声发射检测技术的发展

第一篇：声发射检测技术的发展

声发射检测技术的发展

摘要：本文介绍了声发射检测技术及国内外声发射技术的发展历程和现状，阐述了声发射检测技术的标准的制定、仪器的研发、检测人员及主要研究和应用领域的现状，提出了我国目前急需解决的问题和发展趋势。关键词：声发射、标准、发展

Abstract:this paper introduces the acoustic emission testing technology at home and abroad and the development course and the present situation of acoustic emission.Expounds the acoustic emission testing technology standards, instruments, the examination personnel and the present research and application fields.Propose our country urgent problems at present and its development trend.Keywords:acoustic emission,standards,development.一、世界声发射技术的发展历程和现状

材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射(AE)，声发射是一种常见的物理现象，大多数材料变形和断裂时有声发射发生，但许多材料的声发射信号强度很弱，人耳不能直接听见，需要藉助灵敏的电子仪器才能检测出来，用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术。

现代声发射技术的开始以Kaiser 二十世纪五十年代初在德国所作的研究工作为标志。他最有意义的发现是材料形变声发射的不可逆效应即：“材料被重新加载期间，在应力值达到上次加载最大应力之前不产生声发射信号”。现在人们称材料的这种不可逆现象为“Kaiser效应”。

二十世纪五十年代末和六十年代，美国和日本许多工作者在实验室中作了大量工作，研究了各种材料声发射源的物理机制，并初步应用于工程材料的无损检测领域。Dunegan 首次将声发射技术应用于压力容器的检测。美国于1967 年成立了声发射工作组，日本于1969 年成立了声发射协会。二十世纪七十年代初, Dunegan 等人开展了现代声发射仪器的研制，他们把仪器测试频率提高到100KHz-1MHz 的范围内, 这是声发射实验技术的重大进展, 现代声发射仪器的研制成功为声发射技术从实验室走向在生产现场用于监视大型构件的结构完整性创造了条件。

随着现代声发射仪器的出现，整个七十年代和八十年代初人们从声发射源机制、波的传播到声发射信号分析方面开展了广泛和系统的深入研究工作。在生产现场也得到了广泛的应用，尤其在化工容器、核容器和焊接过程的控制方面取得了成功。

二、中国声发射技术发展历程

声发射技术于二十世纪七十年代初开始引入我国。八十年代初期人们开始尝试采用声发射技术进行压力容器的检验等工程应用，由于技术水平的限制发展比较缓慢。八十年代中期劳动部锅炉压力容器检测研究中心率先从美国PAC 公司引进当时世界上最先进的采用Z80 微处理计算机技术制造的SPARTAN 源定位声发射检测与信号处理分析系统, 并在全国一些石化和煤气公司开展了大量球形储罐和卧罐等压力容器的检测，取得了成功的应用实例。随后，冶金部武汉安全环保研究院、大庆石油学院、西安44所和石油大学等许多单位相继从PAC 引进先进的SPARTAN 和LOCAN 等型号的声发射仪器，开展了压力容器、飞机、金属材料、复合材料和岩石的检测和应用。1989 年的全国第四届声发射会议指出：“我国声发射技术的研究、应用和仪器队伍不断扩大，技术水平不断提高，表明我国声发射技术发展已经走出低谷，开始向新的高峰攀登”。自进入二十世纪九十年代至今，声发射技术在我国的研究和应用成快速发展的趋势。

九十年代初许多石化企业和专业检验所相继进口大型声发射仪器广泛开展压力容器的检验。九十年代中期空军第一研究所和航天703 所从美国PAC 公司引进了第三代可以存储声发射信号波形的Mistras2000 多通道声发射仪，从而开展了以波形分析为基础的航空航天设备的声发射检测与信号处理分析。2002 年国家质量监督检验检疫总局锅炉压力容器检测研究中心从德国VALLEN 公司引进了最新型号的ASM5 型36 通道声发射仪，该仪器既可对声发射信号进行基于波形的模式识别分析，又具有大型常压油罐底部泄漏的检测能力。目前声发射技术已在我国已在石油、石化、电力、航空、航天、冶金、铁路、交通、煤炭、建筑、机械制造与加工等领域开展了广泛的研究和应用工作。

声发射检测技术作为一个在我国刚刚发展的技术，从业人员和研究人员都相对较少。据估计，我国目前约有60 多个科研院所、大专院校和专业检验单位在各个部门和领域从事声发射技术的研究、检测应用、仪器开发、制造和销售工作。

我国声发射检测标准的制定，既迟后于国内其它常规无损检测方法，也与美国有很大的差距，但在许多方面已取得进展，检测术语、检测仪性能测试、金属压力容器检测方法、钛合金压力容器检测方法、复合材料构件检测方法和在役金属容器检测方法等已分别颁布国家标准、国家军用标准和行业标准，其余尚处在企业或内部标准阶段。目前已颁布主要声发射标准目录如下： GB／T 12604.4—2005 声发射检测术语

GB／T 18182—2000 金属压力容器声发射检测及结果评价方法 GJB 2044—1994 钛合金压力容器检测方法 JB／T 8283—1995 检测仪性能测试方法

JB/T 7667—1995 在役压力容器声发射检测评定方法 JB/T 6916—1993 在役高压气瓶声发射检测和评定方法 JB/T 7667—1995 在役压力容器声发射检测评定方法（JB／T Q753－1989修订）QJ 2914—1996 复合材料构件声发射检测方法

GB/T 19800—2005 无损检测 声发射检测 换能器的一级校准 GB/T 19801—2005 无损检测 声发射检测 换能器的二级校准 JB/T 10764－2007 常压金属储罐声发射检测及评价方法

三、主要研究和应用领域

声发射检测技术不同于其他无损检测技术，他对动态缺陷敏感，可以实现实时的在役检测，可及早的进行破坏预报。因此，得到了广泛的应用。

1、压力容器的声发射检测

压力容器检测是目前声发射技术在中国开展应用最成功和普遍的领域之一，人们已经对现场压力容器的声发射源进行了详细的研究工作，通过大量的试验和现场应用，使这一方法已达到成熟，制定了国家标准。

声发射技术和大量的科研成果在我国压力容器检测中成功的推广和应用，一方面及时排除了大量带缺陷运行的压力容器的爆炸隐患，降低了恶性事故的发生，确保了这些压力容器的安全运行，取得了重大的社会效益；另一方面，声发射检测大大缩短了压力容器的检验周期，并减少了盲目返修和报废压力容器所带来的损失，为广大压力容器用户带来了巨大的经济效益，这种检验方法深受广大压力容器用户的欢迎。

2、航空航天工业中的应用 早在二十世纪八十年代初，国内有关单位就进行了飞机机翼疲劳试验过程中的声发射监测研究，并在信号处理和识别技术方面积累了宝贵经验。空军第一研究所在某型飞机的全尺寸疲劳试验过程中(飞行长达16000 小时)，用声发射技术对其主梁螺孔和隔框连接螺栓等部位疲劳裂纹的形成和扩展进行了跟踪监测，历时之长和积累数据之丰富都是前所未有的。他们利用了声发射参数组成多维空间的一个特征矢量，成功进行了疲劳裂纹产生的声发射信号识别。除利用这种多参数识别方法外，还利用趋势分析和相关技术等方法对信号进行处理，建立了一套较完整的信号识别和处理体系。

