专利名称：金属材料的电磁声发射无损检测方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明的技术方案涉及利用声波发射技术测试金属材料，具体地说是金属材料的电磁声发射无损检测方法及其装置。
背景技术：
随着现代装备制造业的迅速发展，不断地提高金属构件及装备的承载应力水平，金属构件及装备的断裂失效事故则经常发生。对于航天、电力、化工、航海以及核能等重要工业领域，金属构件及装备的断裂失效事故往往会带来不可估量的严重后果。传统的设备维护方法需要对金属构件及装备做定期的停产检修，具有盲目性，给生产带来很多不便。为了预防金属构件及装备的断裂失效事故的产生，要求尽早发现金属构件及装备中的危险裂纹，声发射技术以其高灵敏性和动态监测特性成为金属构件及装备中的危险裂纹的重要检测方法。CN2270974公开了声发射检测仪，是基于声发射技术对动载条件下金属材料的损伤进行检测；CN200610021636. X披露了利用声发射对承载设备的动态缺陷进行检测；CN101458158报道了基于声发射检测的汽轮机滑动轴承故障诊断方法及其装置，用于对汽轮机滑动轴承故障进行检测与诊断。上述声发射检测方法虽可实现对金属材料的动态损伤进行检测，但其缺点主要有二 首先，检测条件苛刻，必须对被测金属施加整体机械载荷，缺陷处于活动状态时才能激发出声发射现象，进而实现检测；其次，在外加机械载荷的作用下，金属材料容易出现额外的附加损伤，使得检测过程对被测结构造成二次损伤。这些方法和装置极大地限制了声发射检测技术的应用范围，不适于实际的工业应用。在保持声发射技术检测方法优点的前提下，如何扩大其应用范围和提高其识别效率，以适于实际的工业应用，成为声发射技术一个重要发展方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供金属材料的电磁声发射无损检测方法及其装置，是基于脉冲大电流直接加载的方式，实现金属材料裂纹型缺陷的无损探伤，克服了现有技术在金属材料检测过程中会对待检测金属材料结构造成二次损伤的缺点，扩大了声发射技术应用范围和提高其识别效率，并适于实际的工业应用。本发明解决该技术问题所采用的技术方案是金属材料的电磁声发射无损检测方法，是基于脉冲大电流直接加载的方式，其步骤是从脉冲大电流发生器的高压电容的两根电极引出导线分别用塑料夹持器将其固定于待检测金属材料的两端，再将四个压电换能器
S1,S2, S3和S4按菱形的四个顶点位置安放于该待检测金属材料上，每个压电换能器分别通过信号线连接到前置放大器，前置放大器再用导线连接到PC机；将脉冲大电流发生器接通220v的交流电并产生脉冲大电流，该脉冲大电流被加载到待检测金属材料上,若待检测金属材料存在裂纹型缺陷，会被激发出声发射信号，该声发射信号被四个压电传感器SpS2、S3和S4检测并通过信号线输入前置放大器，由该前置放大器放大声发射信号并输入PC机，该PC机根据所采集到的声发射信号进行二维时差定位，从而定位检测出该待检测金属材料存在的裂纹型缺陷。上述金属材料的电磁声发射无损检测方法，所用的脉冲大电流的峰值电流在800 3000安培，脉冲宽度为150 300微秒。
上述金属材料的电磁声发射无损检测方法，所述PC机根据所采集到的声发射信号进行二维时差定位，其计算步骤是PC机根据输入的待检测金属材料发出的声发射声波的波速V，又根据四个压电换能器Si、S2, S3和S4的坐标，计算出压电换能器S1的探头和压电换能器S2的探头间距为a，压电换能器S3的探头和压电换能器S4的探头的间距为b，再根据四个压电传感器Si、S2、SjP&采集到的声发射信号先后顺序，确定压电换能器S1和压电换能器S3间采集到声发射信号的时差△ 以及压电换能器S2和压电换能器S4间采集到声发射信号的时差At2，进而根据下面的时差定位计算公式(I)和(2)得到声发射源，即裂纹尖端位置的坐标
权利要求
1.金属材料的电磁声发射无损检测方法，其特征在于步骤是金属材料的电磁声发射无损检测方法，其步骤是从脉冲大电流发生器的高压电容的电极引出两根导线分别用塑料夹持器将其固定于待检测金属材料的两端，再将四个压电换能器Si、S2、S3和S4按菱形的四个顶点位置安放于该待检测金属材料上，每个压电换能器分别通过信号线连接到前置放大器，前置放大器再用导线连接到PC机；将脉冲大电流发生器接通220V的交流电并产生脉冲大电流，该脉冲大电流被加载到待检测金属材料上，若待检测金属材料存在裂纹型缺陷，会被激发出声发射信号，该声发射信号被四个压电传感器SpS2、S3和S4检测并通过信号线输入前置放大器，由该前置放大器放大声发射信号并输入PC机，该PC机根据所采集到的声发射信号进行二维时差定位，从而定位检测出该待检测金属材料存在的裂纹型缺陷。
