第一篇：聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展

聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展

摘要：本文介紹了聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)及國(guó)內(nèi)外聲發(fā)射技術(shù)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，闡述了聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)的制定、儀器的研發(fā)、檢測(cè)人員及主要研究和應(yīng)用領(lǐng)域的現(xiàn)狀，提出了我國(guó)目前急需解決的問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：聲發(fā)射、標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)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、世界聲發(fā)射技術(shù)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

材料中局域源快速釋放能量產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象稱(chēng)為聲發(fā)射(AE)，聲發(fā)射是一種常見(jiàn)的物理現(xiàn)象，大多數(shù)材料變形和斷裂時(shí)有聲發(fā)射發(fā)生，但許多材料的聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度很弱，人耳不能直接聽(tīng)見(jiàn)，需要藉助靈敏的電子儀器才能檢測(cè)出來(lái)，用儀器探測(cè)、記錄、分析聲發(fā)射信號(hào)和利用聲發(fā)射信號(hào)推斷聲發(fā)射源的技術(shù)稱(chēng)為聲發(fā)射技術(shù)。

現(xiàn)代聲發(fā)射技術(shù)的開(kāi)始以Kaiser 二十世紀(jì)五十年代初在德國(guó)所作的研究工作為標(biāo)志。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(chēng)材料的這種不可逆現(xiàn)象為“Kaiser效應(yīng)”。

二十世紀(jì)五十年代末和六十年代，美國(guó)和日本許多工作者在實(shí)驗(yàn)室中作了大量工作，研究了各種材料聲發(fā)射源的物理機(jī)制，并初步應(yīng)用于工程材料的無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域。Dunegan 首次將聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于壓力容器的檢測(cè)。美國(guó)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 等人開(kāi)展了現(xiàn)代聲發(fā)射儀器的研制，他們把儀器測(cè)試頻率提高到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)室走向在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)展了廣泛和系統(tǒng)的深入研究工作。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)也得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在化工容器、核容器和焊接過(guò)程的控制方面取得了成功。

二、中國(guó)聲發(fā)射技術(shù)發(fā)展歷程

聲發(fā)射技術(shù)于二十世紀(jì)七十年代初開(kāi)始引入我國(guó)。八十年代初期人們開(kāi)始嘗試采用聲發(fā)射技術(shù)進(jìn)行壓力容器的檢驗(yàn)等工程應(yīng)用，由于技術(shù)水平的限制發(fā)展比較緩慢。八十年代中期勞動(dòng)部鍋爐壓力容器檢測(cè)研究中心率先從美國(guó)PAC 公司引進(jìn)當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的采用Z80 微處理計(jì)算機(jī)技術(shù)制造的SPARTAN 源定位聲發(fā)射檢測(cè)與信號(hào)處理分析系統(tǒng), 并在全國(guó)一些石化和煤氣公司開(kāi)展了大量球形儲(chǔ)罐和臥罐等壓力容器的檢測(cè)，取得了成功的應(yīng)用實(shí)例。隨后，冶金部武漢安全環(huán)保研究院、大慶石油學(xué)院、西安44所和石油大學(xué)等許多單位相繼從PAC 引進(jìn)先進(jìn)的SPARTAN 和LOCAN 等型號(hào)的聲發(fā)射儀器，開(kāi)展了壓力容器、飛機(jī)、金屬材料、復(fù)合材料和巖石的檢測(cè)和應(yīng)用。1989 年的全國(guó)第四屆聲發(fā)射會(huì)議指出：“我國(guó)聲發(fā)射技術(shù)的研究、應(yīng)用和儀器隊(duì)伍不斷擴(kuò)大，技術(shù)水平不斷提高，表明我國(guó)聲發(fā)射技術(shù)發(fā)展已經(jīng)走出低谷，開(kāi)始向新的高峰攀登”。自進(jìn)入二十世紀(jì)九十年代至今，聲發(fā)射技術(shù)在我國(guó)的研究和應(yīng)用成快速發(fā)展的趨勢(shì)。

九十年代初許多石化企業(yè)和專(zhuān)業(yè)檢驗(yàn)所相繼進(jìn)口大型聲發(fā)射儀器廣泛開(kāi)展壓力容器的檢驗(yàn)。九十年代中期空軍第一研究所和航天703 所從美國(guó)PAC 公司引進(jìn)了第三代可以存儲(chǔ)聲發(fā)射信號(hào)波形的Mistras2000 多通道聲發(fā)射儀，從而開(kāi)展了以波形分析為基礎(chǔ)的航空航天設(shè)備的聲發(fā)射檢測(cè)與信號(hào)處理分析。2002 年國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局鍋爐壓力容器檢測(cè)研究中心從德國(guó)VALLEN 公司引進(jìn)了最新型號(hào)的ASM5 型36 通道聲發(fā)射儀，該儀器既可對(duì)聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行基于波形的模式識(shí)別分析，又具有大型常壓油罐底部泄漏的檢測(cè)能力。目前聲發(fā)射技術(shù)已在我國(guó)已在石油、石化、電力、航空、航天、冶金、鐵路、交通、煤炭、建筑、機(jī)械制造與加工等領(lǐng)域開(kāi)展了廣泛的研究和應(yīng)用工作。

聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)作為一個(gè)在我國(guó)剛剛發(fā)展的技術(shù)，從業(yè)人員和研究人員都相對(duì)較少。據(jù)估計(jì)，我國(guó)目前約有60 多個(gè)科研院所、大專(zhuān)院校和專(zhuān)業(yè)檢驗(yàn)單位在各個(gè)部門(mén)和領(lǐng)域從事聲發(fā)射技術(shù)的研究、檢測(cè)應(yīng)用、儀器開(kāi)發(fā)、制造和銷(xiāo)售工作。

我國(guó)聲發(fā)射檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，既遲后于國(guó)內(nèi)其它常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法，也與美國(guó)有很大的差距，但在許多方面已取得進(jìn)展，檢測(cè)術(shù)語(yǔ)、檢測(cè)儀性能測(cè)試、金屬壓力容器檢測(cè)方法、鈦合金壓力容器檢測(cè)方法、復(fù)合材料構(gòu)件檢測(cè)方法和在役金屬容器檢測(cè)方法等已分別頒布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其余尚處在企業(yè)或內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)階段。目前已頒布主要聲發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)目錄如下： GB／T 12604.4—2005 聲發(fā)射檢測(cè)術(shù)語(yǔ)

GB／T 18182—2000 金屬壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)及結(jié)果評(píng)價(jià)方法 GJB 2044—1994 鈦合金壓力容器檢測(cè)方法 JB／T 8283—1995 檢測(cè)儀性能測(cè)試方法

JB/T 7667—1995 在役壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)定方法 JB/T 6916—1993 在役高壓氣瓶聲發(fā)射檢測(cè)和評(píng)定方法 JB/T 7667—1995 在役壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)定方法（JB／T Q753－1989修訂）QJ 2914—1996 復(fù)合材料構(gòu)件聲發(fā)射檢測(cè)方法

GB/T 19800—2005 無(wú)損檢測(cè) 聲發(fā)射檢測(cè) 換能器的一級(jí)校準(zhǔn) GB/T 19801—2005 無(wú)損檢測(cè) 聲發(fā)射檢測(cè) 換能器的二級(jí)校準(zhǔn) JB/T 10764－2007 常壓金屬儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法

三、主要研究和應(yīng)用領(lǐng)域

聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)不同于其他無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，他對(duì)動(dòng)態(tài)缺陷敏感，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的在役檢測(cè)，可及早的進(jìn)行破壞預(yù)報(bào)。因此，得到了廣泛的應(yīng)用。

1、壓力容器的聲發(fā)射檢測(cè)

壓力容器檢測(cè)是目前聲發(fā)射技術(shù)在中國(guó)開(kāi)展應(yīng)用最成功和普遍的領(lǐng)域之一，人們已經(jīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)壓力容器的聲發(fā)射源進(jìn)行了詳細(xì)的研究工作，通過(guò)大量的試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，使這一方法已達(dá)到成熟，制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

聲發(fā)射技術(shù)和大量的科研成果在我國(guó)壓力容器檢測(cè)中成功的推廣和應(yīng)用，一方面及時(shí)排除了大量帶缺陷運(yùn)行的壓力容器的爆炸隱患，降低了惡性事故的發(fā)生，確保了這些壓力容器的安全運(yùn)行，取得了重大的社會(huì)效益；另一方面，聲發(fā)射檢測(cè)大大縮短了壓力容器的檢驗(yàn)周期，并減少了盲目返修和報(bào)廢壓力容器所帶來(lái)的損失，為廣大壓力容器用戶帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，這種檢驗(yàn)方法深受廣大壓力容器用戶的歡迎。

2、航空航天工業(yè)中的應(yīng)用 早在二十世紀(jì)八十年代初，國(guó)內(nèi)有關(guān)單位就進(jìn)行了飛機(jī)機(jī)翼疲勞試驗(yàn)過(guò)程中的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)研究，并在信號(hào)處理和識(shí)別技術(shù)方面積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。空軍第一研究所在某型飛機(jī)的全尺寸疲勞試驗(yàn)過(guò)程中(飛行長(zhǎng)達(dá)16000 小時(shí))，用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)其主梁螺孔和隔框連接螺栓等部位疲勞裂紋的形成和擴(kuò)展進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測(cè)，歷時(shí)之長(zhǎng)和積累數(shù)據(jù)之豐富都是前所未有的。他們利用了聲發(fā)射參數(shù)組成多維空間的一個(gè)特征矢量，成功進(jìn)行了疲勞裂紋產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)識(shí)別。除利用這種多參數(shù)識(shí)別方法外，還利用趨勢(shì)分析和相關(guān)技術(shù)等方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，建立了一套較完整的信號(hào)識(shí)別和處理體系。