3、复合材料的声发射特性研究

声发射技术目前已成为研究复合材料断裂机理和检测复合材料压力容器的重要方法。中科院沈阳金属所、航空621 所、航天703 所和44 所在这些领域做了大量工作，尤其是44所作了大量复合材料压力容器的声发射检测，并起草了内部的检测与评价标准。目前采用声发射技术已能检测每根碳纤维或玻璃纤维丝束的断裂及丝束断裂载荷的分布，从而评价它们的质量。声发射技术还可以区分复合材料层板不同阶段的断裂特性，如基体开裂、纤维与基体界面开裂、分层和纤维断裂。另外，我国也有人采用声发射技术研究碳纤维增强聚酰亚胺复合材料升温固化的特性。

4、岩石的监测和应力测量

声发射现象的观测起源于地震的监测，现今广泛地用于岩石的监测和地质与石油钻探中的应力测量。冶金部武汉安全环保研究院近20 年来一直开展矿山和大型水坝岩石塌方的监测研究和应用工作，近几年一直在长江三峡大坝对一些关键部位的岩石活动情况进行监测，为三峡大坝的建设提供了重要依据。中国科学院地质研究所利用岩石的KAISER 效应测量古岩石的应力，以研究远古时期地质的变化情况。北京石油勘探开发设计院和北京石油大学采用声发射技术测量岩芯的主应力方向，达到确定油田最大水平应力方向的目的。这些成果已用在我国油田生产和开发上，取得了明显的经济效益。

5、在机械制造过程中的监控应用

声发射应用于机械制造过程或机加工过程的监控始于二十世纪七十年代末，我国在这一领域起步早、发展快。早在1986 年国防科技大学等单位就进行了用声发射监测机加工刀具磨损的研究工作。现在，一些单位已研制成功车刀破损监测系统和钻头折断报警系统，前者的检测准确率高达99%。根据刀具与工件接触时挤压和摩擦产生声发射的原理，我国还成功研制出了高精度声发射对刀装置，用以保证配合件的加工精度。九十年代，有些部门已开始用人工神经网络进行刀具状态监控、切削形态识别与控制以及磨削接触与砂轮磨损监测等。

6、铁路焊接结构疲劳损伤的监测

我国铁路部门对高速列车转向架构架模拟梁的焊接结构进行了声发射监测试验，采用声发射多参数分析技术监测了焊接梁疲劳试验的全过程，得到了构件疲劳损伤各阶段与声发射特征之间的关系，准确的监测到焊接梁中焊缝和应力集中处的裂纹萌生及扩展过程。所用方法可进一步用来确定构件的损伤程度，并有可能应用到铁路桥梁疲劳损伤监测中。

7、泄漏监测

带压力流体介质的泄漏检测是声发射技术应用的一个重要方面，国家质量监督检验检疫总局锅炉压力容器检测研究中心、冶金部武汉安全环保研究院和清华大学无损检测中心在国家“八五”和“九五”期间合作对压力容器和压力管道气、液介质泄漏的声发射检测技术进行了研究，取得的科研成果目前已在一些石化企业的原油加热炉和城市埋地燃气管道的泄漏监测得到成功应用。核工业总公司武汉核动力运行研究所，于九十年代中期从美国进口了36 通道声发射泄漏检测仪器，专门用于我国核电站的泄漏检测，目前已进行了大量研究和应用工作。国家质量监督检验检疫总局锅炉压力容器检测研究中心和大庆石油学院也分别开展了大型油罐底部声发射泄漏检测的研究和应用工作，初步取得了成功。

8、磁声发射研究

我国于 1984 年由武汉大学首先开展铁磁性材料磁声发射的研究工作，随后北京科技大学和华中科技大学也相继开展了磁声发射的研究工作。武汉大学以多晶和单晶硅钢材料对磁声发射的机制进行了详细研究，并在世界上首次提出1800 磁畴壁的运动也可以产生很大的磁声发射信号，他们提出了磁畴壁内磁化矢量的逐渐旋转运动会产生弹性波的模型，这可认为是对一般公认的磁声发射产生机制的完善和补充。北京科技大学将磁声发射与磁巴克豪森效应想结合，开发出可以测量焊缝残余应力的仪器。

四、目前急需解决的问题和发展趋势

我国的声发射检测技术从实验室研究到目前在许多工业领域得到成功应用，从最初模拟式单通道声发射仪到目前已全数字化全波形多通道声发射仪，从十几个从业人员到目前数千人的科研和检验队伍，所有这些都是我国声发射研究和检测人员共同努力的结果。虽然我国的声发射检测技术取得了很大进展，但今后还需解决的问题和发展方向为：

(1)在广义声发射的产生机理、复杂条件下波的传播规律、材料的高低温声发射特性、电磁声发射、新的声发射信号分析方法等基础理论领域开展研究，为声发射检测技术的工程应用提供理论依据

（2）在仪器和软件开发方面，进一步提高声发射检测仪器的可靠性，开发高效的声发射信号数据分析与处理软件包。利用现代计算机无线（含有线）网络功能，研制允许用户远程操作及监视的声发射系统，并进行远程数据传输及诊断。

（3）加快声发射检测标准的制定和修订步伐，建立我国声发射检测的标准体系。加强我国声发射检测人员培训工作，提高声发射检测队伍水平。参考文献：

[1] Joselin Herbert G M, Iniyan S, Sreevalsan E, et al.A review of wind energy technologies[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2007, 11(6): 1117–1145.[2] Mahmood M S, Roham R.Simulation of fatigue failure in a full composite wind turbine blade[J].Composite Structures, 2006, 74(3): 332–342.[3] Thomas M H, Dharmaraj M, James E L.Post buckling analysis of a wind turbine blade substructure[J].Journal of Solar Energy Engineering, 2005, 127(4): 544–552 [4] Dutton A G, Blanch M, Vionis P, et al.Acoustic emission monitoring from wind turbine blades undergoing static and dynamic fatigue testing[J].Insight, 2000, 42(12): 805–808

第二篇：声发射系统操作指南-罐底定位

开机检测

1、把USB加密狗插在声发射主机上，点击图标AEwin for SAMOS，软件打开过程会自动扫描24个通道。

2、先不要连接电缆及探头，建立一副“撞击vs通道”图，把门槛设置为35db，并开始采集，此时系统应该采集不到任何信号；把门槛降到20db，所有选择的通道应该都会有信号

软件设置

1、硬件设置

2、定位设置

一号探头布置在正北方向，所有探头按顺时针排列。

3、定位设置

（1）定位图

（2）各个通道幅值随时间的散点图

（3）撞击随时间的累积图

（4）波形图

测试步骤

1、正确连接探头、长电缆、短电缆，并保证它们一一对应。

2、观察所有探头背景噪音。

3、用橡皮锤或木锤敲击每个探头附近，因锤击信号很大，所有探头应该都能达到满幅值99db。

4、把门槛调至80db，在每个探头附近断三次铅，通过行列表，记录每个探头的断铅响应以及计算它们的平均值。

5、把门槛降至35-40db，开始采集并保存数据。一般数据记录时间为两小时，若信号量非常少，可相应缩短检测时间为1.5小时；若信号量非常大，可适当延长检测时间为2.5-3小时。

