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摘要：本文首先对声发射技术机理进行了概述，然后探讨了声发射检测的特点，最后对声发射技术及其在金属材料领域的应用进行了分析。
关键词：声发射技术;金属材料;应用
一、前言
近年来，随着科技的不断发展，声发射技术被普遍的应用在金属材料领域中。由声发射信号的特征可关联到金属材料的塑性形变、断裂、相变等特征。因此，我们要加强对声发射技术及其在金属材料领域应用的思考与探索。
二、声发射技术机理
声发射（AcousticEmission，简称AE）技术作为一种全新的无损检测方法，在发达国家已经得到广泛运用。AE的技术机理为，作为无损检测的一种技术手段，须采用高灵敏度的传感器，在材料或构件受外力作用，且又在其达到破坏之前，接收来自这些缺陷与损伤开始出现或扩展所发生时的AE信号。通过这些信号的分析、处理来检测、评估材料或构件缺陷、损伤等内部特征。
金属材料中的裂缝扩展、位错运动、滑移带生成、孪生变形、晶界滑移、夹杂物的分离与开裂等。
因此，通过声发射检测，可以确定：材料或部件何时出现损伤、材料或部件出现损伤的严重程度及其危害性、材料或部件出现损伤的部位、对构件作出结构完整性评价。
三、声發射检测的特点
1、AE技术是根据结构内部发出的应力波来判断内部损伤程度的一种新型动态无损检测方法。它可以在构件或材料的内部结构，缺陷或潜在缺陷处于运动变化的过程中进行检测。声发射检测已应用于航空、航天、石油、化工、铁路、汽车、建筑和电力等许多领域，是一种重要的无损检测技术，与常规无损检测技术相比有两个基本特点：一是对动态缺陷敏感，在缺陷萌生和扩展过程中能实时发现;二是声发射波来自缺陷本身而非外部，可以得到有关缺陷的丰富信息，检测灵敏度与分辨力高。
2、与其它无损检测技术相比，其优点是：
（1）声发射是一种动态检测方法，声发射探测到的能量来自被测试物体本身，而不是像超声或射线探伤那样由无损检测仪器提供;
（2）可获得关于缺陷的动态信息，并据此评价缺陷的实际危害程度，以及结构的完整性和预期使用寿命;
（3）声发射检测方法对线状缺陷较为敏感，它能探测到在外加结构应力下这些缺陷的活动情况，稳定的缺陷不产生声发射信号;
（4）可提供随载荷、时间和温度等外部变量而变化的实时瞬态或连续信号，适用于过程监控以及早期或临近破坏的预报;
（5）对被检工件的接近要求不高，因而适用于其它无损检测方法难以或无法接近（如高低温、核辐射、易燃、易爆和剧毒等）的环境下的检测;
四、声发射技术在金属加工中的应用
1、在航天和航空工业上，利用声发射技术对航空器壳体和主要构件的检测和结构完整性评价，航空器的时效试验、疲劳试验检测和运行过程中的在线连续监测等。首先研究裂纹扩展与声发射信号包络参数之间的关系，然后对数据进行适当处理，建立声发射数据的统计参数与裂纹扩展之间的关系，利用了波形分析技术进行信号识别和分析，从而获得与损伤有关的声源（裂纹扩展）信息，识别声发射信号与噪声，完成了对飞机、航天器关键结构的声发射疲劳监测。
2、在金属加工中，工具磨损和断裂的探测，打磨轮或整形装置与工件接触的探测，修理整形的验证，金属加工过程的质量控制，焊接过程监测，振动探测，锻压测试，加工过程的碰撞探测和预防。近年来，AE技术由于具有高响应速度和高敏感程度，被广泛应用于智能化高精度加工。实验发现AE总计数与刀具后刀面的磨损存在着非常密切的相关性，刀具破损时AE信号比正常切削时大得多，并且大都有前兆信号。因此，可以利用AE监测刀具破损。在磨削过程中磨削裂纹监测方面，由于磨削裂纹形成而产生的AE信号在（600～800）kHz之间，而在正常磨削情况下AE信号的频率一般在400kHz以下，用高通滤波方法把磨削裂纹产生的AE信号提取出来，从而达到对磨削裂纹的产生进行在线监测的目的。在磨削过程中监测砂轮的钝化、修整方面，通过监测AE信号的幅值变化，评价砂轮的锋利程度和确定砂轮的工作寿命，并可以利用BP神经网络建立AE信号和砂轮钝化程度和砂轮破裂和破损之间的非线性关系。识别加工过程中的积屑瘤方面，日本东京大学研究了切削形成机理与AE信号之间的关系，提出了一种挤裂切削和断续切削形成的机理，并能通过检测AE信号来识别屑瘤是否存在。焊接过程中的实时监测，焊接过程中电弧、母体熔化和结晶等因素都会产生声发射信号，但是与焊接裂纹形成和扩展的声发射信号有明显的区别，因此利用声发射技术可以有效地检测焊缝质量和缺陷的位置进行定位。