3、復(fù)合材料的聲發(fā)射特性研究

聲發(fā)射技術(shù)目前已成為研究復(fù)合材料斷裂機(jī)理和檢測(cè)復(fù)合材料壓力容器的重要方法。中科院沈陽(yáng)金屬所、航空621 所、航天703 所和44 所在這些領(lǐng)域做了大量工作，尤其是44所作了大量復(fù)合材料壓力容器的聲發(fā)射檢測(cè)，并起草了內(nèi)部的檢測(cè)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。目前采用聲發(fā)射技術(shù)已能檢測(cè)每根碳纖維或玻璃纖維絲束的斷裂及絲束斷裂載荷的分布，從而評(píng)價(jià)它們的質(zhì)量。聲發(fā)射技術(shù)還可以區(qū)分復(fù)合材料層板不同階段的斷裂特性，如基體開(kāi)裂、纖維與基體界面開(kāi)裂、分層和纖維斷裂。另外，我國(guó)也有人采用聲發(fā)射技術(shù)研究碳纖維增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料升溫固化的特性。

4、巖石的監(jiān)測(cè)和應(yīng)力測(cè)量

聲發(fā)射現(xiàn)象的觀測(cè)起源于地震的監(jiān)測(cè)，現(xiàn)今廣泛地用于巖石的監(jiān)測(cè)和地質(zhì)與石油鉆探中的應(yīng)力測(cè)量。冶金部武漢安全環(huán)保研究院近20 年來(lái)一直開(kāi)展礦山和大型水壩巖石塌方的監(jiān)測(cè)研究和應(yīng)用工作，近幾年一直在長(zhǎng)江三峽大壩對(duì)一些關(guān)鍵部位的巖石活動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為三峽大壩的建設(shè)提供了重要依據(jù)。中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所利用巖石的KAISER 效應(yīng)測(cè)量古巖石的應(yīng)力，以研究遠(yuǎn)古時(shí)期地質(zhì)的變化情況。北京石油勘探開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)院和北京石油大學(xué)采用聲發(fā)射技術(shù)測(cè)量巖芯的主應(yīng)力方向，達(dá)到確定油田最大水平應(yīng)力方向的目的。這些成果已用在我國(guó)油田生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)上，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

5、在機(jī)械制造過(guò)程中的監(jiān)控應(yīng)用

聲發(fā)射應(yīng)用于機(jī)械制造過(guò)程或機(jī)加工過(guò)程的監(jiān)控始于二十世紀(jì)七十年代末，我國(guó)在這一領(lǐng)域起步早、發(fā)展快。早在1986 年國(guó)防科技大學(xué)等單位就進(jìn)行了用聲發(fā)射監(jiān)測(cè)機(jī)加工刀具磨損的研究工作?，F(xiàn)在，一些單位已研制成功車(chē)刀破損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和鉆頭折斷報(bào)警系統(tǒng)，前者的檢測(cè)準(zhǔn)確率高達(dá)99%。根據(jù)刀具與工件接觸時(shí)擠壓和摩擦產(chǎn)生聲發(fā)射的原理，我國(guó)還成功研制出了高精度聲發(fā)射對(duì)刀裝置，用以保證配合件的加工精度。九十年代，有些部門(mén)已開(kāi)始用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行刀具狀態(tài)監(jiān)控、切削形態(tài)識(shí)別與控制以及磨削接觸與砂輪磨損監(jiān)測(cè)等。

6、鐵路焊接結(jié)構(gòu)疲勞損傷的監(jiān)測(cè)

我國(guó)鐵路部門(mén)對(duì)高速列車(chē)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架模擬梁的焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行了聲發(fā)射監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，采用聲發(fā)射多參數(shù)分析技術(shù)監(jiān)測(cè)了焊接梁疲勞試驗(yàn)的全過(guò)程，得到了構(gòu)件疲勞損傷各階段與聲發(fā)射特征之間的關(guān)系，準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)到焊接梁中焊縫和應(yīng)力集中處的裂紋萌生及擴(kuò)展過(guò)程。所用方法可進(jìn)一步用來(lái)確定構(gòu)件的損傷程度，并有可能應(yīng)用到鐵路橋梁疲勞損傷監(jiān)測(cè)中。

7、泄漏監(jiān)測(cè)

帶壓力流體介質(zhì)的泄漏檢測(cè)是聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要方面，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局鍋爐壓力容器檢測(cè)研究中心、冶金部武漢安全環(huán)保研究院和清華大學(xué)無(wú)損檢測(cè)中心在國(guó)家“八五”和“九五”期間合作對(duì)壓力容器和壓力管道氣、液介質(zhì)泄漏的聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究，取得的科研成果目前已在一些石化企業(yè)的原油加熱爐和城市埋地燃?xì)夤艿赖男孤┍O(jiān)測(cè)得到成功應(yīng)用。核工業(yè)總公司武漢核動(dòng)力運(yùn)行研究所，于九十年代中期從美國(guó)進(jìn)口了36 通道聲發(fā)射泄漏檢測(cè)儀器，專(zhuān)門(mén)用于我國(guó)核電站的泄漏檢測(cè)，目前已進(jìn)行了大量研究和應(yīng)用工作。國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局鍋爐壓力容器檢測(cè)研究中心和大慶石油學(xué)院也分別開(kāi)展了大型油罐底部聲發(fā)射泄漏檢測(cè)的研究和應(yīng)用工作，初步取得了成功。

8、磁聲發(fā)射研究

我國(guó)于 1984 年由武漢大學(xué)首先開(kāi)展鐵磁性材料磁聲發(fā)射的研究工作，隨后北京科技大學(xué)和華中科技大學(xué)也相繼開(kāi)展了磁聲發(fā)射的研究工作。武漢大學(xué)以多晶和單晶硅鋼材料對(duì)磁聲發(fā)射的機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)研究，并在世界上首次提出1800 磁疇壁的運(yùn)動(dòng)也可以產(chǎn)生很大的磁聲發(fā)射信號(hào)，他們提出了磁疇壁內(nèi)磁化矢量的逐漸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生彈性波的模型，這可認(rèn)為是對(duì)一般公認(rèn)的磁聲發(fā)射產(chǎn)生機(jī)制的完善和補(bǔ)充。北京科技大學(xué)將磁聲發(fā)射與磁巴克豪森效應(yīng)想結(jié)合，開(kāi)發(fā)出可以測(cè)量焊縫殘余應(yīng)力的儀器。

四、目前急需解決的問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)的聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室研究到目前在許多工業(yè)領(lǐng)域得到成功應(yīng)用，從最初模擬式單通道聲發(fā)射儀到目前已全數(shù)字化全波形多通道聲發(fā)射儀，從十幾個(gè)從業(yè)人員到目前數(shù)千人的科研和檢驗(yàn)隊(duì)伍，所有這些都是我國(guó)聲發(fā)射研究和檢測(cè)人員共同努力的結(jié)果。雖然我國(guó)的聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)取得了很大進(jìn)展，但今后還需解決的問(wèn)題和發(fā)展方向?yàn)椋?/p>

(1)在廣義聲發(fā)射的產(chǎn)生機(jī)理、復(fù)雜條件下波的傳播規(guī)律、材料的高低溫聲發(fā)射特性、電磁聲發(fā)射、新的聲發(fā)射信號(hào)分析方法等基礎(chǔ)理論領(lǐng)域開(kāi)展研究，為聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的工程應(yīng)用提供理論依據(jù)

（2）在儀器和軟件開(kāi)發(fā)方面，進(jìn)一步提高聲發(fā)射檢測(cè)儀器的可靠性，開(kāi)發(fā)高效的聲發(fā)射信號(hào)數(shù)據(jù)分析與處理軟件包。利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)無(wú)線（含有線）網(wǎng)絡(luò)功能，研制允許用戶遠(yuǎn)程操作及監(jiān)視的聲發(fā)射系統(tǒng)，并進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸及診斷。

（3）加快聲發(fā)射檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的制定和修訂步伐，建立我國(guó)聲發(fā)射檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)體系。加強(qiáng)我國(guó)聲發(fā)射檢測(cè)人員培訓(xùn)工作，提高聲發(fā)射檢測(cè)隊(duì)伍水平。參考文獻(xiàn)：

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第二篇：聲發(fā)射系統(tǒng)操作指南-罐底定位

開(kāi)機(jī)檢測(cè)

1、把USB加密狗插在聲發(fā)射主機(jī)上，點(diǎn)擊圖標(biāo)AEwin for SAMOS，軟件打開(kāi)過(guò)程會(huì)自動(dòng)掃描24個(gè)通道。

2、先不要連接電纜及探頭，建立一副“撞擊vs通道”圖，把門(mén)檻設(shè)置為35db，并開(kāi)始采集，此時(shí)系統(tǒng)應(yīng)該采集不到任何信號(hào)；把門(mén)檻降到20db，所有選擇的通道應(yīng)該都會(huì)有信號(hào)

軟件設(shè)置

1、硬件設(shè)置

2、定位設(shè)置

一號(hào)探頭布置在正北方向，所有探頭按順時(shí)針排列。

3、定位設(shè)置

（1）定位圖

（2）各個(gè)通道幅值隨時(shí)間的散點(diǎn)圖

（3）撞擊隨時(shí)間的累積圖

（4）波形圖

測(cè)試步驟

1、正確連接探頭、長(zhǎng)電纜、短電纜，并保證它們一一對(duì)應(yīng)。

2、觀察所有探頭背景噪音。

3、用橡皮錘或木錘敲擊每個(gè)探頭附近，因錘擊信號(hào)很大，所有探頭應(yīng)該都能達(dá)到滿幅值99db。

4、把門(mén)檻調(diào)至80db，在每個(gè)探頭附近斷三次鉛，通過(guò)行列表，記錄每個(gè)探頭的斷鉛響應(yīng)以及計(jì)算它們的平均值。

5、把門(mén)檻降至35-40db，開(kāi)始采集并保存數(shù)據(jù)。一般數(shù)據(jù)記錄時(shí)間為兩小時(shí)，若信號(hào)量非常少，可相應(yīng)縮短檢測(cè)時(shí)間為1.5小時(shí)；若信號(hào)量非常大，可適當(dāng)延長(zhǎng)檢測(cè)時(shí)間為2.5-3小時(shí)。

6、停止采集，并把聲發(fā)射系統(tǒng)的數(shù)據(jù)保存到筆記本電腦中。（由于連接步驟的第4部，筆記本電腦的某個(gè)磁盤(pán)是聲發(fā)射系統(tǒng)的自盤(pán)，所以數(shù)據(jù)可以直接拷貝）