6、停止采集，并把声发射系统的数据保存到笔记本电脑中。（由于连接步骤的第4部，笔记本电脑的某个磁盘是声发射系统的自盘，所以数据可以直接拷贝）

7、关机，右键点击声发射主机的任务栏选择“任务管理器”，选择关机。

第三篇：桩基检测技术发展现状和展望

桩基检测技术发展现状和展望

（葛远乐宁波市建工检测有限公司）

摘要: 桩基工程是目前应用最广泛的基础形式，合理正确的基桩检测方法是控制桩基工程施工质量的保障手段，客观准确的基桩检测数据是工程质量评定的重要依据。概述桩基检测技术的发展历程，对各种检测技术做了简要介绍以及各种桩基检测技术的穿插运用对工程基桩检测意义重大；同时，展望了桩基检测工作的发展前景。

关键词: 桩基，检测，展望

中图分类号：TU37文献标识码：A

Pile Detection Technology Development Status and Prospects

（Ge yuanle）

Abstract ：Pile Project is currently the most widely used form the basis of reasonable correct detection method is based Pile of Pile Foundation Construction quality control of the means of support, objective and accurate detection of Pile engineering quality assessment data is an important basis for.Pile detection technology outlined in the course of development, various detection technologies, as well as a brief introduction to the various detection technologies interludes pile on the use of pile foundation works of great significance at the same time, looked to the pile testing work prospects for development.Key words：Pile，detection，Prospect

1.2.2间接法：指在现场原型试验基础上，同时基于一些理论假设和工程实践经验并加以综合分析才能最终获得检测项目结果的检测方法。主要包括以下三种方法：①低应变法（现行主要指反射波法）。在桩顶面施加低能量的瞬态或稳态激振，使桩在弹性范围内做弹性振动，并由此产生应力波纵向传播，同时利用波动和振动理论对桩身的完整性做出评价。该方法测试设备简单轻便，检测速度快、成本低，是基桩质量完整性普查的良好手段。②高应变法（现行主要指波动方程法）。通过在桩顶实施重锤敲击，使桩身产生动位移，桩周岩土阻力充分发挥。高应变法物理意义明确，检测准确度相对较高；但目前受检测人员水平和桩-土相互作用模型等问题的影响，该方法仍有较大的局限性，尚不能完全代替静载荷试验而作为确定单桩竖向抗压极限承载力的设计依据。③声波透射法。用声波在桩身中的传播，通过对声波传播时间、波幅及主频等声学参数的测试和分析，对桩身完整性作出评价的一种检测方法。

第2章 桩基检测的发展历史和现状

2.1静载荷试验

桩基静载测试技术是随着桩基础在建筑设计中的使用越来越广泛而发展起来的。新中国成立以前，在国内基本上没有桩基静载测试技术的发展，新中国成立以后，桩基静载测试技术才逐步发展起来。传统静载荷试验采用手动加压、人工操作、人工记录的方式进行。这种方式，因工作条件比较艰苦，试验时间又较长，而且需连续作业，投入的人力较多，导致不仅工作效率低、检测数据误差大，而且原始资料易被涂改、人为干扰因素多，以至于无法进行有效的监督管理，使检测报告的审核风险加大。就拿西南边陲省份云南来讲，50年代末和60年代初，就有了在预制桩上进行的静载试验，但因为受当时计算机应用和电子产品制造水平的限制，自动控制的精度以及测试仪表的稳定性能方面，均无法满足使用上的要求或使用起来更加费时费力，推广性不强。进入到80年代以后，随着改革开放的深入，基本建设规模的逐年加大，特别是灌注桩在工程上的广泛应用，我国的桩基静载测试技术也进入了一个全新的发展时期。至今，桩基静载试验是一项方法成立，理论上无可争议的桩基检测技术。在确定单桩极限承载力方面，它是目前最为准确、可靠的检验方法，判定某种动载检验方法是否成熟，均以静载试验成果的对比误差大小为依据。

现在，随着各种性能稳定的电子元器件的出现、制造技术的进步以及计算机水平的提高，生产出性能稳定、功能全面、精度更高、界面更加友好的静载测试系统已经成为可能。因此，每种地基基础设计处理规范都把单桩静载试验列入首要位置。一般情况下，桩基静载试验的成果数据，如单桩承载力、沉降量等均认为是准确、可靠的，这已为无数的工程实例证明。

2.2低应变检测

20世纪80年代，以波动方程为基础的低应变法进入了快速发展期，各种低应变法在基础理论、机理、仪器研发、现场测试和信号处理技术、工程桩和模型桩验证研究、实践经验积累等方面，取得了许多有价值的成果。

2.3高应变检测

动力打桩公式在打入式预制桩施工中的应用已有近百年的历史，可以说，动力试桩技术的发展始于动力打桩公式。1960年后，世界上部分国家开展了系列动力测试桩承载力的研究工作，并于20世纪80年代形成了实用的高应变现场测试和室内波动方程分析方法。目前，国内外高应变法的主流仍将一维杆波动理论作为测试和结果分析的基础，但它不可避免的忽视了桩与土相互作用的机理，所以高应变法相对与静载荷试验来测承载力有一定的局限性和不稳定性。我国的高应变动力试桩法研究是起自80年代中后期，90年代初期已有相关的软硬件问题，其实际应用效果已不弱于国外，其后面向国内大量的灌注桩检测，已有单位在模型改值得一提的是，桩基动测方面，国产仪器和软件业已达到国际先进水平，许多方面甚至更具有中国特色。进、拟合技巧、参数选定等方面进行了大量工作，也有应用者在桩如何才算被充分激发方面进行了研究。值得一提的是，桩基动测方面，国产仪器和软件业已达到国际先进水平，许多方面甚至更具有中国特色。

2.4声波透射法

混凝土灌注桩的声波透射法检测是在结构混凝土声学检测技术基础上发展起来的。至20世纪70年代，声波透射法开始用于检测混凝土灌注桩的完整性。声波透射法以其鲜明的技术特点成为目前混凝土灌注桩（尤其是大直径灌注桩）完整性检测的重要手段，在工业与民用建筑、水利电力、铁路、公路和港口等工程建设的多个领域得到了广泛应用。目前大量使用的数字式声波仪有很强的数据处理、分析功能，几乎所有的数学运算都是由计算机来完成的。

2.5钻孔取芯法

目前钻孔取芯法主要应用在钻孔灌注桩检测上，同时在技术条件成熟的地区也用在检测地下连续墙的施工质量。钻芯法是一种微破损或局部破损的检测方法，具有科学、直观、实用等特点。

第3章

3.1单一检测方法的局限性

目前声波透射法、高低应变法等桩身完整性检测方法，由于检测原理、仪器设备、数据处理等方面的局限性，一般适用符合“一维均质杆件”假定的混凝土桩，不能完全适用于组合桩，异型桩、薄壁钢管桩；地基处理中应用的水泥搅拌桩、碎石桩、低强度等级混凝土桩、GFG桩等桩型，也不能简单套用基桩工程中的基桩完整性检测方法，只有在其桩身条件符合基桩完整性检测方法要求时，才能有选择的应用，但检测数量、结果评定，一定要按照地基处理技术要求执行。钻孔取芯法目前几乎九成以上都用在混凝土灌注桩检测上。