3、声发射在监测刀具磨损中的应用
刀具在切削加工过程中必然会有磨损。为提高切削加工的自动化程度，提高产品质量，有关切削过程刀具破损和磨损实时监测技术的研究也越来越多，声发射监测法是国内外主要研究和开发的方向之一。
通过实验发现车削过程中有丰富的声发射信息，并且指出利用这种信息能有效地对车削过程中刀具磨损状态进行在线实时监测。研究了金属切削过程中刀具磨损的声发射特性，并指出在正常切削时，声发射信号主要是低幅的连续型信号，而在刀具破损时，声发射信号为高幅突发型信号，且信号具有一定的脉冲宽度。同时，刀具后刀面磨损量和声发射信号有一定的相互关系，可以通过研究声发射信号的变化情况，反过来评价刀具的磨损程度。验证了声发射法用于监控刀具磨损的可行性，它可以用于普通车、铣、钻床，也可用于数控机床加工中心。实验表明，声发射法用于监测刀具破损的报警成功率都在90%以上。
虽然说声发射技术可以用来监测刀具的磨损状态，但是怎样对所获得的声发射信号进行有效的处理才是获得良好实验结果的关键。王东磊针对在用小波理论分析刀具磨损声发射（AE）信号时选取不同的小波基对分析结果有重要影响的问题，通过对小波基性质和刀具磨损AE信号特点的研究，从理论上分析了小波分析中刀具磨损AE信号处理中小波基选取的方法，并且通过实验验证了该理论分析的正确性。陈爱弟研究了用于监测刀具磨损的声发射信号的特征优选方法，并在此基础上给出了模糊聚类优选声发射特征的一般结论，给出了声发射信号的模糊聚类优选方法和优选特征，并在实时检测刀具磨损量的实验中得到验证。
五、声发射技术的发展与展望
声发射技术作为一种新型的无损检测技术在很多方面都得到了推广和应用，并取得了良好的效果。在木材加工行业内，随着机械化水平的不断提高，声发射技术的应用也必然不断发展，如对木材内部缺陷的无损检测及对木材切削刀具的磨损的实时监测等，并且该技术也将越来越成熟。
六、结束语
综上所述，本文通过对声发射技术及其在金属材料领域的分析，明确了声发射技术的发展方向，为后期金属材料领域的发展做了铺垫。
参考文献：
[1]穆雷.声发射（AE）技术及其特征参数在机械工程领域的研究应用[J].精密制造与自动化，2010（3）：21—25.
[2]袁振明，马羽宽，何泽云.声发射技术及其应用[J.机械工业出版社，2012（5）：21-35.
关键词：声发射技术;金属材料;应用
一、前言
近年来，随着科技的不断发展，声发射技术被普遍的应用在金属材料领域中。由声发射信号的特征可关联到金属材料的塑性形变、断裂、相变等特征。因此，我们要加强对声发射技术及其在金属材料领域应用的思考与探索。
二、声发射技术机理
声发射（AcousticEmission，简称AE）技术作为一种全新的无损检测方法，在发达国家已经得到广泛运用。AE的技术机理为，作为无损检测的一种技术手段，须采用高灵敏度的传感器，在材料或构件受外力作用，且又在其达到破坏之前，接收来自这些缺陷与损伤开始出现或扩展所发生时的AE信号。通过这些信号的分析、处理来检测、评估材料或构件缺陷、损伤等内部特征。
金属材料中的裂缝扩展、位错运动、滑移带生成、孪生变形、晶界滑移、夹杂物的分离与开裂等。
因此，通过声发射检测，可以确定：材料或部件何时出现损伤、材料或部件出现损伤的严重程度及其危害性、材料或部件出现损伤的部位、对构件作出结构完整性评价。
三、声發射检测的特点
1、AE技术是根据结构内部发出的应力波来判断内部损伤程度的一种新型动态无损检测方法。它可以在构件或材料的内部结构，缺陷或潜在缺陷处于运动变化的过程中进行检测。声发射检测已应用于航空、航天、石油、化工、铁路、汽车、建筑和电力等许多领域，是一种重要的无损检测技术，与常规无损检测技术相比有两个基本特点：一是对动态缺陷敏感，在缺陷萌生和扩展过程中能实时发现;二是声发射波来自缺陷本身而非外部，可以得到有关缺陷的丰富信息，检测灵敏度与分辨力高。
2、与其它无损检测技术相比，其优点是：
（1）声发射是一种动态检测方法，声发射探测到的能量来自被测试物体本身，而不是像超声或射线探伤那样由无损检测仪器提供;
（2）可获得关于缺陷的动态信息，并据此评价缺陷的实际危害程度，以及结构的完整性和预期使用寿命;
（3）声发射检测方法对线状缺陷较为敏感，它能探测到在外加结构应力下这些缺陷的活动情况，稳定的缺陷不产生声发射信号;
（4）可提供随载荷、时间和温度等外部变量而变化的实时瞬态或连续信号，适用于过程监控以及早期或临近破坏的预报;