7、關(guān)機(jī)，右鍵點(diǎn)擊聲發(fā)射主機(jī)的任務(wù)欄選擇“任務(wù)管理器”，選擇關(guān)機(jī)。

第三篇：樁基檢測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和展望

樁基檢測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和展望

（葛遠(yuǎn)樂(lè)寧波市建工檢測(cè)有限公司）

摘要: 樁基工程是目前應(yīng)用最廣泛的基礎(chǔ)形式，合理正確的基樁檢測(cè)方法是控制樁基工程施工質(zhì)量的保障手段，客觀準(zhǔn)確的基樁檢測(cè)數(shù)據(jù)是工程質(zhì)量評(píng)定的重要依據(jù)。概述樁基檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程，對(duì)各種檢測(cè)技術(shù)做了簡(jiǎn)要介紹以及各種樁基檢測(cè)技術(shù)的穿插運(yùn)用對(duì)工程基樁檢測(cè)意義重大；同時(shí)，展望了樁基檢測(cè)工作的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞: 樁基，檢測(cè)，展望

中圖分類(lèi)號(hào)：TU37文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：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間接法：指在現(xiàn)場(chǎng)原型試驗(yàn)基礎(chǔ)上，同時(shí)基于一些理論假設(shè)和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并加以綜合分析才能最終獲得檢測(cè)項(xiàng)目結(jié)果的檢測(cè)方法。主要包括以下三種方法：①低應(yīng)變法（現(xiàn)行主要指反射波法）。在樁頂面施加低能量的瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)激振，使樁在彈性范圍內(nèi)做彈性振動(dòng)，并由此產(chǎn)生應(yīng)力波縱向傳播，同時(shí)利用波動(dòng)和振動(dòng)理論對(duì)樁身的完整性做出評(píng)價(jià)。該方法測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)單輕便，檢測(cè)速度快、成本低，是基樁質(zhì)量完整性普查的良好手段。②高應(yīng)變法（現(xiàn)行主要指波動(dòng)方程法）。通過(guò)在樁頂實(shí)施重錘敲擊，使樁身產(chǎn)生動(dòng)位移，樁周巖土阻力充分發(fā)揮。高應(yīng)變法物理意義明確，檢測(cè)準(zhǔn)確度相對(duì)較高；但目前受檢測(cè)人員水平和樁-土相互作用模型等問(wèn)題的影響，該方法仍有較大的局限性，尚不能完全代替靜載荷試驗(yàn)而作為確定單樁豎向抗壓極限承載力的設(shè)計(jì)依據(jù)。③聲波透射法。用聲波在樁身中的傳播，通過(guò)對(duì)聲波傳播時(shí)間、波幅及主頻等聲學(xué)參數(shù)的測(cè)試和分析，對(duì)樁身完整性作出評(píng)價(jià)的一種檢測(cè)方法。

第2章 樁基檢測(cè)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

2.1靜載荷試驗(yàn)

樁基靜載測(cè)試技術(shù)是隨著樁基礎(chǔ)在建筑設(shè)計(jì)中的使用越來(lái)越廣泛而發(fā)展起來(lái)的。新中國(guó)成立以前，在國(guó)內(nèi)基本上沒(méi)有樁基靜載測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，新中國(guó)成立以后，樁基靜載測(cè)試技術(shù)才逐步發(fā)展起來(lái)。傳統(tǒng)靜載荷試驗(yàn)采用手動(dòng)加壓、人工操作、人工記錄的方式進(jìn)行。這種方式，因工作條件比較艱苦，試驗(yàn)時(shí)間又較長(zhǎng)，而且需連續(xù)作業(yè)，投入的人力較多，導(dǎo)致不僅工作效率低、檢測(cè)數(shù)據(jù)誤差大，而且原始資料易被涂改、人為干擾因素多，以至于無(wú)法進(jìn)行有效的監(jiān)督管理，使檢測(cè)報(bào)告的審核風(fēng)險(xiǎn)加大。就拿西南邊陲省份云南來(lái)講，50年代末和60年代初，就有了在預(yù)制樁上進(jìn)行的靜載試驗(yàn)，但因?yàn)槭墚?dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用和電子產(chǎn)品制造水平的限制，自動(dòng)控制的精度以及測(cè)試儀表的穩(wěn)定性能方面，均無(wú)法滿足使用上的要求或使用起來(lái)更加費(fèi)時(shí)費(fèi)力，推廣性不強(qiáng)。進(jìn)入到80年代以后，隨著改革開(kāi)放的深入，基本建設(shè)規(guī)模的逐年加大，特別是灌注樁在工程上的廣泛應(yīng)用，我國(guó)的樁基靜載測(cè)試技術(shù)也進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展時(shí)期。至今，樁基靜載試驗(yàn)是一項(xiàng)方法成立，理論上無(wú)可爭(zhēng)議的樁基檢測(cè)技術(shù)。在確定單樁極限承載力方面，它是目前最為準(zhǔn)確、可靠的檢驗(yàn)方法，判定某種動(dòng)載檢驗(yàn)方法是否成熟，均以靜載試驗(yàn)成果的對(duì)比誤差大小為依據(jù)。

現(xiàn)在，隨著各種性能穩(wěn)定的電子元器件的出現(xiàn)、制造技術(shù)的進(jìn)步以及計(jì)算機(jī)水平的提高，生產(chǎn)出性能穩(wěn)定、功能全面、精度更高、界面更加友好的靜載測(cè)試系統(tǒng)已經(jīng)成為可能。因此，每種地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)處理規(guī)范都把單樁靜載試驗(yàn)列入首要位置。一般情況下，樁基靜載試驗(yàn)的成果數(shù)據(jù)，如單樁承載力、沉降量等均認(rèn)為是準(zhǔn)確、可靠的，這已為無(wú)數(shù)的工程實(shí)例證明。

2.2低應(yīng)變檢測(cè)

20世紀(jì)80年代，以波動(dòng)方程為基礎(chǔ)的低應(yīng)變法進(jìn)入了快速發(fā)展期，各種低應(yīng)變法在基礎(chǔ)理論、機(jī)理、儀器研發(fā)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和信號(hào)處理技術(shù)、工程樁和模型樁驗(yàn)證研究、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累等方面，取得了許多有價(jià)值的成果。

2.3高應(yīng)變檢測(cè)

動(dòng)力打樁公式在打入式預(yù)制樁施工中的應(yīng)用已有近百年的歷史，可以說(shuō)，動(dòng)力試樁技術(shù)的發(fā)展始于動(dòng)力打樁公式。1960年后，世界上部分國(guó)家開(kāi)展了系列動(dòng)力測(cè)試樁承載力的研究工作，并于20世紀(jì)80年代形成了實(shí)用的高應(yīng)變現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和室內(nèi)波動(dòng)方程分析方法。目前，國(guó)內(nèi)外高應(yīng)變法的主流仍將一維桿波動(dòng)理論作為測(cè)試和結(jié)果分析的基礎(chǔ)，但它不可避免的忽視了樁與土相互作用的機(jī)理，所以高應(yīng)變法相對(duì)與靜載荷試驗(yàn)來(lái)測(cè)承載力有一定的局限性和不穩(wěn)定性。我國(guó)的高應(yīng)變動(dòng)力試樁法研究是起自80年代中后期，90年代初期已有相關(guān)的軟硬件問(wèn)題，其實(shí)際應(yīng)用效果已不弱于國(guó)外，其后面向國(guó)內(nèi)大量的灌注樁檢測(cè)，已有單位在模型改值得一提的是，樁基動(dòng)測(cè)方面，國(guó)產(chǎn)儀器和軟件業(yè)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，許多方面甚至更具有中國(guó)特色。進(jìn)、擬合技巧、參數(shù)選定等方面進(jìn)行了大量工作，也有應(yīng)用者在樁如何才算被充分激發(fā)方面進(jìn)行了研究。值得一提的是，樁基動(dòng)測(cè)方面，國(guó)產(chǎn)儀器和軟件業(yè)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，許多方面甚至更具有中國(guó)特色。

2.4聲波透射法

混凝土灌注樁的聲波透射法檢測(cè)是在結(jié)構(gòu)混凝土聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。至20世紀(jì)70年代，聲波透射法開(kāi)始用于檢測(cè)混凝土灌注樁的完整性。聲波透射法以其鮮明的技術(shù)特點(diǎn)成為目前混凝土灌注樁（尤其是大直徑灌注樁）完整性檢測(cè)的重要手段，在工業(yè)與民用建筑、水利電力、鐵路、公路和港口等工程建設(shè)的多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前大量使用的數(shù)字式聲波儀有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理、分析功能，幾乎所有的數(shù)學(xué)運(yùn)算都是由計(jì)算機(jī)來(lái)完成的。

2.5鉆孔取芯法

目前鉆孔取芯法主要應(yīng)用在鉆孔灌注樁檢測(cè)上，同時(shí)在技術(shù)條件成熟的地區(qū)也用在檢測(cè)地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量。鉆芯法是一種微破損或局部破損的檢測(cè)方法，具有科學(xué)、直觀、實(shí)用等特點(diǎn)。

第3章

3.1單一檢測(cè)方法的局限性

目前聲波透射法、高低應(yīng)變法等樁身完整性檢測(cè)方法，由于檢測(cè)原理、儀器設(shè)備、數(shù)據(jù)處理等方面的局限性，一般適用符合“一維均質(zhì)桿件”假定的混凝土樁，不能完全適用于組合樁，異型樁、薄壁鋼管樁；地基處理中應(yīng)用的水泥攪拌樁、碎石樁、低強(qiáng)度等級(jí)混凝土樁、GFG樁等樁型，也不能簡(jiǎn)單套用基樁工程中的基樁完整性檢測(cè)方法，只有在其樁身?xiàng)l件符合基樁完整性檢測(cè)方法要求時(shí)，才能有選擇的應(yīng)用，但檢測(cè)數(shù)量、結(jié)果評(píng)定，一定要按照地基處理技術(shù)要求執(zhí)行。鉆孔取芯法目前幾乎九成以上都用在混凝土灌注樁檢測(cè)上。