3.2桩基动力检测方法在应用中存在的不足：

3.2.1基桩完整性动力分析：①基本上不能对截面的变化程度作出定量评定，而只能对桩身缺陷的存在作出定性和定位的判断；②大批试桩中能鉴别出肯定合格的基本完整桩和肯定不合格的严重缺陷桩，对许多具有中等程度缺陷桩，较难对其合格性作出判断；③在通过对桩身阻抗变化的分析中，桩基检测存在的问题

很难判定缺陷的具体类型，必须结合工程地质条件、桩型、成桩工艺和施工记录等进行综合判断。

3.2.2基桩承载力动力分析：物理数学模型、力学模型、桩土材料模型、计算公式、分析流程、应用软件及仪器设备等各个方面，在对承载力的分析计算上都存在一些问题，这些问题都会导致承载力分析计算的系统误差，是本质的、急需创新的不足；另外，场地环境条件、从业人员素质，尽管是外因，但都直接影响到承载力的判定精度。

3.2.3高、低应变动力试桩法有一定的适用范围，当长径比大于30，或桩体有两个以上缺陷时，动力试桩均难以提供准确的桩体完整性信号，对于目前大量使用的超长桩，动力试桩必须加以改进。提高动测信噪比，提高检测精度是需要解决的问题。

3.3静载荷检测存在的问题

3.3.1现场准备工作不认真，测试仪表不符合要求，特别是现场基准梁的架设以及锚桩、基准桩、试桩间的布置间距不符合规范的规定，在加载设备方面，受现有设备的限制，采用大千斤顶量测小吨位桩，这就如同大称称轻物，其精度不可能满足测试要求；不认真执行规范制定的试验步骤，提前加压或记录，卸载时不进行回弹观测；检测报告不规范，内容过于简单，无工程概况及土层分布情况。桩基静载试验中的任何试验数据都必须从经过定期计量标定的测量器具上获得，这样的数据才能是真实的数据，但在我国有一定数量的桩基检测单位，其所使用的千斤顶、油压表、百分表、自动化测试仪有的几年不标一次，有的甚至没有计量器具许可证。

3.3.2现在的高层建筑，一般都有地下室，其桩的有效长度应从最底层地下室的底板算起，受施工时间条件所限传统的静载方法无法测得其有效桩长的实际承载力。近年来尽管有各种动测方法，也需大量的动静资料对比才能提高其精度。

3.3.3桩静载荷试验目前盛行堆载平台法，但目前的平台对试桩及基准桩附近形成大面积堆载，应力高达300kPa以上，影响试桩工作状态和基准桩的设置，甚至造成平台失稳事故，因此，必须改进平台的结构形式。

3.4尚不能应用声波透射法推定桩身强度

桩中混凝土由于重力、地下水等多种因素的影响而产生离析现象，导致桩身各个区段混凝土的实际配合比产生变化，而这种变化情况无法预估，因而无法对“强度-声速”曲线作合理的修正。另一方面，声测管的平行度也会对强度的推定产生很大影响，声测管在安装埋设过程中难以保证管间距恒定不变，检测时，我们只能量测桩顶的两管距离，并用于计算各测点的声速，这就必然造成声速检测值的偏差。因此，《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）的适用范围中回避了桩身强度推定问题。

第4章

4.1单一性检测技术

4.1.1静载荷试验 桩基检测的创新和发展

增加了仪器硬件技术的创新和科研：发明了自动化测读和分析系统。系统采用先进的精密测试仪器，如位移测量采用的容栅数字位移传感器，精度高，温漂和时漂都很小，能够野外昼夜连续测试的要求。传感器本身带有液晶显示器能够将接收信号同实测位移数据进行对比。系统对于自动控制中的加压与稳压部分，压力控制以开关量控制为主。同时在软件设计中增加了自适应点触式加补荷方式，最大限度的减少加荷时产生的超压现象；当需要时也可配接变频调速器，进行总线输出以控制油泵出油量，达到精确控制加载量，提高检测精度的目的。系统根据静载试验中易出现的问题，设置了6种完善的自动报警功能。试验过程中弹出的报警窗口，显示有可能发生的问题信息以提醒试验人员进行现场调整或中止试验。系统完善的Windows版后处理分析软件，可实现报告数据和原始数据的分离处理；各种编辑功能和打印设置，使试验人员对数据的整理、图形的编辑、图表的输出更加方便快捷，提高了劳动效率。

4.1.2低应变反射波法

结合地质资料、施工记录分析基桩完整性。桩型、施工工艺对基桩的完整性以及缺陷类型影响很大。如：预制桩、人工挖孔桩不可能缩径；许多的缺陷或质量事故都发生在流水处或地层变化处；地层变化对波形也会产生影响（会产生反射波）等等。因此查看地质资料、了解施工记录对确定缺陷位置有很好的帮助。利用定量分析软件对基桩缺陷程度的判定。虽然定量分析软件本身存在一些不足，但它分析了应力波在桩身传播的详细过程，只要桩周土的参数选择合理，它的作用远远大于我们凭肉眼对波形缺陷程度的判断。综合分析同一工程的所有被测桩。同一工程的地质和施工状况大致相同，通过寻找被测桩之间的共性，再来分析每一根桩的情况，往往能有效的提高分析效果。

4.1.3高应变法

由于桩土系统的复杂性及外界噪声的影响,从而使有用信号难以直观把握,因此采用良好性能的信号分析技术,提取有用信号是最终正确判断桩身特性的基础之一。在经典谱分析中主要采用了ＦＦＴ变换、倒频谱分析及希尔伯特变换。对于不同特性的信号,分别选用不同的分析技术,就会改善信号判断的难易。现在提出的分析方法有：时序分析技术和小波分析技术。时序分析法系指现代的、非传统的时间序列方法。同传统的时序法不同,该方法不是直接利用观测数据来获得数据的统计特性,而是对观测数据拟合一个参数模型,再利用这个参数模型对观测数据及产生这一数据的系统进行分析、研究与处理。小波分析技术是指通过选择合适的小波基函数对原始信号进行小波分析,实现信号时频分解,可以区分不同物理本质的信号成分,结合场地条件分辨有效信号与干扰信号,再

通过对“噪声”时段及频段的抑制,可以实现信号消噪,改善信号质量,从而提高桩基动测资料分析水平。动力测桩中需要同时对桩长、波速等多个参数进行反演估算,这是个较困难的问题。为此, 陈建功等运用遗传算法的基本原理,提出了一种动力测桩中完整桩多参数反演问题的遗传算法。动力测桩多参数反演问题可归结为一个非线性优化问题,采用传统的非线性优化方法很容易使目标函数处于局部极小域,很难取得较好的效果,而利用遗传算法具有自组织、自适应和自学习等智能特性,可以得到满意解,且收敛速度较快。

4.1.4声波透射法

目前，国内主要把重点放在超声波在混凝土中传播时控制接收信号的漂移和控制波形发生畸变。因此，好多科研单位都组织成立了一批优秀的科技队伍从理论上着手，再体现在仪器设备上的创新。

