聲發(fā)射的來源及發(fā)展

聲發(fā)射和微震動(dòng)都是自然界中隨時(shí)發(fā)生的自然現(xiàn)象，盡管無法考證人們何時(shí)首次聽到聲發(fā)射，但逐如折斷樹技、巖石破碎和折斷骨頭等的斷裂過程無疑是人們最早聽到的聲發(fā)射信號(hào)?？梢允挚隙ǖ赝茢唷板a嗚”是人們首次觀察到的金屬中的聲發(fā)射現(xiàn)象，因?yàn)榧冨a在塑性形變期間機(jī)械欒晶產(chǎn)生可聽得到的聲發(fā)射，而銅和錫的冶煉可追朔到公元前3700年。

現(xiàn)代的聲發(fā)射技術(shù)的開始以Kaiser五十年代初在德國所作的研究工作為標(biāo)志。他觀察到銅、鋅、鋁、鉛、錫、黃銅、鑄鐵和鋼等金屬和合金在形變過程中都有聲發(fā)射現(xiàn)象。他最有意義的發(fā)現(xiàn)是材料形變聲發(fā)射的不可逆效應(yīng)即：“材料被重新加載期間，在應(yīng)力值達(dá)到上次加載最大應(yīng)力之前不產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)”?，F(xiàn)在人們稱材料的這種不可逆現(xiàn)象為“Kaiser效應(yīng)”。Kaiser同時(shí)提出了連續(xù)型和突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)的概念。

二十世紀(jì)五十年代末，美國人Schofield和Tatro經(jīng)大量研究發(fā)現(xiàn)金屬塑性形變的聲發(fā)射主要由大量位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)所引起[5], 而且還得到一個(gè)重要的結(jié)論, 即聲發(fā)射主要是體積效應(yīng)而不是表面效應(yīng)。Tatro進(jìn)行了導(dǎo)致聲發(fā)射現(xiàn)象的物理機(jī)制方面的研究工作, 首次提出聲發(fā)射可以作為研究工程材料行為疑難問題的工具, 并預(yù)言聲發(fā)射在無損檢測方面具有獨(dú)特的潛在優(yōu)勢。

二十世紀(jì)六十年代初，Green等人首先開始了聲發(fā)射技術(shù)在無損檢測領(lǐng)域方面的應(yīng)用, Dunegan首次將聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于壓力容器方面的研究。在整個(gè)六十年代, 美國和日本開始廣泛地進(jìn)行聲發(fā)射的研究工作, 人們除開展聲發(fā)射現(xiàn)象的基礎(chǔ)研究外, 還將這一技術(shù)應(yīng)用于材料工程和無損檢測領(lǐng)域。美國于1967年成立了聲發(fā)射工作組，日本于1969年成立了聲發(fā)射協(xié)會(huì)。

二十世紀(jì)七十年代初, Dunegan等人于開展了現(xiàn)代聲發(fā)射儀器的研制，他們把實(shí)驗(yàn)頻率提高到100KHz-1MHz的范圍內(nèi), 這是聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)技術(shù)的重大進(jìn)展, 現(xiàn)代聲發(fā)射儀器的研制成功為聲發(fā)射技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室的材料研究階段走向在生產(chǎn)現(xiàn)場用于監(jiān)視大型構(gòu)件的結(jié)構(gòu)完整性創(chuàng)造了條件。

隨著現(xiàn)代聲發(fā)射儀器的出現(xiàn)，整個(gè)七十年代和八十年代初人們從聲發(fā)射源機(jī)制、波的傳播到聲發(fā)射信號(hào)分析方面開展了廣泛和系統(tǒng)的深入研究工作。在生產(chǎn)現(xiàn)場也得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在化工容器、核容器和焊接過程的控制方面取得了成功。Drouillard于1979年統(tǒng)計(jì)出版了1979年以前世界上發(fā)表的聲發(fā)射論文目錄, 據(jù)他的統(tǒng)計(jì), 到1986年底世界上發(fā)表有關(guān)聲發(fā)射的論文總數(shù)已超過5000篇。

二十世紀(jì)八十年代初，美國PAC公司將現(xiàn)代微處理計(jì)算機(jī)技術(shù)引入聲發(fā)射檢測系統(tǒng), 設(shè)計(jì)出了體積和重量較小的第二代源定位聲發(fā)射檢測儀器, 并開發(fā)了一系列多功能高級(jí)檢測和數(shù)據(jù)分析軟件, 通過微處理計(jì)算機(jī)控制, 可以對(duì)被檢測構(gòu)件進(jìn)行實(shí)時(shí)聲發(fā)射源定位監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析顯示。由于第二代聲發(fā)射儀器體積和重量小易攜帶，從而推動(dòng)了八十年代聲發(fā)射技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場檢測的廣泛應(yīng)用，另一方面，由于采用286及更高級(jí)的微處理機(jī)和多功能檢測分析軟件，儀器采集和處理聲發(fā)射信號(hào)的速度大幅度提高，儀器的信息存儲(chǔ)量巨大，從而提高了聲發(fā)射檢測技術(shù)的聲發(fā)射源定位功能和缺陷檢測準(zhǔn)確率。

進(jìn)入九十年代，美國PAC公司、美國DW公司、德國Vallen Systeme公司和中國的北京鵬翔科技有限公司先后分別開發(fā)生產(chǎn)了計(jì)算機(jī)化程度更高、體積和重量更小的第三代數(shù)字化多通道聲發(fā)射檢測分析系統(tǒng)，這些系統(tǒng)除能進(jìn)行聲發(fā)射參數(shù)實(shí)時(shí)測量和聲發(fā)射源定位外，還可直接進(jìn)行聲發(fā)射波形的觀察、顯示、記錄和頻譜分析。

中國于二十世紀(jì)七十年代初首先開展了金屬和復(fù)合材料的聲發(fā)射特性研究，八十年代中期聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器和金屬結(jié)構(gòu)的檢測方面得到應(yīng)用。發(fā)射檢測儀已在制造、信號(hào)處理、金屬材料、復(fù)合材料、磁聲發(fā)射、巖石、過程監(jiān)測、壓力容器、飛機(jī)等領(lǐng)域開展了廣泛的應(yīng)用。

中國于1978年在中國無損檢測學(xué)會(huì)成立了聲發(fā)射專業(yè)委員會(huì)，并于1979年在黃山召開了第一屆全國聲發(fā)射學(xué)術(shù)會(huì)議，近年來已固定每兩年召開一次學(xué)術(shù)會(huì)議，到目前為止已召開了十一屆。