3.2樁基動(dòng)力檢測(cè)方法在應(yīng)用中存在的不足：

3.2.1基樁完整性動(dòng)力分析：①基本上不能對(duì)截面的變化程度作出定量評(píng)定，而只能對(duì)樁身缺陷的存在作出定性和定位的判斷；②大批試樁中能鑒別出肯定合格的基本完整樁和肯定不合格的嚴(yán)重缺陷樁，對(duì)許多具有中等程度缺陷樁，較難對(duì)其合格性作出判斷；③在通過(guò)對(duì)樁身阻抗變化的分析中，樁基檢測(cè)存在的問(wèn)題

很難判定缺陷的具體類(lèi)型，必須結(jié)合工程地質(zhì)條件、樁型、成樁工藝和施工記錄等進(jìn)行綜合判斷。

3.2.2基樁承載力動(dòng)力分析：物理數(shù)學(xué)模型、力學(xué)模型、樁土材料模型、計(jì)算公式、分析流程、應(yīng)用軟件及儀器設(shè)備等各個(gè)方面，在對(duì)承載力的分析計(jì)算上都存在一些問(wèn)題，這些問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致承載力分析計(jì)算的系統(tǒng)誤差，是本質(zhì)的、急需創(chuàng)新的不足；另外，場(chǎng)地環(huán)境條件、從業(yè)人員素質(zhì)，盡管是外因，但都直接影響到承載力的判定精度。

3.2.3高、低應(yīng)變動(dòng)力試樁法有一定的適用范圍，當(dāng)長(zhǎng)徑比大于30，或樁體有兩個(gè)以上缺陷時(shí)，動(dòng)力試樁均難以提供準(zhǔn)確的樁體完整性信號(hào)，對(duì)于目前大量使用的超長(zhǎng)樁，動(dòng)力試樁必須加以改進(jìn)。提高動(dòng)測(cè)信噪比，提高檢測(cè)精度是需要解決的問(wèn)題。

3.3靜載荷檢測(cè)存在的問(wèn)題

3.3.1現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作不認(rèn)真，測(cè)試儀表不符合要求，特別是現(xiàn)場(chǎng)基準(zhǔn)梁的架設(shè)以及錨樁、基準(zhǔn)樁、試樁間的布置間距不符合規(guī)范的規(guī)定，在加載設(shè)備方面，受現(xiàn)有設(shè)備的限制，采用大千斤頂量測(cè)小噸位樁，這就如同大稱(chēng)稱(chēng)輕物，其精度不可能滿足測(cè)試要求；不認(rèn)真執(zhí)行規(guī)范制定的試驗(yàn)步驟，提前加壓或記錄，卸載時(shí)不進(jìn)行回彈觀測(cè)；檢測(cè)報(bào)告不規(guī)范，內(nèi)容過(guò)于簡(jiǎn)單，無(wú)工程概況及土層分布情況。樁基靜載試驗(yàn)中的任何試驗(yàn)數(shù)據(jù)都必須從經(jīng)過(guò)定期計(jì)量標(biāo)定的測(cè)量器具上獲得，這樣的數(shù)據(jù)才能是真實(shí)的數(shù)據(jù)，但在我國(guó)有一定數(shù)量的樁基檢測(cè)單位，其所使用的千斤頂、油壓表、百分表、自動(dòng)化測(cè)試儀有的幾年不標(biāo)一次，有的甚至沒(méi)有計(jì)量器具許可證。

3.3.2現(xiàn)在的高層建筑，一般都有地下室，其樁的有效長(zhǎng)度應(yīng)從最底層地下室的底板算起，受施工時(shí)間條件所限傳統(tǒng)的靜載方法無(wú)法測(cè)得其有效樁長(zhǎng)的實(shí)際承載力。近年來(lái)盡管有各種動(dòng)測(cè)方法，也需大量的動(dòng)靜資料對(duì)比才能提高其精度。

3.3.3樁靜載荷試驗(yàn)?zāi)壳笆⑿卸演d平臺(tái)法，但目前的平臺(tái)對(duì)試樁及基準(zhǔn)樁附近形成大面積堆載，應(yīng)力高達(dá)300kPa以上，影響試樁工作狀態(tài)和基準(zhǔn)樁的設(shè)置，甚至造成平臺(tái)失穩(wěn)事故，因此，必須改進(jìn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式。

3.4尚不能應(yīng)用聲波透射法推定樁身強(qiáng)度

樁中混凝土由于重力、地下水等多種因素的影響而產(chǎn)生離析現(xiàn)象，導(dǎo)致樁身各個(gè)區(qū)段混凝土的實(shí)際配合比產(chǎn)生變化，而這種變化情況無(wú)法預(yù)估，因而無(wú)法對(duì)“強(qiáng)度-聲速”曲線作合理的修正。另一方面，聲測(cè)管的平行度也會(huì)對(duì)強(qiáng)度的推定產(chǎn)生很大影響，聲測(cè)管在安裝埋設(shè)過(guò)程中難以保證管間距恒定不變，檢測(cè)時(shí)，我們只能量測(cè)樁頂?shù)膬晒芫嚯x，并用于計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的聲速，這就必然造成聲速檢測(cè)值的偏差。因此，《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）的適用范圍中回避了樁身強(qiáng)度推定問(wèn)題。

第4章

4.1單一性檢測(cè)技術(shù)

4.1.1靜載荷試驗(yàn) 樁基檢測(cè)的創(chuàng)新和發(fā)展

增加了儀器硬件技術(shù)的創(chuàng)新和科研：發(fā)明了自動(dòng)化測(cè)讀和分析系統(tǒng)。系統(tǒng)采用先進(jìn)的精密測(cè)試儀器，如位移測(cè)量采用的容柵數(shù)字位移傳感器，精度高，溫漂和時(shí)漂都很小，能夠野外晝夜連續(xù)測(cè)試的要求。傳感器本身帶有液晶顯示器能夠?qū)⒔邮招盘?hào)同實(shí)測(cè)位移數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。系統(tǒng)對(duì)于自動(dòng)控制中的加壓與穩(wěn)壓部分，壓力控制以開(kāi)關(guān)量控制為主。同時(shí)在軟件設(shè)計(jì)中增加了自適應(yīng)點(diǎn)觸式加補(bǔ)荷方式，最大限度的減少加荷時(shí)產(chǎn)生的超壓現(xiàn)象；當(dāng)需要時(shí)也可配接變頻調(diào)速器，進(jìn)行總線輸出以控制油泵出油量，達(dá)到精確控制加載量，提高檢測(cè)精度的目的。系統(tǒng)根據(jù)靜載試驗(yàn)中易出現(xiàn)的問(wèn)題，設(shè)置了6種完善的自動(dòng)報(bào)警功能。試驗(yàn)過(guò)程中彈出的報(bào)警窗口，顯示有可能發(fā)生的問(wèn)題信息以提醒試驗(yàn)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整或中止試驗(yàn)。系統(tǒng)完善的Windows版后處理分析軟件，可實(shí)現(xiàn)報(bào)告數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)的分離處理；各種編輯功能和打印設(shè)置，使試驗(yàn)人員對(duì)數(shù)據(jù)的整理、圖形的編輯、圖表的輸出更加方便快捷，提高了勞動(dòng)效率。

4.1.2低應(yīng)變反射波法

結(jié)合地質(zhì)資料、施工記錄分析基樁完整性。樁型、施工工藝對(duì)基樁的完整性以及缺陷類(lèi)型影響很大。如：預(yù)制樁、人工挖孔樁不可能縮徑；許多的缺陷或質(zhì)量事故都發(fā)生在流水處或地層變化處；地層變化對(duì)波形也會(huì)產(chǎn)生影響（會(huì)產(chǎn)生反射波）等等。因此查看地質(zhì)資料、了解施工記錄對(duì)確定缺陷位置有很好的幫助。利用定量分析軟件對(duì)基樁缺陷程度的判定。雖然定量分析軟件本身存在一些不足，但它分析了應(yīng)力波在樁身傳播的詳細(xì)過(guò)程，只要樁周土的參數(shù)選擇合理，它的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們憑肉眼對(duì)波形缺陷程度的判斷。綜合分析同一工程的所有被測(cè)樁。同一工程的地質(zhì)和施工狀況大致相同，通過(guò)尋找被測(cè)樁之間的共性，再來(lái)分析每一根樁的情況，往往能有效的提高分析效果。

4.1.3高應(yīng)變法

由于樁土系統(tǒng)的復(fù)雜性及外界噪聲的影響,從而使有用信號(hào)難以直觀把握,因此采用良好性能的信號(hào)分析技術(shù),提取有用信號(hào)是最終正確判斷樁身特性的基礎(chǔ)之一。在經(jīng)典譜分析中主要采用了ＦＦＴ變換、倒頻譜分析及希爾伯特變換。對(duì)于不同特性的信號(hào),分別選用不同的分析技術(shù),就會(huì)改善信號(hào)判斷的難易?，F(xiàn)在提出的分析方法有：時(shí)序分析技術(shù)和小波分析技術(shù)。時(shí)序分析法系指現(xiàn)代的、非傳統(tǒng)的時(shí)間序列方法。同傳統(tǒng)的時(shí)序法不同,該方法不是直接利用觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)獲得數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性,而是對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)擬合一個(gè)參數(shù)模型,再利用這個(gè)參數(shù)模型對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)及產(chǎn)生這一數(shù)據(jù)的系統(tǒng)進(jìn)行分析、研究與處理。小波分析技術(shù)是指通過(guò)選擇合適的小波基函數(shù)對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行小波分析,實(shí)現(xiàn)信號(hào)時(shí)頻分解,可以區(qū)分不同物理本質(zhì)的信號(hào)成分,結(jié)合場(chǎng)地條件分辨有效信號(hào)與干擾信號(hào),再