4.1.5钻孔取芯法

目前增加了钻机设备的技术含量，从单一的效率低的向效率高多功能的钻机发展。

4.2多种检测技术相结合当采用一种方法对桩身质量（完整性）做出正确判定时，可同时选用两种或多种方法进行检测，使各种方法能够相互补充、验证，提高检测结果的可靠性，如对大直径灌注桩的完整性检测，可采取低应变法和钻孔取芯法联合的模式；对多节预制桩，接头质量差是常见的缺陷，此时可采用高应变和低应变相结合的方式进行检测；对低应变法测试的盲区（浅部严重缺陷），可采取开挖验证等等。总之，对设计等级高、地质条件复杂、施工质量变异性大的桩基，或低应变判断完整性可能有技术问题时，提倡采用直接法进行验证。实际上，由于各种检测方法在可靠性或经济性方面存在不同程度的局限性，多种方法配合时又具有一定的灵活性，因此应根据检测目的，检测方法的适用范围，综合考虑各种因素如设计、地质情况、施工因素以及受检桩的代表性等等，合理选择检测方法和确定抽检数量，使各种检测方法尽量能互为补充或验证，即在达到“安全适用、正确评价”目的的同时，也力求做到各种方法优势互补，从而达到经济合理的目的。

第5章 桩基检测的展望

至今桩基动测技术远未成熟，随着桩基检测理论和实践的不断发展,建立桩土在动力作用下的力学机理及相关理论的，同时发展先进的测量技术和对测试信号的正确解释，桩基动测技术在工程中的应用将更加广泛。

深基坑支护桩的检测，目前国内尚无明确规定。对于桩身质量可用动测法检测，对于其横向承载力没有可行的检测方法。用动测法测定支护桩的横向承载力是值得研究的课题。研制和改进孔底沉渣测定仪，控制和检测灌注桩孔壁泥皮厚度的设备，对提高施工阶段的检测水平具有重要意义。

传统的桩基静载试验的慢速维持荷载法费时、费力，已远不能适应当前桩基检测工作的发展，在快速荷载试验法的技术上，我们有许多试验单位都作了大量的现场试验对比工作。从国外的发展情况来看，快速荷载试验法将是一个试验手段的发展方向。在这方面，有些地方规范已明确规定了快速荷载试验法的试验步骤。作为桩基工程的使用量和检测量的大国，相信随着测试理论和技术的不断完善、国际交流的不断广泛开展，我国的桩基静载试验将越来越走向成熟并形成自己的特色。

桩承载力自平衡试验方法是大承载力桩基静载试验的一种发展方向，但这种技术方法还刚刚兴起，其理论研究还在进行当中，该试验所得到的各种图表数据与传统的试验结果图表还有许多需要对比研究的地方。在现场设备安装时，荷载箱的放置位置会影响到桩侧阻力和桩端阻力的发挥，国外荷载箱一般放在桩端，这是因为国外试桩桩端一般都位于坚硬的持力层中，而我国各地的情况就有所不同，所以在设备安装前要事先进行计算，将荷载箱安装在合适的部位。该方法测出的上段桩的摩阻力方向是向下的，与常规方法测出的摩阻力方向相反，这方面还需要做进一步的理论研究与现场对比试验。

采用桩底加载法进行试桩，可缩短工期，节省大量人力、物力。试验可采用快速法，也可采用慢速维持荷载法。特别适合在水上试桩、坡地试桩、基坑底试桩、狭窄场地试桩。在打入情况，也可利用一根桩打至不同深度，逐一进行试验，从而选择桩的最佳长度。目前较多是用于测定嵌岩桩的嵌固力，这是传统方法难以做到的。桩底加载法如能及早采用，实为我国建筑业中的一项飞跃。中国地域辽阔，工程地质复杂。中国土木工程建设的规模、持续发展的时间、工程建设中遇到的岩土工程技术问题，都是其它国家不能相比的。这给我国岩土工程研究跻身世界一流并逐步处于领先地位创造了很好的条件。展望21世纪岩土工程的发展，挑战与机遇并存，让我们的共同努力将中国岩土工程推向一个新水平。

参考文献：

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[4] 王怀元,李德新.高应变动力测桩法在桩基检测中的技术探讨.地质与勘探.1999,35(6):91~93

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[13]季宜海、邓壮志.桩基静载荷检测中存在的问题.工程质量，2001，2

第四篇：一种工作面支护模拟过程声发射测试装置

说明书

一种工作面支护模拟过程声发射测试装置

技术领域：

本实用新型涉及一种工作面支护模拟过程声发射测试装置，其适用于矿山、隧道、地下工程中取出的岩石进行直剪试验过程的声发射测试。

背景技术：

矿山井下冒顶、顶底板突水、冲击地压等灾害事故时有发生，给国家和人民的生命财产造成极大危害，这些灾害事故的发生均与岩体破裂失稳密切相关。岩石材料在承受荷载时，其内部将产生局部弹塑性能集中现象，当能量积聚到某一临界值之后，引起微裂隙的产生与扩展，必然伴随弹性波或应力波在周围岩体中的快速释放和传播，产生声发射现象。通过对声发射信号的采集、处理、分析研究，可以推断其内部的形态变化，反演其破坏机理，预测其破裂失稳。弹性波或应力波的释放过程，相对于较大尺度的岩体，由于高频衰减得快，检测到信号的频率较低但是能量大，通常在20～200Hz，称为微地震；对于小尺度的岩样，检测到的波的频率通常大于200Hz并且能量很小，称为声发射。虽然岩样和岩体的尺度及微震信号能量差别很大，但其原理是相似的。声发射现象是岩石剪切破裂失稳的前兆信息，研究科学合理的岩石剪切破裂声发射实验方法，在实验基础上探讨声发射信号与岩石内部损伤演化过程的关系，得出符合实际的岩石剪切破裂声发射预测方法，对于采用声发射（微地震）监测技术预防灾害事故发生具有重要理论意义。

岩石力学直剪试验装置与声发射测试装置相结合，能够监测岩石剪切破裂过程中产生的声发射信息，进而利用声发射信息预测岩石损伤破裂的演化过程。

本系统引进的试验机是由目前比较先进的岩石力学直剪试验仪，提供一种结构简单成本低廉，便于携带、易拆卸与安装、使用的岩石力学直剪试验仪。

这种岩石力学直剪试验装置容易进行岩石力学剪切试验，进而获得岩石的力学和变形参数，如c、和剪切强度、抗压强度，以及变形。其存在以下的不足：

① 现有的岩石力学直剪试验仪测试的数据通过压力表得出，没有分析系统装置，无法进行高精度的测试；

② 实验过程中对试块的内部破坏不能进行实时动态监测；

③ 对试件的内部破坏区域分布不能观测到，而只能得到破坏的结果；

④ 对于岩石内部损伤程度、能量积聚程度与剪切应力、抗压强度随时间变化的关系不能反映出来；

100002

2010.2因此，需要对上述岩石力学直剪试验仪进行改进。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于解决现有的岩石力学直剪试验仪没有声发射测试装置，存在的如下问题：测试的数据通过压力表得出，没有分析系统装置，无法进行高精度的测试；实验过程中对试块的内部破坏不能进行实时动态监测；对试件的内部破坏区域分布不能观测到，而只能得到破坏的结果；对于岩石内部损伤程度、能量积聚程度与剪切应力、抗压强度随时间变化的关系不能反映出来。

解决以上技术问题所采用的技术方案是：一种岩石力学直剪过程声发射测试装置，它包括底座（2）用于放置下剪切盒（4），其内部有一个圆柱形槽用于放置剪切环（5），剪切环内部设置成任意形状的槽子用于放置不同形状试件（6），上剪切盒（8）内部可以放置传力铁块

