摘要：在利用声发射技术对金属缺陷的萌生、扩展及断裂过程进行检测时，必须明确缺陷产生不同
阶段的声发射信号特征．为了获取该特征，采用金属拉伸试验模拟金属缺陷产生过程．为此，利用现
有DSP数据采集系统搭建金属拉伸试验平台，根据GB 228—2002(<金属材料试样拉伸实验方法》，
进行拉伸试验．经分析，试验所得不同阶段声发射信号时域特征与理论吻合；再利用不同阶段典型
声发射事件进行频域分析，发现频率成分明显不同，塑性变形和屈服阶段频率成分主要集中于低频
段，断裂阶段频率成分在高频段显著增加．金属拉伸过程不同阶段声发射信号的时域、频域特征差
别明显．

关键词：声发射；金属缺陷；金属拉伸；时域特征；频域特征

声发射技术作为一种新型动态的检测技术已被
广泛应用于设备的无损检测、在线监测．声发射技术
属于动态检测，能量来自被测物体本身【1】．有别于其
他无损检测方法，声发射技术可以实时检测缺陷的萌生、扩展及断裂过程，利用相关信号处理技术还可
判定缺陷位置．利用该技术可以在设备结构未产生
破坏前就对其进行修理或更换，保证安全使用，避免
事故的发生．该技术在压力容器检测、高压气瓶检测、材料力学特性研究等领域应用日趋广泛．在混流
式水轮机叶片裂纹声发射监测系统中，需要对叶片
裂纹缺陷即金属缺陷的萌生、扩展及断裂过程进行
检测，利用其不同阶段的声发射信号特征，获得叶片
裂纹缺陷的实时信息．为获取金属缺陷产生过程各
阶段的声发射信号特征，利用实验室现有设备搭建
金属拉伸试验平台，通过对不同阶段试验所得数据
进行时域、频域特征分析，如能找出其特征差别，则
可利用该差别实现金属缺陷产生过程的有效检
测[2]，为混流式水轮机叶片裂纹声发射监测系统的
成功研制提供理论与试验支持。

1声发射技术
声发射(Acoustic emission)简称AE，是材料或
结构内部局部区域在外力，内力或温度表化等影响
下，产生塑性变形或有裂纹形成与扩展时，伴随能量
迅速释放而发生的瞬态弹性波现象．
声发射检验技术的基本原理是利用耦合在材料
表面的压电陶瓷探头将材料内声发射源产生的弹性
波转变为电信号，将电信号加以放大和处理使之特性化，并加以显示和记录，从而获得材料内声发射源
的特征参数．相反，通过分析检验过程中声发射仪器
获得的声发射信号各种参数，可以知道材料内部的
缺陷情况【1】。
声发射信号频率范围可从次声几十Hz到数十
MHz超声信号，幅度范围可从几微伏到上百伏，但
在绝大多数AE检测中，主要频率段大概在几百
kHz．其中，金属裂纹的声发射信号检测的使用频率
在100～400 kHz较多，且声发射信号持续的时间
相当短，大约为几毫秒到几百毫秒【1】。

2 拉伸试验平台和载荷加载曲线
2．1试验平台
图1是试验平台示意图．试验系统构成如下：中心
频率为150 kHz(带宽50～400 kHz)的声发射传感器；
放大倍数为40 dB的前置放大器(带宽lO～2 MHz)；4
通道DSP数据采集系统，2 M采样数据；PC等；拉伸材
料：300 mm×60 mm×2mm A3(Q235)薄钢板，预制
裂纹.

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