通過(guò)對(duì)“噪聲”時(shí)段及頻段的抑制,可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)消噪,改善信號(hào)質(zhì)量,從而提高樁基動(dòng)測(cè)資料分析水平。動(dòng)力測(cè)樁中需要同時(shí)對(duì)樁長(zhǎng)、波速等多個(gè)參數(shù)進(jìn)行反演估算,這是個(gè)較困難的問(wèn)題。為此, 陳建功等運(yùn)用遺傳算法的基本原理,提出了一種動(dòng)力測(cè)樁中完整樁多參數(shù)反演問(wèn)題的遺傳算法。動(dòng)力測(cè)樁多參數(shù)反演問(wèn)題可歸結(jié)為一個(gè)非線性優(yōu)化問(wèn)題,采用傳統(tǒng)的非線性優(yōu)化方法很容易使目標(biāo)函數(shù)處于局部極小域,很難取得較好的效果,而利用遺傳算法具有自組織、自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)等智能特性,可以得到滿意解,且收斂速度較快。

4.1.4聲波透射法

目前，國(guó)內(nèi)主要把重點(diǎn)放在超聲波在混凝土中傳播時(shí)控制接收信號(hào)的漂移和控制波形發(fā)生畸變。因此，好多科研單位都組織成立了一批優(yōu)秀的科技隊(duì)伍從理論上著手，再體現(xiàn)在儀器設(shè)備上的創(chuàng)新。

4.1.5鉆孔取芯法

目前增加了鉆機(jī)設(shè)備的技術(shù)含量，從單一的效率低的向效率高多功能的鉆機(jī)發(fā)展。

4.2多種檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合當(dāng)采用一種方法對(duì)樁身質(zhì)量（完整性）做出正確判定時(shí)，可同時(shí)選用兩種或多種方法進(jìn)行檢測(cè)，使各種方法能夠相互補(bǔ)充、驗(yàn)證，提高檢測(cè)結(jié)果的可靠性，如對(duì)大直徑灌注樁的完整性檢測(cè)，可采取低應(yīng)變法和鉆孔取芯法聯(lián)合的模式；對(duì)多節(jié)預(yù)制樁，接頭質(zhì)量差是常見(jiàn)的缺陷，此時(shí)可采用高應(yīng)變和低應(yīng)變相結(jié)合的方式進(jìn)行檢測(cè)；對(duì)低應(yīng)變法測(cè)試的盲區(qū)（淺部嚴(yán)重缺陷），可采取開(kāi)挖驗(yàn)證等等?？傊?，對(duì)設(shè)計(jì)等級(jí)高、地質(zhì)條件復(fù)雜、施工質(zhì)量變異性大的樁基，或低應(yīng)變判斷完整性可能有技術(shù)問(wèn)題時(shí)，提倡采用直接法進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)際上，由于各種檢測(cè)方法在可靠性或經(jīng)濟(jì)性方面存在不同程度的局限性，多種方法配合時(shí)又具有一定的靈活性，因此應(yīng)根據(jù)檢測(cè)目的，檢測(cè)方法的適用范圍，綜合考慮各種因素如設(shè)計(jì)、地質(zhì)情況、施工因素以及受檢樁的代表性等等，合理選擇檢測(cè)方法和確定抽檢數(shù)量，使各種檢測(cè)方法盡量能互為補(bǔ)充或驗(yàn)證，即在達(dá)到“安全適用、正確評(píng)價(jià)”目的的同時(shí)，也力求做到各種方法優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的目的。

第5章 樁基檢測(cè)的展望

至今樁基動(dòng)測(cè)技術(shù)遠(yuǎn)未成熟，隨著樁基檢測(cè)理論和實(shí)踐的不斷發(fā)展,建立樁土在動(dòng)力作用下的力學(xué)機(jī)理及相關(guān)理論的，同時(shí)發(fā)展先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)和對(duì)測(cè)試信號(hào)的正確解釋?zhuān)瑯痘鶆?dòng)測(cè)技術(shù)在工程中的應(yīng)用將更加廣泛。

深基坑支護(hù)樁的檢測(cè)，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)明確規(guī)定。對(duì)于樁身質(zhì)量可用動(dòng)測(cè)法檢測(cè)，對(duì)于其橫向承載力沒(méi)有可行的檢測(cè)方法。用動(dòng)測(cè)法測(cè)定支護(hù)樁的橫向承載力是值得研究的課題。研制和改進(jìn)孔底沉渣測(cè)定儀，控制和檢測(cè)灌注樁孔壁泥皮厚度的設(shè)備，對(duì)提高施工階段的檢測(cè)水平具有重要意義。

傳統(tǒng)的樁基靜載試驗(yàn)的慢速維持荷載法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，已遠(yuǎn)不能適應(yīng)當(dāng)前樁基檢測(cè)工作的發(fā)展，在快速荷載試驗(yàn)法的技術(shù)上，我們有許多試驗(yàn)單位都作了大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)比工作。從國(guó)外的發(fā)展情況來(lái)看，快速荷載試驗(yàn)法將是一個(gè)試驗(yàn)手段的發(fā)展方向。在這方面，有些地方規(guī)范已明確規(guī)定了快速荷載試驗(yàn)法的試驗(yàn)步驟。作為樁基工程的使用量和檢測(cè)量的大國(guó)，相信隨著測(cè)試?yán)碚摵图夹g(shù)的不斷完善、國(guó)際交流的不斷廣泛開(kāi)展，我國(guó)的樁基靜載試驗(yàn)將越來(lái)越走向成熟并形成自己的特色。

樁承載力自平衡試驗(yàn)方法是大承載力樁基靜載試驗(yàn)的一種發(fā)展方向，但這種技術(shù)方法還剛剛興起，其理論研究還在進(jìn)行當(dāng)中，該試驗(yàn)所得到的各種圖表數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)的試驗(yàn)結(jié)果圖表還有許多需要對(duì)比研究的地方。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝時(shí)，荷載箱的放置位置會(huì)影響到樁側(cè)阻力和樁端阻力的發(fā)揮，國(guó)外荷載箱一般放在樁端，這是因?yàn)閲?guó)外試樁樁端一般都位于堅(jiān)硬的持力層中，而我國(guó)各地的情況就有所不同，所以在設(shè)備安裝前要事先進(jìn)行計(jì)算，將荷載箱安裝在合適的部位。該方法測(cè)出的上段樁的摩阻力方向是向下的，與常規(guī)方法測(cè)出的摩阻力方向相反，這方面還需要做進(jìn)一步的理論研究與現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)。

采用樁底加載法進(jìn)行試樁，可縮短工期，節(jié)省大量人力、物力。試驗(yàn)可采用快速法，也可采用慢速維持荷載法。特別適合在水上試樁、坡地試樁、基坑底試樁、狹窄場(chǎng)地試樁。在打入情況，也可利用一根樁打至不同深度，逐一進(jìn)行試驗(yàn)，從而選擇樁的最佳長(zhǎng)度。目前較多是用于測(cè)定嵌巖樁的嵌固力，這是傳統(tǒng)方法難以做到的。樁底加載法如能及早采用，實(shí)為我國(guó)建筑業(yè)中的一項(xiàng)飛躍。中國(guó)地域遼闊，工程地質(zhì)復(fù)雜。中國(guó)土木工程建設(shè)的規(guī)模、持續(xù)發(fā)展的時(shí)間、工程建設(shè)中遇到的巖土工程技術(shù)問(wèn)題，都是其它國(guó)家不能相比的。這給我國(guó)巖土工程研究躋身世界一流并逐步處于領(lǐng)先地位創(chuàng)造了很好的條件。展望21世紀(jì)巖土工程的發(fā)展，挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存，讓我們的共同努力將中國(guó)巖土工程推向一個(gè)新水平。

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第四篇：一種工作面支護(hù)模擬過(guò)程聲發(fā)射測(cè)試裝置

說(shuō)明書(shū)

一種工作面支護(hù)模擬過(guò)程聲發(fā)射測(cè)試裝置

技術(shù)領(lǐng)域：

本實(shí)用新型涉及一種工作面支護(hù)模擬過(guò)程聲發(fā)射測(cè)試裝置，其適用于礦山、隧道、地下工程中取出的巖石進(jìn)行直剪試驗(yàn)過(guò)程的聲發(fā)射測(cè)試。

背景技術(shù)：

礦山井下冒頂、頂?shù)装逋凰?、沖擊地壓等災(zāi)害事故時(shí)有發(fā)生，給國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成極大危害，這些災(zāi)害事故的發(fā)生均與巖體破裂失穩(wěn)密切相關(guān)。巖石材料在承受荷載時(shí)，其內(nèi)部將產(chǎn)生局部彈塑性能集中現(xiàn)象，當(dāng)能量積聚到某一臨界值之后，引起微裂隙的產(chǎn)生與擴(kuò)展，必然伴隨彈性波或應(yīng)力波在周?chē)鷰r體中的快速釋放和傳播，產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)聲發(fā)射信號(hào)的采集、處理、分析研究，可以推斷其內(nèi)部的形態(tài)變化，反演其破壞機(jī)理，預(yù)測(cè)其破裂失穩(wěn)。彈性波或應(yīng)力波的釋放過(guò)程，相對(duì)于較大尺度的巖體，由于高頻衰減得快，檢測(cè)到信號(hào)的頻率較低但是能量大，通常在20～200Hz，稱(chēng)為微地震；對(duì)于小尺度的巖樣，檢測(cè)到的波的頻率通常大于200Hz并且能量很小，稱(chēng)為聲發(fā)射。雖然巖樣和巖體的尺度及微震信號(hào)能量差別很大，但其原理是相似的。聲發(fā)射現(xiàn)象是巖石剪切破裂失穩(wěn)的前兆信息，研究科學(xué)合理的巖石剪切破裂聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)方法，在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上探討聲發(fā)射信號(hào)與巖石內(nèi)部損傷演化過(guò)程的關(guān)系，得出符合實(shí)際的巖石剪切破裂聲發(fā)射預(yù)測(cè)方法，對(duì)于采用聲發(fā)射（微地震）監(jiān)測(cè)技術(shù)預(yù)防災(zāi)害事故發(fā)生具有重要理論意義。

巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)裝置與聲發(fā)射測(cè)試裝置相結(jié)合，能夠監(jiān)測(cè)巖石剪切破裂過(guò)程中產(chǎn)生的聲發(fā)射信息，進(jìn)而利用聲發(fā)射信息預(yù)測(cè)巖石損傷破裂的演化過(guò)程。