（7）；传感器（9）穿过上、下剪切盒以及剪切环四周共打的12个槽孔与岩石试件接触，其中下剪切盒与剪切环的槽孔是对应的，对应需要安装8个传感器，外接到声发射的8个通道，进行剪切试验时，利用上压头法向加载，水平压头水平加载，试块将沿着剪切面破坏，8个传感器接收信号通过8个通道传输给声发射测试装置，得出的数据经测试装置分析。

本实用新型具有的优点和积极效果是：上、下剪切盒以及剪切环四周预留12个槽孔，其中下剪切盒与剪切环的槽孔是对应的，共8个对应槽孔，将8个传感器穿过这8个对应槽孔与试件直接相连；为便于安装传感器，每个传感器最大直径与槽孔的直径相同，传感器与试块相连部分涂抹粘合剂。使用这样一种岩石力学直剪试验过程声发射测试装置，用声发射测试装置代替原试验仪的压力表进行测试，从而能实时监测试件微观结构上的多种参数之间随时间变化的关系。

附图说明：

图1是现有的试验仪受压部件图；

图2是本实用新型的布置示意图；

图3 是下剪切盒立体图；

图4是下剪切盒俯视图；

图5是上剪切盒立体图；

图6是上剪切盒俯视图。

图中：1—上压头；2-底座；3-水平压头；4-下剪切盒；5—剪切环；6—试件；7—传力

铁块；8—上剪切盒；9—传感器。

具体实施方式：

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：如果要做某一种不同含水状态下砂岩剪切过程中声发射特性试验研究，首先选取一组砂岩试样，采用湿式加工法将所采集的砂岩试样加工成长、宽、高均为40mm的正方体试件，试件加工成形后，再使用Cw600,Cw800,Cw1200和Cw2000四级砂纸对试件表面进行分级打磨，使其各端面平整度误差控制在0.02mm以内。试验考虑了饱和度分别为0%、50%和100%三种不同含水状态。根据相关试验规范要求，三种典型含水状态下试件的具体处理方法如下：（a）饱和度为0%：将试件置于105℃的烘箱内烘干48h;(b)饱和度50%：以饱和含水率为标准，将试件烘干后置于纯水中浸泡1h；（c）饱和度为100%：将试件烘干后置于水中煮沸6h。

采用一种岩石力学直剪试验过程声发射测试装置开展剪切试验。一种岩石力学直剪试验过程声发射测试装置，它包括底座（2）用于放置下剪切盒（4），下剪切盒内部有一个圆柱形槽用于放置剪切环（5），剪切环内部可以设置成任意形状的槽子用于放置不同形状试件（6），上剪切盒（8）内部放置传力铁块（7）；传感器（9）穿过上、下剪切盒以及剪切环四周共打的12个槽孔与岩石试件接触，其中下剪切盒与剪切环的槽孔是对应的，对应需要安装8个传感器，外接到声发射测试装置的8个通道，其安装的具体形式如说明书的附图所示，在每个传感器头部涂抹粘合剂使传感器与试块紧密相连接；进行加载剪切试验时，利用上压头（1）给予法向加载；水平压头（3）负责提供水平力加载，8个传感器接收信号通过8个通道传输给声发射分析仪，得出的数据经声发射测试装置分析，建立关于撞击数与剪切力随时间变化的相关图，撞击数与时间相关图，剪切力与时间的相关图。从而得出不同饱和度的试件损伤多少与剪切应力值大小随时间变化的关系，损伤多少随时间变化的关系，剪切应力大小随时间变化的关系。试验中，设定声发射测试装置的主放为40dB，门槛值为40dB，探头谐振频率为20～400KHz，采样频率为106次/s，这样得出的波形图更加完整。

第五篇：声发射的ELID超精密磨削光学玻璃技术研究

声发射的ELID超精密磨削光学玻璃

技术研究

A study on ELID ultra precision grinding of optical glass

with acoustic emission

D.J.Stephenson*, X.Sun, C.Zervos

摘要

BK7玻璃和微晶玻璃的ELID磨削是用声发射进行研究的。实验结果表明，在磨削过程砂轮和工件之间的接触面积是对精细粒度的树脂结合剂砂轮的承载能力至关重要。ELID可用于当砂轮和工件接触面积大时材料去除的高效性。ELID砂轮的敷料强度之间的与检测到的AE信号之间的相关性进行了观察。更细的粒度砂轮磨削的进取ELID修整参数对应于一个较低的AE水平。当ELID砂轮的处理时间增加时，低而稳定的AE振幅由于砂轮磨削的恶化变得大而波动。结果表明，声发射检测技术有潜力被采纳为超精密磨削过程监测，确定砂轮的条件和调查ELID磨削机制的有效方法。Q 2005 Elsevier公司保留所有产权。关键词：ELID磨削玻璃；声发射； 1.引言

在精密磨削，实现高质量的表面最实用的方法是使用一个细磨粒尺寸砂轮。然而，随着粒度的减小，用于存储碎屑的空间变小，承载容易冲突[ 1 ]。当碎屑填充在砂轮表面的活性颗粒的孔隙间时砂轮受到负载。当去除率超过碎屑存储可用率，碎屑会积聚在碎屑存储空间[ 2 ]。磨屑粘附在砂轮表面减少了磨粒出刃的层次和存储新的碎屑的空间由此产生了砂轮和工件之间沉闷的摩擦行为。因此，表面光洁度差，严重损伤都将在加载条件下出现。车轮负载可以限制加工效率甚至使磨削变得不可能。树脂和金属结合剂砂轮是精密磨削常用的。他们有相对较少的空隙当敷料、整形后，修整表面太光滑、致密，活动构件间不足的空间来容纳芯片[ 2 ]。当钝的磨粒和树脂粘结材料被磨损是精细粒度的树脂结合剂砂轮光学玻璃的精密磨削可能发生自我修正过程。使用树脂结合剂砂轮的自我修整效果仍需被研究。在线电解修整（ELID）技术被用来减轻精细粒度的金属结合剂砂轮的负载。ELID电化学技术是通过原位电解来持续修整金属结合剂砂轮[ 3–7 ]。电解化学修饰了磨削砂轮的表面，在磨削过程中磨削砂轮的层数也被改善以此来提供必要的磨粒出刃和芯片存储空间。在精密磨削中，保持最佳的砂轮面貌是实现高质量的质地表面必不可少的。实时过程监控或检测方法来确保所需的砂轮状态和部分质量[ 8 ]。无损评价（NDE）传感器的应用可以在实时监控磨削过程中发挥重要的作用。在超精密加工光学玻璃，材料以非常低的材料去除率从工件去除，未切割的切屑厚度通常是在纳米水平以使表面/亚表面损伤打到最低。小的切削深度下功耗，振动和力信号具有很低的灵敏度和信噪比（ANR），这是因为在切削过程中的低层次的力。一些在传统的加工操作常用的传感器来监测切削过程精度是很困难的。然而，声发射（AE）信号已被证明是足够敏感的来监测精密磨削，并更适合用于监测非常快的事件，例如力的测量[9–11 ]。由于声发射波的传播频率从100千赫到1兆赫，远高于多数结构固有频率，机械振动不会影响的AE信号[ 10 ]。因此声发射作为理想方法来表征材料去除活性，提供工具条件和零件质量信息。声发射波可以由一个声发射传感器（压电换能器）检测，它安装在靠近地表的位置。声发射源包括弹性碰撞，摩擦，压痕裂纹，键的断裂，切屑断裂，断口，和车轮/工件界面除砂[8,9]。先前的研究已经表明，磨损颗粒，砂轮负荷，沉重的摩擦，和硬的粘结材料可能会导致较大的声发射能量[ 11–13 ]。车轮荷载，耕，和滑动是声发射能量的主要来源。耕的特征为无材料去除工件的塑性变形，由于这种变形而消耗能量。滑动由于磨粒和工件之间的滑动摩擦而消耗能量。扩展的磨削操作过程中砂轮负载的影响降低了磨粒切削作用的效率，由于砂工作的互动组件产生打的耕和滑动（摩擦）部件。这预计将增加过程中声发射能量。已经做出许多努力来发展状态监测系统来利用声发射信号中提取的特征。工业应用一个比较可靠的方法均方根（RMS），来评价声发射信号。均方根评价AE信号被定义为：