2.根据权利要求I所述金属材料的电磁声发射无损检测方法，其特征在于所用的脉冲大电流的峰值电流在800 3000安培，脉冲宽度为150 300微秒。
3.根据权利要求I所述金属材料的电磁声发射无损检测方法，其特征在于所述PC机根据所采集到的声发射信号进行二维时差定位，其计算步骤是PC机根据输入的待检测金属材料发出的声发射声波的波速V，又根据四个压电换能器51、&、&和S4的坐标，计算出压电换能器S1的探头和压电换能器S2的探头间距为a，压电换能器S3的探头和压电换能器S4的探头的间距为b，再根据四个压电传感器51、&、&和S4采集到的声发射信号先后顺序，确定压电换能器S1和压电换能器S3间采集到声发射信号的时差△ t1;以及压电换能器S2和压电换能器S4间采集到声发射信号的时差At2，进而根据下面的时差定位计算公式(I)和(2)得到声发射源，即裂纹尖端位置的坐标
4.根据权利要求I所述金属材料的电磁声发射无损检测方法，其特征在于所述PC机根据所采集到的声发射信号进行二维时差定位的程序的流程为分别输入待检测金属材料发出的声发射声波的波速V和四个压电换能器Si、S2、S3和S4的坐标一PC机根据四个压电换能器Sp S2, S3和S4的坐标，计算压电换能器S1的探头和压电换能器S3的探头间的距离a,计算压电换能器S2的探头和压电换能器S4的探头间的距离b — PC机根据采集到的声发射信号到达压电传感器的先后顺序，确定压电换能器S1和压电换能器S3间采集声发射信号的时差At1，以及压电换能器S2和压电换能器S4间采集声发射信号的时差At2。一PC机根据时差定位公式计算声发射源坐标，实现对待检测金属材料裂纹型缺陷的定位。
5.权利要求I所述金属材料的电磁声发射无损检测方法所用的装置，其特征在于包括脉冲大电流发生器、四个压电换能器Si、S2、S3、S4、前置放大器和PC机。所述脉冲大电流发生器由交流调压模块K1、整流桥K2、带有一个常闭和一个常开触点的继电器K3、高压电容C、滤波电容C1、续流二极管D、待检测金属材料自身电阻R、限流电阻R1、检测电阻Rs和可调电位器R2按下述电路连接构成交流调压模块K1分别与电位器R2、整流桥K2的输入相连接，整流桥K2输出经由滤波电容C1之后，通过继电器K3的常闭触点与高压电容C相连，继电器K3的常开触点与续流二极管D的输出端以及检测电阻Rs连接，待检测金属材料自身电阻R与检测电阻Rs相串联，待检测金属材料自身电阻R的另一端连接高压电容C ;从脉冲大电流发生器的高压电容C的电极引出两根导线分别用塑料夹持器将其固定于待检测金属材料的两端，再将四个压电换能器Si、S2、S3和S4分别按菱形的四个顶点位置安放于该待检测金属材料上，四个压电换能器Si、S2, S3和S4分别通过信号线连接到前置放大器，前置放大器用导线连接到PC机。
6.根据权利要求5所述金属材料的电磁声发射无损检测方法所用的装置，其特征在于所述脉冲大电流发生器中所用的交流调压模块K1的型号为全隔离单相交流调压模块DTY-H220D15，整流桥K2的型号为KBPC5010，带有一个常闭和一个常开触点的继电器K3是转换型电磁继电器JQX-13F，高压电容C的额定电压为500V和容量为2200uF，滤波电容C1的额定电压为450V和容量为470uF，续流二极管D的型号为DSEK2006，待检测金属材料自身电阻R的电阻值近似为零，限流电阻R1的电阻值为100欧姆，检测电阻Rs电阻值为3. 75毫欧姆，可调电位器R2最大电阻值为5000欧姆。
7.根据权利要求5所述金属材料的电磁声发射无损检测方法所用的装置，其特征在于所述高压电容C的电极引出两根导线是I. 5平方毫米的铜导线。
全文摘要
本发明金属材料的电磁声发射无损检测方法及其装置，涉及利用声波发射技术测试金属材料，检测方法的步骤是将脉冲大电流发生器产生的脉冲大电流，加载到待检测金属材料上，若待检测金属材料存在裂纹，会被激发出声发射信号，该声发射信号被四个压电传感器检测并通过信号线输入前置放大器，由该前置放大器放大声发射信号并输入PC机，该PC机根据所采集到的声发射信号进行二维时差定位，定位检测出该待检测金属材料存在的裂纹缺陷；所用装置包括脉冲大电流发生器、四个压电换能器、前置放大器和PC机。本发明克服了现有技术在金属材料检测中会造成待检测金属材料结构二次损伤的缺点，扩大了声发射技术应用范围和提高其识别效率，适于工业应用。
文档编号G01N27/82GK102636559SQ20121011214
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者刘素贞, 张闯, 杨庆新, 金亮 申请人:河北工业大学