本系統(tǒng)引進(jìn)的試驗(yàn)機(jī)是由目前比較先進(jìn)的巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)儀，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低廉，便于攜帶、易拆卸與安裝、使用的巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)儀。

這種巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)裝置容易進(jìn)行巖石力學(xué)剪切試驗(yàn)，進(jìn)而獲得巖石的力學(xué)和變形參數(shù)，如c、?和剪切強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度，以及變形。其存在以下的不足：

① 現(xiàn)有的巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)儀測(cè)試的數(shù)據(jù)通過(guò)壓力表得出，沒(méi)有分析系統(tǒng)裝置，無(wú)法進(jìn)行高精度的測(cè)試；

② 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)試塊的內(nèi)部破壞不能進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；

③ 對(duì)試件的內(nèi)部破壞區(qū)域分布不能觀測(cè)到，而只能得到破壞的結(jié)果；

④ 對(duì)于巖石內(nèi)部損傷程度、能量積聚程度與剪切應(yīng)力、抗壓強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系不能反映出來(lái)；

100002

2010.2因此，需要對(duì)上述巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)儀進(jìn)行改進(jìn)。

實(shí)用新型內(nèi)容：

本實(shí)用新型的目的在于解決現(xiàn)有的巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)儀沒(méi)有聲發(fā)射測(cè)試裝置，存在的如下問(wèn)題：測(cè)試的數(shù)據(jù)通過(guò)壓力表得出，沒(méi)有分析系統(tǒng)裝置，無(wú)法進(jìn)行高精度的測(cè)試；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)試塊的內(nèi)部破壞不能進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；對(duì)試件的內(nèi)部破壞區(qū)域分布不能觀測(cè)到，而只能得到破壞的結(jié)果；對(duì)于巖石內(nèi)部損傷程度、能量積聚程度與剪切應(yīng)力、抗壓強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系不能反映出來(lái)。

解決以上技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種巖石力學(xué)直剪過(guò)程聲發(fā)射測(cè)試裝置，它包括底座（2）用于放置下剪切盒（4），其內(nèi)部有一個(gè)圓柱形槽用于放置剪切環(huán)（5），剪切環(huán)內(nèi)部設(shè)置成任意形狀的槽子用于放置不同形狀試件（6），上剪切盒（8）內(nèi)部可以放置傳力鐵塊

（7）；傳感器（9）穿過(guò)上、下剪切盒以及剪切環(huán)四周共打的12個(gè)槽孔與巖石試件接觸，其中下剪切盒與剪切環(huán)的槽孔是對(duì)應(yīng)的，對(duì)應(yīng)需要安裝8個(gè)傳感器，外接到聲發(fā)射的8個(gè)通道，進(jìn)行剪切試驗(yàn)時(shí)，利用上壓頭法向加載，水平壓頭水平加載，試塊將沿著剪切面破壞，8個(gè)傳感器接收信號(hào)通過(guò)8個(gè)通道傳輸給聲發(fā)射測(cè)試裝置，得出的數(shù)據(jù)經(jīng)測(cè)試裝置分析。

本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：上、下剪切盒以及剪切環(huán)四周預(yù)留12個(gè)槽孔，其中下剪切盒與剪切環(huán)的槽孔是對(duì)應(yīng)的，共8個(gè)對(duì)應(yīng)槽孔，將8個(gè)傳感器穿過(guò)這8個(gè)對(duì)應(yīng)槽孔與試件直接相連；為便于安裝傳感器，每個(gè)傳感器最大直徑與槽孔的直徑相同，傳感器與試塊相連部分涂抹粘合劑。使用這樣一種巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)過(guò)程聲發(fā)射測(cè)試裝置，用聲發(fā)射測(cè)試裝置代替原試驗(yàn)儀的壓力表進(jìn)行測(cè)試，從而能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試件微觀結(jié)構(gòu)上的多種參數(shù)之間隨時(shí)間變化的關(guān)系。

附圖說(shuō)明：

圖1是現(xiàn)有的試驗(yàn)儀受壓部件圖；

圖2是本實(shí)用新型的布置示意圖；

圖3 是下剪切盒立體圖；

圖4是下剪切盒俯視圖；

圖5是上剪切盒立體圖；

圖6是上剪切盒俯視圖。

圖中：1—上壓頭；2-底座；3-水平壓頭；4-下剪切盒；5—剪切環(huán)；6—試件；7—傳力

鐵塊；8—上剪切盒；9—傳感器。

具體實(shí)施方式：

為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下：如果要做某一種不同含水狀態(tài)下砂巖剪切過(guò)程中聲發(fā)射特性試驗(yàn)研究，首先選取一組砂巖試樣，采用濕式加工法將所采集的砂巖試樣加工成長(zhǎng)、寬、高均為40mm的正方體試件，試件加工成形后，再使用Cw600,Cw800,Cw1200和Cw2000四級(jí)砂紙對(duì)試件表面進(jìn)行分級(jí)打磨，使其各端面平整度誤差控制在0.02mm以內(nèi)。試驗(yàn)考慮了飽和度分別為0%、50%和100%三種不同含水狀態(tài)。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)規(guī)范要求，三種典型含水狀態(tài)下試件的具體處理方法如下：（a）飽和度為0%：將試件置于105℃的烘箱內(nèi)烘干48h;(b)飽和度50%：以飽和含水率為標(biāo)準(zhǔn)，將試件烘干后置于純水中浸泡1h；（c）飽和度為100%：將試件烘干后置于水中煮沸6h。

采用一種巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)過(guò)程聲發(fā)射測(cè)試裝置開(kāi)展剪切試驗(yàn)。一種巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)過(guò)程聲發(fā)射測(cè)試裝置，它包括底座（2）用于放置下剪切盒（4），下剪切盒內(nèi)部有一個(gè)圓柱形槽用于放置剪切環(huán)（5），剪切環(huán)內(nèi)部可以設(shè)置成任意形狀的槽子用于放置不同形狀試件（6），上剪切盒（8）內(nèi)部放置傳力鐵塊（7）；傳感器（9）穿過(guò)上、下剪切盒以及剪切環(huán)四周共打的12個(gè)槽孔與巖石試件接觸，其中下剪切盒與剪切環(huán)的槽孔是對(duì)應(yīng)的，對(duì)應(yīng)需要安裝8個(gè)傳感器，外接到聲發(fā)射測(cè)試裝置的8個(gè)通道，其安裝的具體形式如說(shuō)明書(shū)的附圖所示，在每個(gè)傳感器頭部涂抹粘合劑使傳感器與試塊緊密相連接；進(jìn)行加載剪切試驗(yàn)時(shí)，利用上壓頭（1）給予法向加載；水平壓頭（3）負(fù)責(zé)提供水平力加載，8個(gè)傳感器接收信號(hào)通過(guò)8個(gè)通道傳輸給聲發(fā)射分析儀，得出的數(shù)據(jù)經(jīng)聲發(fā)射測(cè)試裝置分析，建立關(guān)于撞擊數(shù)與剪切力隨時(shí)間變化的相關(guān)圖，撞擊數(shù)與時(shí)間相關(guān)圖，剪切力與時(shí)間的相關(guān)圖。從而得出不同飽和度的試件損傷多少與剪切應(yīng)力值大小隨時(shí)間變化的關(guān)系，損傷多少隨時(shí)間變化的關(guān)系，剪切應(yīng)力大小隨時(shí)間變化的關(guān)系。試驗(yàn)中，設(shè)定聲發(fā)射測(cè)試裝置的主放為40dB，門(mén)檻值為40dB，探頭諧振頻率為20～400KHz，采樣頻率為106次/s，這樣得出的波形圖更加完整。

第五篇：聲發(fā)射的ELID超精密磨削光學(xué)玻璃技術(shù)研究

聲發(fā)射的ELID超精密磨削光學(xué)玻璃

技術(shù)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磨削是用聲發(fā)射進(jìn)行研究的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在磨削過(guò)程砂輪和工件之間的接觸面積是對(duì)精細(xì)粒度的樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪的承載能力至關(guān)重要。ELID可用于當(dāng)砂輪和工件接觸面積大時(shí)材料去除的高效性。ELID砂輪的敷料強(qiáng)度之間的與檢測(cè)到的AE信號(hào)之間的相關(guān)性進(jìn)行了觀察。更細(xì)的粒度砂輪磨削的進(jìn)取ELID修整參數(shù)對(duì)應(yīng)于一個(gè)較低的AE水平。當(dāng)ELID砂輪的處理時(shí)間增加時(shí)，低而穩(wěn)定的AE振幅由于砂輪磨削的惡化變得大而波動(dòng)。結(jié)果表明，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)有潛力被采納為超精密磨削過(guò)程監(jiān)測(cè)，確定砂輪的條件和調(diào)查ELID磨削機(jī)制的有效方法。Q 2005 Elsevier公司保留所有產(chǎn)權(quán)。關(guān)鍵詞：ELID磨削玻璃；聲發(fā)射； 1.引言