（5）对被检工件的接近要求不高，因而适用于其它无损检测方法难以或无法接近（如高低温、核辐射、易燃、易爆和剧毒等）的环境下的检测;
四、声发射技术在金属加工中的应用
1、在航天和航空工业上，利用声发射技术对航空器壳体和主要构件的检测和结构完整性评价，航空器的时效试验、疲劳试验检测和运行过程中的在线连续监测等。首先研究裂纹扩展与声发射信号包络参数之间的关系，然后对数据进行适当处理，建立声发射数据的统计参数与裂纹扩展之间的关系，利用了波形分析技术进行信号识别和分析，从而获得与损伤有关的声源（裂纹扩展）信息，识别声发射信号与噪声，完成了对飞机、航天器关键结构的声发射疲劳监测。
2、在金属加工中，工具磨损和断裂的探测，打磨轮或整形装置与工件接触的探测，修理整形的验证，金属加工过程的质量控制，焊接过程监测，振动探测，锻压测试，加工过程的碰撞探测和预防。近年来，AE技术由于具有高响应速度和高敏感程度，被广泛应用于智能化高精度加工。实验发现AE总计数与刀具后刀面的磨损存在着非常密切的相关性，刀具破损时AE信号比正常切削时大得多，并且大都有前兆信号。因此，可以利用AE监测刀具破损。在磨削过程中磨削裂纹监测方面，由于磨削裂纹形成而产生的AE信号在（600～800）kHz之间，而在正常磨削情况下AE信号的频率一般在400kHz以下，用高通滤波方法把磨削裂纹产生的AE信号提取出来，从而达到对磨削裂纹的产生进行在线监测的目的。在磨削过程中监测砂轮的钝化、修整方面，通过监测AE信号的幅值变化，评价砂轮的锋利程度和确定砂轮的工作寿命，并可以利用BP神经网络建立AE信号和砂轮钝化程度和砂轮破裂和破损之间的非线性关系。识别加工过程中的积屑瘤方面，日本东京大学研究了切削形成机理与AE信号之间的关系，提出了一种挤裂切削和断续切削形成的机理，并能通过检测AE信号来识别屑瘤是否存在。焊接过程中的实时监测，焊接过程中电弧、母体熔化和结晶等因素都会产生声发射信号，但是与焊接裂纹形成和扩展的声发射信号有明显的区别，因此利用声发射技术可以有效地检测焊缝质量和缺陷的位置进行定位。
3、声发射在监测刀具磨损中的应用
刀具在切削加工过程中必然会有磨损。为提高切削加工的自动化程度，提高产品质量，有关切削过程刀具破损和磨损实时监测技术的研究也越来越多，声发射监测法是国内外主要研究和开发的方向之一。
通过实验发现车削过程中有丰富的声发射信息，并且指出利用这种信息能有效地对车削过程中刀具磨损状态进行在线实时监测。研究了金属切削过程中刀具磨损的声发射特性，并指出在正常切削时，声发射信号主要是低幅的连续型信号，而在刀具破损时，声发射信号为高幅突发型信号，且信号具有一定的脉冲宽度。同时，刀具后刀面磨损量和声发射信号有一定的相互关系，可以通过研究声发射信号的变化情况，反过来评价刀具的磨损程度。验证了声发射法用于监控刀具磨损的可行性，它可以用于普通车、铣、钻床，也可用于数控机床加工中心。实验表明，声发射法用于监测刀具破损的报警成功率都在90%以上。
虽然说声发射技术可以用来监测刀具的磨损状态，但是怎样对所获得的声发射信号进行有效的处理才是获得良好实验结果的关键。王东磊针对在用小波理论分析刀具磨损声发射（AE）信号时选取不同的小波基对分析结果有重要影响的问题，通过对小波基性质和刀具磨损AE信号特点的研究，从理论上分析了小波分析中刀具磨损AE信号处理中小波基选取的方法，并且通过实验验证了该理论分析的正确性。陈爱弟研究了用于监测刀具磨损的声发射信号的特征优选方法，并在此基础上给出了模糊聚类优选声发射特征的一般结论，给出了声发射信号的模糊聚类优选方法和优选特征，并在实时检测刀具磨损量的实验中得到验证。
五、声发射技术的发展与展望
声发射技术作为一种新型的无损检测技术在很多方面都得到了推广和应用，并取得了良好的效果。在木材加工行业内，随着机械化水平的不断提高，声发射技术的应用也必然不断发展，如对木材内部缺陷的无损检测及对木材切削刀具的磨损的实时监测等，并且该技术也将越来越成熟。
六、结束语
综上所述，本文通过对声发射技术及其在金属材料领域的分析，明确了声发射技术的发展方向，为后期金属材料领域的发展做了铺垫。
参考文献：
[1]穆雷.声发射（AE）技术及其特征参数在机械工程领域的研究应用[J].精密制造与自动化，2010（3）：21—25.
[2]袁振明，马羽宽，何泽云.声发射技术及其应用[J.机械工业出版社，2012（5）：21-35.