其中v（t）是AE原始信号，T是整合期。

在过去的二十年里中ELID技术已深入研究。对ELID的原理，据作者所知，据大森的描述以前的文献中没有先进的明显。为了了解和提高ELID技术，金属基体修整砂轮的的电化学行为应进行彻底调查。为了研磨过程的监测，力在以前的研究通常被用于评估磨削工艺和探讨ELID机制。据报道，ELID可以磨削开始阶段提供降低和几乎恒定的磨削力。Lim研究了ELID参数的影响，表明磨削力随着修整电流的占空比的增加而下降。Fathima指出，对于粗粒度的砂轮修，低占空比修整是可取的，而较高的易磨性和更高的占空比被推荐用于精细粒度的砂轮以达到高质量的表面。在这项研究中，声发射法被用于评估ELID为减轻砂轮轮负载的有效性和确定砂轮的条件。结论建立采用刚性机床tetraform C，磨削BK7玻璃和微晶玻璃测试的基础上。本研究的目的是评估铸铁结合剂砂轮ELID磨削的性能并将之与不经ELID的树脂结合剂砂轮磨削想比较。声发射的等级对应于不同的电修整参数是基于声发射的测量研究。这项研究还调查了ELID机制，提供了最佳的磨削条件如何实现的预测。2.实验设置

ELID和没有ELID的磨削试验是在精密平面磨床tetraform C上进行[ 6 ]。使用了2到7mm的粒度尺寸，124毫米直径和4毫米表面宽度的铸铁结合剂（CIB）和树脂结合剂金刚石砂轮。工件的材料是微晶玻璃和BK7玻璃，或者长方形（16×10毫米）或圆形（直径50毫米）。ELID系统采用不锈钢作为阴极，用220毫米的敷料覆盖缺口1 / 6的轮面。一种水基磨削液CEM，富士模具，日本，作为冷却液和电解质。ELID应用的电源是一个ed-921（富士模具，日本）。AE信号采集系统的流程图如图1所示。使用压电传感器的传感器采集声发射信号。传感器1，图1所示，是一个宽带100–1000千赫的物理声学有限公司的模型。该传感器使用凡士林连接到工件表面。声发射信号经传感器转换成电信号，通过前置放大器放大到可用的电压水平并转移到aedsp-32 / 16卡，它有16位分辨率的数据记录。前置放大器（1220A）提供了100的收益（40分贝）和使用100–1200 kHz带宽的带宽滤波器来消除机械和声学背景噪声，优先在低频率。每秒2百万的采样率频率进行信号采集。声发射设施被用来短时间内获得AE原始信号和快速傅立叶变换（FFT）分析。另一个声发射系统，AE4000-1，沃尔特凯利公司，与“S”型传感器——图1-2的传感器，用于收集的被纠正的AE信号来监测在一个完整的磨削循环声发射的变化。

3.结果与讨论

3.1.树脂结合剂和铸铁结合剂（ELID）砂轮的声发射

如图2所示杯形砂轮的研磨材料去除区分主要和次要。一般来说，主要的材料去除区可以考虑进行大多数材料去除，而二级材料去除工艺去除地面材料一个很小的比例，可以考虑作为一个加工区。超精密磨削，如切削深度相对于砂轮的边缘的半径非常小时，主去除区域和次区域以及他们之间的边界都很难区分（图2）。因此，本文并不试图区分声发射来自不同的材料去除区的贡献。对树脂结合剂砂轮磨削产生的声发射信号（无ELID）和CIB轮（ELID）进行了研究。初步试验是用BK7玻璃样品使用7毫米粒度砂轮在39米/秒的轮速，6毫米/分钟进给速度，5毫米深度进行切割。加工过程中砂轮和工件之间的接触面积是40平方毫米。图3为一些通过AErms磨削的结果，它表明铸铁结合剂砂轮ELID磨削比树脂结合剂砂轮产生更高的AErms和表现更大的散射。没有摩擦的痕迹或地面严重损坏表面。进一步实验是用表面直径50毫米的BK7玻璃样品以39米/秒轮的转速，2 mm切削深度，和3毫米/分钟进给率进行切割。在磨削过程中砂轮和工件之间接触面积的变化范围在0–200平方毫米。图4显示了树脂结合剂和金属结合剂砂轮表面和工件接触面积变化相对应的声发射信号。每个砂轮总的材料去除量低于75毫米。在图4中，当砂轮和工件的接触面积小于150平方毫米时，树脂结合剂砂轮的声发射水平普遍低于金属结合剂砂轮。然而，树脂结合剂砂轮的砂轮和工件接触面积扩大时AE水平增加一个相当大的速率。图4表明，声发射信号的振幅达到在B点峰值，比达到最高的轮/工件接触面积200平方毫米更早。显然，轮/工件接触区在很大程度上影响了树脂结合剂砂轮磨削的AE振幅。对声发射信号的峰值的位置被认为与表面质量差相关联。在图4中的ELID轮产生的声发射信号具有较低的AE水平相对于相同的磨削参数下的树脂结合剂砂轮。轮/工件接触区并没有对ELID磨削的AE水平表现出的一个显着的影响。

图5显示了在当砂轮与工件接触面积为180平方毫米时树脂结合剂和技术结合剂砂轮磨削时声发射信号的时间域和频率域。采用树脂结合剂砂轮产生的声发射信号比金属结合剂砂轮产生的信号更大的振幅。树脂结合剂砂轮产生的锯齿状的AE信号可能是由于钝砂轮与工件之间摩擦或滑动作用。对于树脂结合剂砂轮磨削在频率成分的振幅的增加与ELID磨削在图（a）和（b）中做了一个整体比较。由两个砂轮产生的频率分量之间明显的差异可以在图5中观察到的。图6显示了两个车轮产生的表面。在ELID磨削和树脂结合剂砂轮磨削中，样品都经过了十次磨削过程，为了观察长时间的进程中砂轮状态的稳定性在，并增加轮和工件的接触面积。