在精密磨削，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的表面最實(shí)用的方法是使用一個(gè)細(xì)磨粒尺寸砂輪。然而，隨著粒度的減小，用于存儲(chǔ)碎屑的空間變小，承載容易沖突[ 1 ]。當(dāng)碎屑填充在砂輪表面的活性顆粒的孔隙間時(shí)砂輪受到負(fù)載。當(dāng)去除率超過(guò)碎屑存儲(chǔ)可用率，碎屑會(huì)積聚在碎屑存儲(chǔ)空間[ 2 ]。磨屑粘附在砂輪表面減少了磨粒出刃的層次和存儲(chǔ)新的碎屑的空間由此產(chǎn)生了砂輪和工件之間沉悶的摩擦行為。因此，表面光潔度差，嚴(yán)重?fù)p傷都將在加載條件下出現(xiàn)。車(chē)輪負(fù)載可以限制加工效率甚至使磨削變得不可能。樹(shù)脂和金屬結(jié)合劑砂輪是精密磨削常用的。他們有相對(duì)較少的空隙當(dāng)敷料、整形后，修整表面太光滑、致密，活動(dòng)構(gòu)件間不足的空間來(lái)容納芯片[ 2 ]。當(dāng)鈍的磨粒和樹(shù)脂粘結(jié)材料被磨損是精細(xì)粒度的樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪光學(xué)玻璃的精密磨削可能發(fā)生自我修正過(guò)程。使用樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪的自我修整效果仍需被研究。在線電解修整（ELID）技術(shù)被用來(lái)減輕精細(xì)粒度的金屬結(jié)合劑砂輪的負(fù)載。ELID電化學(xué)技術(shù)是通過(guò)原位電解來(lái)持續(xù)修整金屬結(jié)合劑砂輪[ 3–7 ]。電解化學(xué)修飾了磨削砂輪的表面，在磨削過(guò)程中磨削砂輪的層數(shù)也被改善以此來(lái)提供必要的磨粒出刃和芯片存儲(chǔ)空間。在精密磨削中，保持最佳的砂輪面貌是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的質(zhì)地表面必不可少的。實(shí)時(shí)過(guò)程監(jiān)控或檢測(cè)方法來(lái)確保所需的砂輪狀態(tài)和部分質(zhì)量[ 8 ]。無(wú)損評(píng)價(jià)（NDE）傳感器的應(yīng)用可以在實(shí)時(shí)監(jiān)控磨削過(guò)程中發(fā)揮重要的作用。在超精密加工光學(xué)玻璃，材料以非常低的材料去除率從工件去除，未切割的切屑厚度通常是在納米水平以使表面/亞表面損傷打到最低。小的切削深度下功耗，振動(dòng)和力信號(hào)具有很低的靈敏度和信噪比（ANR），這是因?yàn)樵谇邢鬟^(guò)程中的低層次的力。一些在傳統(tǒng)的加工操作常用的傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)切削過(guò)程精度是很困難的。然而，聲發(fā)射（AE）信號(hào)已被證明是足夠敏感的來(lái)監(jiān)測(cè)精密磨削，并更適合用于監(jiān)測(cè)非?？斓氖录缌Φ臏y(cè)量[9–11 ]。由于聲發(fā)射波的傳播頻率從100千赫到1兆赫，遠(yuǎn)高于多數(shù)結(jié)構(gòu)固有頻率，機(jī)械振動(dòng)不會(huì)影響的AE信號(hào)[ 10 ]。因此聲發(fā)射作為理想方法來(lái)表征材料去除活性，提供工具條件和零件質(zhì)量信息。聲發(fā)射波可以由一個(gè)聲發(fā)射傳感器（壓電換能器）檢測(cè)，它安裝在靠近地表的位置。聲發(fā)射源包括彈性碰撞，摩擦，壓痕裂紋，鍵的斷裂，切屑斷裂，斷口，和車(chē)輪/工件界面除砂[8,9]。先前的研究已經(jīng)表明，磨損顆粒，砂輪負(fù)荷，沉重的摩擦，和硬的粘結(jié)材料可能會(huì)導(dǎo)致較大的聲發(fā)射能量[ 11–13 ]。車(chē)輪荷載，耕，和滑動(dòng)是聲發(fā)射能量的主要來(lái)源。耕的特征為無(wú)材料去除工件的塑性變形，由于這種變形而消耗能量?；瑒?dòng)由于磨粒和工件之間的滑動(dòng)摩擦而消耗能量。擴(kuò)展的磨削操作過(guò)程中砂輪負(fù)載的影響降低了磨粒切削作用的效率，由于砂工作的互動(dòng)組件產(chǎn)生打的耕和滑動(dòng)（摩擦）部件。這預(yù)計(jì)將增加過(guò)程中聲發(fā)射能量。已經(jīng)做出許多努力來(lái)發(fā)展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)利用聲發(fā)射信號(hào)中提取的特征。工業(yè)應(yīng)用一個(gè)比較可靠的方法均方根（RMS），來(lái)評(píng)價(jià)聲發(fā)射信號(hào)。均方根評(píng)價(jià)AE信號(hào)被定義為：

其中v（t）是AE原始信號(hào)，T是整合期。

在過(guò)去的二十年里中ELID技術(shù)已深入研究。對(duì)ELID的原理，據(jù)作者所知，據(jù)大森的描述以前的文獻(xiàn)中沒(méi)有先進(jìn)的明顯。為了了解和提高ELID技術(shù)，金屬基體修整砂輪的的電化學(xué)行為應(yīng)進(jìn)行徹底調(diào)查。為了研磨過(guò)程的監(jiān)測(cè)，力在以前的研究通常被用于評(píng)估磨削工藝和探討ELID機(jī)制。據(jù)報(bào)道，ELID可以磨削開(kāi)始階段提供降低和幾乎恒定的磨削力。Lim研究了ELID參數(shù)的影響，表明磨削力隨著修整電流的占空比的增加而下降。Fathima指出，對(duì)于粗粒度的砂輪修，低占空比修整是可取的，而較高的易磨性和更高的占空比被推薦用于精細(xì)粒度的砂輪以達(dá)到高質(zhì)量的表面。在這項(xiàng)研究中，聲發(fā)射法被用于評(píng)估ELID為減輕砂輪輪負(fù)載的有效性和確定砂輪的條件。結(jié)論建立采用剛性機(jī)床tetraform C，磨削BK7玻璃和微晶玻璃測(cè)試的基礎(chǔ)上。本研究的目的是評(píng)估鑄鐵結(jié)合劑砂輪ELID磨削的性能并將之與不經(jīng)ELID的樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪磨削想比較。聲發(fā)射的等級(jí)對(duì)應(yīng)于不同的電修整參數(shù)是基于聲發(fā)射的測(cè)量研究。這項(xiàng)研究還調(diào)查了ELID機(jī)制，提供了最佳的磨削條件如何實(shí)現(xiàn)的預(yù)測(cè)。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)置

ELID和沒(méi)有ELID的磨削試驗(yàn)是在精密平面磨床tetraform C上進(jìn)行[ 6 ]。使用了2到7mm的粒度尺寸，124毫米直徑和4毫米表面寬度的鑄鐵結(jié)合劑（CIB）和樹(shù)脂結(jié)合劑金剛石砂輪。工件的材料是微晶玻璃和BK7玻璃，或者長(zhǎng)方形（16×10毫米）或圓形（直徑50毫米）。ELID系統(tǒng)采用不銹鋼作為陰極，用220毫米的敷料覆蓋缺口1 / 6的輪面。一種水基磨削液CEM，富士模具，日本，作為冷卻液和電解質(zhì)。ELID應(yīng)用的電源是一個(gè)ed-921（富士模具，日本）。AE信號(hào)采集系統(tǒng)的流程圖如圖1所示。使用壓電傳感器的傳感器采集聲發(fā)射信號(hào)。傳感器1，圖1所示，是一個(gè)寬帶100–1000千赫的物理聲學(xué)有限公司的模型。該傳感器使用凡士林連接到工件表面。聲發(fā)射信號(hào)經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)前置放大器放大到可用的電壓水平并轉(zhuǎn)移到aedsp-32 / 16卡，它有16位分辨率的數(shù)據(jù)記錄。前置放大器（1220A）提供了100的收益（40分貝）和使用100–1200 kHz帶寬的帶寬濾波器來(lái)消除機(jī)械和聲學(xué)背景噪聲，優(yōu)先在低頻率。每秒2百萬(wàn)的采樣率頻率進(jìn)行信號(hào)采集。聲發(fā)射設(shè)施被用來(lái)短時(shí)間內(nèi)獲得AE原始信號(hào)和快速傅立葉變換（FFT）分析。另一個(gè)聲發(fā)射系統(tǒng)，AE4000-1，沃爾特凱利公司，與“S”型傳感器——圖1-2的傳感器，用于收集的被糾正的AE信號(hào)來(lái)監(jiān)測(cè)在一個(gè)完整的磨削循環(huán)聲發(fā)射的變化。

3.結(jié)果與討論

3.1.樹(shù)脂結(jié)合劑和鑄鐵結(jié)合劑（ELID）砂輪的聲發(fā)射

如圖2所示杯形砂輪的研磨材料去除區(qū)分主要和次要。一般來(lái)說(shuō)，主要的材料去除區(qū)可以考慮進(jìn)行大多數(shù)材料去除，而二級(jí)材料去除工藝去除地面材料一個(gè)很小的比例，可以考慮作為一個(gè)加工區(qū)。超精密磨削，如切削深度相對(duì)于砂輪的邊緣的半徑非常小時(shí)，主去除區(qū)域和次區(qū)域以及他們之間的邊界都很難區(qū)分（圖2）。因此，本文并不試圖區(qū)分聲發(fā)射來(lái)自不同的材料去除區(qū)的貢獻(xiàn)。對(duì)樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪磨削產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)（無(wú)ELID）和CIB輪（ELID）進(jìn)行了研究。初步試驗(yàn)是用BK7玻璃樣品使用7毫米粒度砂輪在39米/秒的輪速，6毫米/分鐘進(jìn)給速度，5毫米深度進(jìn)行切割。加工過(guò)程中砂輪和工件之間的接觸面積是40平方毫米。圖3為一些通過(guò)AErms磨削的結(jié)果，它表明鑄鐵結(jié)合劑砂輪ELID磨削比樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪產(chǎn)生更高的AErms和表現(xiàn)更大的散射。沒(méi)有摩擦的痕跡或地面嚴(yán)重?fù)p壞表面。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)是用表面直徑50毫米的BK7玻璃樣品以39米/秒輪的轉(zhuǎn)速，2 mm切削深度，和3毫米/分鐘進(jìn)給率進(jìn)行切割。在磨削過(guò)程中砂輪和工件之間接觸面積的變化范圍在0–200平方毫米。圖4顯示了樹(shù)脂結(jié)合劑和金屬結(jié)合劑砂輪表面和工件接觸面積變化相對(duì)應(yīng)的聲發(fā)射信號(hào)。每個(gè)砂輪總的材料去除量低于75毫米。在圖4中，當(dāng)砂輪和工件的接觸面積小于150平方毫米時(shí)，樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪的聲發(fā)射水平普遍低于金屬結(jié)合劑砂輪。然而，樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪的砂輪和工件接觸面積擴(kuò)大時(shí)AE水平增加一個(gè)相當(dāng)大的速率。圖4表明，聲發(fā)射信號(hào)的振幅達(dá)到在B點(diǎn)峰值，比達(dá)到最高的輪/工件接觸面積200平方毫米更早。顯然，輪/工件接觸區(qū)在很大程度上影響了樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪磨削的AE振幅。對(duì)聲發(fā)射信號(hào)的峰值的位置被認(rèn)為與表面質(zhì)量差相關(guān)聯(lián)。在圖4中的ELID輪產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)具有較低的AE水平相對(duì)于相同的磨削參數(shù)下的樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪。輪/工件接觸區(qū)并沒(méi)有對(duì)ELID磨削的AE水平表現(xiàn)出的一個(gè)顯著的影響。

