊缝试样拉伸过程声发射信号特征对比 104

4.5.5 Q235钢和Q345钢母材与带焊缝试样拉伸过程声发射信号特征对比 104

4.6 15CrMo钢常温和高温状态下的声发射特性研究 105

4.7 2-1/4Cr1Mo钢常温和高温状态下的声发射特性研究 106

4.8 304不锈钢的声发射特性研究 108

4.9 S31803双相不锈钢的声发射特性研究 112

4.10 TA2工业纯钛材料的声发射特性研究 116

4.11 R702工业纯锆材料的声发射特性研究 120

4.12 HT200灰口铸铁材料的声发射特性研究 125

4.13 QT500球墨铸铁材料的声发射特性研究 129

4.14本章小结 133

第5章 压力容器声发射检测技术研究及应用 135

5.1压力容器声发射检测技术国内外研究现状 136

5.2典型压力容器声发射信号衰减特性研究 137

5.2.1 50m3液化石油气储罐的声发射信号衰减测量 137

5.2.2 200m3液化石油气球罐的声发射信号衰减测量 138

5.2.3 1000m3液化石油气球罐的声发射信号衰减测量 139

5.2.4结论 140

5.3压力容器焊接裂纹的声发射特性研究 141

5.3.1试验用压力容器的基本概况 141

5.3.2表面裂纹和深埋裂纹缺陷的制造 141

5.3.3声发射仪器及工作参数设置 142

5.3.4声发射试验加载步骤 143

5.3.5试验结果及分析 143

5.3.6结论 164

5.4现场压力容器的声发射源特性研究 165

5.4.1现场压力容器的声发射源 165

5.4.2压力容器典型声发射源的定位特性 166

5.4.3压力容器典型声发射源的分布特性 175

5.4.4压力容器典型声发射源的关联特性 175

5.4.5结论 182

5.5压力容器声发射检测关键技术 183

5.5.1检测前的准备 183

5.5.2特殊检测技术 184

5.5.3加载程序的确定 185

5.5.4声发射传感器的安装 186

5.5.5声发射检测仪器的调试 186

5.5.6检测数据采集与过程观察 187

5.5.7噪声源的识别 187

5.5.8噪声的抑制和排除 187

5.5.9检测数据分析和解释 188

5.5.10检测结果评价和分级 189

5.5.11声发射定位源的验证 191

5.5.12检测记录和报告 192

5.6典型压力容器声发射传感器阵列布置 193

5.7本章小结 194

第6章 大型常压储罐声发射检测技术研究及应用 196

6.1大型常压储罐声发射检测技术国内外研究现状 196

6.2液体介质中声发射源的定位特性研究 197

6.2.1试验目的及方案 197

6.2.2试验所用设备及设施情况 198

6.2.3水中定位试验 198

6.2.4空罐底板和壁板的衰减测定 201

6.2.5结论 202

6.3金属常压储罐底板腐蚀声发射信号特征研究 202

6.3.1储罐底板腐蚀声发射检测的原理及特点 202

6.3.2常压储罐底板腐蚀声发射检测方法研究 203

6.3.3定位声速的确定及声发射信号处理方法研究 205

6.3.4结论 212

6.4常压储罐底板腐蚀声发射检测结果评价方法研究 212

6.4.1声发射检测结果评价技术的国内外研究现状 212

6.4.2声发射检测结果分级与评价方法的研究 213

6.4.3对储罐底板腐蚀检测结果的评价 214

6.5常压储罐底板腐蚀声发射检测应用 215

6.5.1检测应用案例结果统计 215

6.5.2典型检测应用案例数据分析 216

6.6本章小结 221

第7章 压力管道泄漏声发射检测技术研究及应用 223

7.1压力管道泄漏检测监测技术国内外研究现状 224

7.1.1压力管道泄漏外检测技术 224

7.1.2压力管道泄漏内检测技术 227

7.1.3压力管道泄漏监测技术 229

7.1.4压力管道泄漏检测监测技术发展趋势 234

7.2管道泄漏点定位的理论基础 235

7.2.1管道泄漏的物理模型 235

7.2.2管道泄漏声波传播的数学模型 237

7.2.3管道泄漏相关分析定位计算方法 237

7.3管道泄漏点定位检测仪的开发研制 238

7.3.1管道泄漏点定位检测仪的总体设计原则 238

7.3.2管道泄漏点定位检测仪的总体设计方案 239

7.3.3开发的埋地管道泄漏点定位检测仪 239

7.3.4管道泄漏点定位检测分析软件的开发 241

7.4管道泄漏声发射信号传播速度试验研究 242

7.5管道泄漏声发射信号衰减试验研究 243

7.6埋地管道泄漏定位检测方法试验研究 244

7.6.1 65m埋地管道泄漏定位试验 245

7.6.2 150m埋地管道泄漏检测试验 252

7.6.3基于小波变换的泄漏声发射信号特征分析方法研究 256

7.6.4结论 260

7.7现场压力管道泄漏检测应用 260

7.7.1某市中低压天然气管道泄漏检测 260

7.7.2某市热力管道泄漏检测 261

7.7.3某市燃气管道1泄漏检测 262

7.7.4某市燃气管道2泄漏检测 263

7.7.5某市燃气管道3泄漏检测 264

7.7.6某市燃气管道4泄漏检测 266

7.8本章小结 267

第8章 起重机械声发射检测技术研究及应用 269

8.1起重机械声发射检测技术国内外研究现状 270

8.2 Q235钢结构件表面焊接裂纹扩展的声发射特性研究 272

8.2.1试验目的 272

8.2.2试验装置及试件 272

8.2.3试件的加载过程 274

8.2.4 Q235钢箱形试件三点弯曲试验声发射监测结果及分析 276

8.2.5 Q235钢槽形试件三点弯曲试验声发射监测结果及分析 285

8.2.6结论 287

8.3起重机箱形梁破坏性试验过程的声发射特性研究 288

8.3.1试验目的 288

8.3.2试件制备、检测设备及传感器布置 288

8.3.3箱形梁声发射模拟源衰减及声速测量 289

8.3.4声发射试验加载步骤 290

8.3.5箱形梁声发射试验结果及分析 291

8.3.6结论 299

8.4起重机械的声发射源特性研究 300

8.4.1起重机主梁结构模拟声发射源衰减特性测试 300

8.4.2起重机主梁结构声发射线性定位方法研究 302

8.4.3起重机工作过程的典型声发射源及特征分析 305

8.4.4结论 314

8.5起重机械声发射检测的结果评定 315

8.5.1声发射源区的确定 315

8.5.2声发射源的活性划分 315

8.5.3声发射源的强度划分 316

8.5.4声发射源的综合等级评价 316

8.5.5声发射源的复检 317

8.6起重机械声发射现场检测应用案例 317

8.6.1 QD20/10t-22.5m桥式起重机声发射检测结果及评价 317

8.6.2 QD100/20t-22m通用桥式起重机声发射检测结果及评价 323

8.6.3 10t-28.8m桥式起重机检测结果及评定 327

8.6.4结论 331

8.7本章小结 331

参考文献 333

附录1 GB/T 12604.4—2005《无损检测 术语 声发射检测》 337

附录2 GB/T 26644—2011《无损检测 声发射检测 总则》 349

附录3 JB/T 10764—2007《无损检测 常压金属储罐声发射检测及评价方法》 359

附录4 NB/T 47013.9—2011《承压设备无损检测第9部分：声发射检测》 384

附录5 桥式和门式起重机金属结构声发射检测及结果评定方法 401