图7显示了树脂结合剂砂轮的SEM照片。该照片是在两个不同的地方，一个远离和一个在砂轮的前缘的附近，它磨削时经历了最积极的条件。从这两幅图画的比较，很明显，该轮已在基体材料中裂纹扩展过程中损坏。前缘附近的光学显微镜在图8（a）表明，活动的金刚石磨粒的数量相比于图8（b）所示的卸载砂轮表面显著下降。影响轮式装载期间延长磨削操作降低了磨粒切削产生大的春耕行动和滑动的效率（摩擦）的磨粒工件的相互作用组件。随着砂轮的磨损，由于能源消耗翻耕和滑动部件负载的能源消耗增加，从而声发射也增加。研究结果表明，砂轮/工件接触面积是影响轮树脂结合剂砂轮加载的一个关键因素。严重的轮装载是为精细粒度的树脂结合剂砂轮所发展的，当轮/工件接触面积增加时。从中可以得出结论，当砂轮与工件之间的接触面积大时，一个经过ELID磨削的精细粒度的CIB的杯形砂轮比树脂结合剂砂轮能更好的克服车轮荷载。在这样的条件下，ELID方法有望成为更适合高效精密磨削的材料去除。

3.2.利用声发射检测车轮状态

ELID砂轮在修整后能迅速进入一个稳定的切削过程。然而，随着材料去除或处理时间的增加，ELID轮可能不良的砂轮地貌最终无法进行适当的切割。由于砂轮具有粗糙的表面和许多不导电磨料颗粒嵌入，电解质的散乱和金属表面之间会产生不均匀的电流分布，如图9所示（a）。在金属结合剂中电解质的流动和分布是由图中的等高线表示。可以看出，磨料颗粒和腔干扰了电流的流动。他们使其周边周围的电流密度的局部增加。该区暴露了碎屑去除表面氧化物的摩擦产生的金属键，如图9（b），也是修整电流的密集区域。这表明，金属基体的砂轮表面不均匀的电化学反应将由不均匀的电流分布产生而导致在金属表面的电解作用产生不同。图10显示了在一系列的磨削循环中BK7玻璃声发射信号的变化。当砂轮的材料去除量低于75立方毫米，声发射信号是稳定的，表现出相对小的值。在材料去除量的增加，声发射幅值增加并变得不稳定。CIB砂轮表面的光学显微照片如图11（a）所示，当去除材料后有裂缝的存在，砂轮表面有大的空隙和严重锈蚀的地区。长的裂缝可能来自短裂纹或缺陷，并被工件在车轮工作接口处的周期力下扩大。电解腐蚀电化学行为可以集中在这些位置促进裂化过程。探讨轮表面裂纹的形态，聚焦离子束（FIB）技术被用于监测砂轮表面的地下横段铣。图11（b）显示了离子束加工产生的沟槽，在纵向和横向裂纹的砂轮表面下观察。横向裂纹扩展与垂直裂缝连接。随着裂缝数量和严重程度的增加，破坏和粘结材料的去除是可能发生的，会导致砂轮面貌变坏，最后砂轮报废。图10中大振幅的AE信号随机分布可能对应于粘结材料的断裂。在磨削循环中逐渐增加的AE水平可能表明了砂轮的恶化。

3.3.ELID参数

电解对ELID轮表面的氧化物层的形成起着至关重要的作用。法拉第定律已被用于开展粘结材料的理论体积转化的表达，就是：

其中M是反应离子的原子量；I是电流；T是反应时间；Z是反应离子的价态；F法拉第常数；

是金属粘结的密度。

根据式（2），车轮表面的电解活性是受施加在砂轮和阴极电极之间电解电流的影响。有两个参数可用来确定应用于ELID的电源的修整电解的用量，是占空比和峰值电压。占空比定义为用于ELID方波时间的百分比。峰值电压是从ELID电源波形输出的振幅。从理论上讲，这两个参数可以影响砂轮表面腐蚀层产生的速度。实验结果表明，ELID强度更可能影响地面的质量，当研磨很细的磨料粒度的金刚石砂轮是。图12显示了光学显微镜下使用不同组合的占空比和峰值电压的ELID的2毫米粒度的CIB杯金刚石砂轮所产生的BK7质地表面。图12中的照片（a）显示了在10%的占空比和60 V峰值电压下一些质地上的严重摩擦损伤。摩擦损伤被认为是由一些在砂轮表面产生的钝的区域。在图12（a）中一个较大的放大倍率的光学显微镜表明了裂纹运行正常的滑动方向。随着占空比从10%增加到70%，摩擦作用在一定程度上缓解如图12（b），其中在摩擦损伤无裂纹。当应用70%占空比和90 V电压时，在表面的摩擦标记减少，如图12（c）。这些试验表明，高占空比和/或峰值电压可以为这些磨削条件提供足够的砂轮修整。图12（a）中地表的裂缝可通过砂轮和工件之间的摩擦产生的热效应产生。因为BK7具有的导热性差，当精细粒度的砂轮修整不够时热裂纹发生。

修整参数对声发射的影响进行了研究。试验通过16×10毫米的微晶玻璃样品和使用39米/秒的轮速，5毫米切割深度，6毫米/分钟进给速度的7毫米粒度砂轮进行。在测试系列之前先进行砂轮的整形和预修整。AE记在每个样品的表面被磨平几次之后开始。图13显示了利用10% / 60 V和70% / 90 V ELID参数的声发射原始信号和功率谱图。当使用更积极的ELID参数时，原始信号在时间域的AE幅值有所减少。AE振幅在频率域的频率成分也减少，当修整参数变得更积极时，如图13(a)和(b)所示。频率成分的下降率是比较大，在240和300千赫频率。图14和图15分别显示了占空比和峰值电压对AERMS的影响。结果表明，声发射能量的增加时占空比和峰值电压减少。占空比参数对声发射的能量的影响比峰值电压更为显著。ELID磨削涉及砂轮表面氧化层的去除和再生[ 3–5 ]。当在电解环境中应用大剂量的电时，砂轮表面氧化膜的形成是快速。在磨削过程中氧化物层的去除可以在车轮表面产生新的磨粒凸出和更多的碎屑存储空间，减少车轮荷载和颤振。平缓的修整参数可以导致不充足的修整，导致大的暗区，使砂轮和工件之间的切割效果较差。低效率的磨削和焊接金属和工件之间大的接触面积造成大的AE水平。

4.结论

声发射检测可用于识别砂轮装载和评估一个砂轮的磨削状态。本次调查表明，声发射能量随这砂轮荷载的发生而增加。当转动装置有长接触弧时精细粒度的杯形砂轮的ELID磨削不太可能遇到的轮装载，相比于树脂砂轮。因此，ELID磨削是高效精密磨削推荐使用的，组件都是比较大的。树脂结合剂砂轮的AE振幅显着增加对应了砂轮便面的剧烈摩擦。这表明，磨粒加工弧长时树脂结合剂砂轮无法进行有效的自我修整。然而，当轮和工件的接触面积小的时树脂结合剂砂轮容易产生较低的AE振幅。更温和的修整参数的ELID磨削可以为7毫米的细磨轮产生高的声发射能量。更细的粒度砂轮建议密集的修整过程和更具侵略性的修整参数来减小车轮负载和提高切削效率。修整参数的应用应考虑轮配置，磨削工艺参数和工件材料的性能，因此，依赖于一套复杂的多变量之间的相互作用。声发射检测技术有潜力被采用来监测复杂的ELID磨削过程并确保保持最佳的磨削条件的有效方法。

致谢

这项工作是由EC project—NanoGrind(GRD1-2001-40538)部分赞助。