圖5顯示了在當(dāng)砂輪與工件接觸面積為180平方毫米時(shí)樹(shù)脂結(jié)合劑和技術(shù)結(jié)合劑砂輪磨削時(shí)聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)間域和頻率域。采用樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)比金屬結(jié)合劑砂輪產(chǎn)生的信號(hào)更大的振幅。樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪產(chǎn)生的鋸齒狀的AE信號(hào)可能是由于鈍砂輪與工件之間摩擦或滑動(dòng)作用。對(duì)于樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪磨削在頻率成分的振幅的增加與ELID磨削在圖（a）和（b）中做了一個(gè)整體比較。由兩個(gè)砂輪產(chǎn)生的頻率分量之間明顯的差異可以在圖5中觀察到的。圖6顯示了兩個(gè)車(chē)輪產(chǎn)生的表面。在ELID磨削和樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪磨削中，樣品都經(jīng)過(guò)了十次磨削過(guò)程，為了觀察長(zhǎng)時(shí)間的進(jìn)程中砂輪狀態(tài)的穩(wěn)定性在，并增加輪和工件的接觸面積。

圖7顯示了樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪的SEM照片。該照片是在兩個(gè)不同的地方，一個(gè)遠(yuǎn)離和一個(gè)在砂輪的前緣的附近，它磨削時(shí)經(jīng)歷了最積極的條件。從這兩幅圖畫(huà)的比較，很明顯，該輪已在基體材料中裂紋擴(kuò)展過(guò)程中損壞。前緣附近的光學(xué)顯微鏡在圖8（a）表明，活動(dòng)的金剛石磨粒的數(shù)量相比于圖8（b）所示的卸載砂輪表面顯著下降。影響輪式裝載期間延長(zhǎng)磨削操作降低了磨粒切削產(chǎn)生大的春耕行動(dòng)和滑動(dòng)的效率（摩擦）的磨粒工件的相互作用組件。隨著砂輪的磨損，由于能源消耗翻耕和滑動(dòng)部件負(fù)載的能源消耗增加，從而聲發(fā)射也增加。研究結(jié)果表明，砂輪/工件接觸面積是影響輪樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪加載的一個(gè)關(guān)鍵因素。嚴(yán)重的輪裝載是為精細(xì)粒度的樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪所發(fā)展的，當(dāng)輪/工件接觸面積增加時(shí)。從中可以得出結(jié)論，當(dāng)砂輪與工件之間的接觸面積大時(shí)，一個(gè)經(jīng)過(guò)ELID磨削的精細(xì)粒度的CIB的杯形砂輪比樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪能更好的克服車(chē)輪荷載。在這樣的條件下，ELID方法有望成為更適合高效精密磨削的材料去除。

3.2.利用聲發(fā)射檢測(cè)車(chē)輪狀態(tài)

ELID砂輪在修整后能迅速進(jìn)入一個(gè)穩(wěn)定的切削過(guò)程。然而，隨著材料去除或處理時(shí)間的增加，ELID輪可能不良的砂輪地貌最終無(wú)法進(jìn)行適當(dāng)?shù)那懈?。由于砂輪具有粗糙的表面和許多不導(dǎo)電磨料顆粒嵌入，電解質(zhì)的散亂和金屬表面之間會(huì)產(chǎn)生不均勻的電流分布，如圖9所示（a）。在金屬結(jié)合劑中電解質(zhì)的流動(dòng)和分布是由圖中的等高線表示?？梢钥闯?，磨料顆粒和腔干擾了電流的流動(dòng)。他們使其周邊周?chē)碾娏髅芏鹊木植吭黾?。該區(qū)暴露了碎屑去除表面氧化物的摩擦產(chǎn)生的金屬鍵，如圖9（b），也是修整電流的密集區(qū)域。這表明，金屬基體的砂輪表面不均勻的電化學(xué)反應(yīng)將由不均勻的電流分布產(chǎn)生而導(dǎo)致在金屬表面的電解作用產(chǎn)生不同。圖10顯示了在一系列的磨削循環(huán)中BK7玻璃聲發(fā)射信號(hào)的變化。當(dāng)砂輪的材料去除量低于75立方毫米，聲發(fā)射信號(hào)是穩(wěn)定的，表現(xiàn)出相對(duì)小的值。在材料去除量的增加，聲發(fā)射幅值增加并變得不穩(wěn)定。CIB砂輪表面的光學(xué)顯微照片如圖11（a）所示，當(dāng)去除材料后有裂縫的存在，砂輪表面有大的空隙和嚴(yán)重銹蝕的地區(qū)。長(zhǎng)的裂縫可能來(lái)自短裂紋或缺陷，并被工件在車(chē)輪工作接口處的周期力下擴(kuò)大。電解腐蝕電化學(xué)行為可以集中在這些位置促進(jìn)裂化過(guò)程。探討輪表面裂紋的形態(tài)，聚焦離子束（FIB）技術(shù)被用于監(jiān)測(cè)砂輪表面的地下橫段銑。圖11（b）顯示了離子束加工產(chǎn)生的溝槽，在縱向和橫向裂紋的砂輪表面下觀察。橫向裂紋擴(kuò)展與垂直裂縫連接。隨著裂縫數(shù)量和嚴(yán)重程度的增加，破壞和粘結(jié)材料的去除是可能發(fā)生的，會(huì)導(dǎo)致砂輪面貌變壞，最后砂輪報(bào)廢。圖10中大振幅的AE信號(hào)隨機(jī)分布可能對(duì)應(yīng)于粘結(jié)材料的斷裂。在磨削循環(huán)中逐漸增加的AE水平可能表明了砂輪的惡化。

3.3.ELID參數(shù)

電解對(duì)ELID輪表面的氧化物層的形成起著至關(guān)重要的作用。法拉第定律已被用于開(kāi)展粘結(jié)材料的理論體積轉(zhuǎn)化的表達(dá)，就是：

其中M是反應(yīng)離子的原子量；I是電流；T是反應(yīng)時(shí)間；Z是反應(yīng)離子的價(jià)態(tài)；F法拉第常數(shù)；

是金屬粘結(jié)的密度。

根據(jù)式（2），車(chē)輪表面的電解活性是受施加在砂輪和陰極電極之間電解電流的影響。有兩個(gè)參數(shù)可用來(lái)確定應(yīng)用于ELID的電源的修整電解的用量，是占空比和峰值電壓。占空比定義為用于ELID方波時(shí)間的百分比。峰值電壓是從ELID電源波形輸出的振幅。從理論上講，這兩個(gè)參數(shù)可以影響砂輪表面腐蝕層產(chǎn)生的速度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ELID強(qiáng)度更可能影響地面的質(zhì)量，當(dāng)研磨很細(xì)的磨料粒度的金剛石砂輪是。圖12顯示了光學(xué)顯微鏡下使用不同組合的占空比和峰值電壓的ELID的2毫米粒度的CIB杯金剛石砂輪所產(chǎn)生的BK7質(zhì)地表面。圖12中的照片（a）顯示了在10%的占空比和60 V峰值電壓下一些質(zhì)地上的嚴(yán)重摩擦損傷。摩擦損傷被認(rèn)為是由一些在砂輪表面產(chǎn)生的鈍的區(qū)域。在圖12（a）中一個(gè)較大的放大倍率的光學(xué)顯微鏡表明了裂紋運(yùn)行正常的滑動(dòng)方向。隨著占空比從10%增加到70%，摩擦作用在一定程度上緩解如圖12（b），其中在摩擦損傷無(wú)裂紋。當(dāng)應(yīng)用70%占空比和90 V電壓時(shí)，在表面的摩擦標(biāo)記減少，如圖12（c）。這些試驗(yàn)表明，高占空比和/或峰值電壓可以為這些磨削條件提供足夠的砂輪修整。圖12（a）中地表的裂縫可通過(guò)砂輪和工件之間的摩擦產(chǎn)生的熱效應(yīng)產(chǎn)生。因?yàn)锽K7具有的導(dǎo)熱性差，當(dāng)精細(xì)粒度的砂輪修整不夠時(shí)熱裂紋發(fā)生。

修整參數(shù)對(duì)聲發(fā)射的影響進(jìn)行了研究。試驗(yàn)通過(guò)16×10毫米的微晶玻璃樣品和使用39米/秒的輪速，5毫米切割深度，6毫米/分鐘進(jìn)給速度的7毫米粒度砂輪進(jìn)行。在測(cè)試系列之前先進(jìn)行砂輪的整形和預(yù)修整。AE記在每個(gè)樣品的表面被磨平幾次之后開(kāi)始。圖13顯示了利用10% / 60 V和70% / 90 V ELID參數(shù)的聲發(fā)射原始信號(hào)和功率譜圖。當(dāng)使用更積極的ELID參數(shù)時(shí)，原始信號(hào)在時(shí)間域的AE幅值有所減少。AE振幅在頻率域的頻率成分也減少，當(dāng)修整參數(shù)變得更積極時(shí)，如圖13(a)和(b)所示。頻率成分的下降率是比較大，在240和300千赫頻率。圖14和圖15分別顯示了占空比和峰值電壓對(duì)AERMS的影響。結(jié)果表明，聲發(fā)射能量的增加時(shí)占空比和峰值電壓減少。占空比參數(shù)對(duì)聲發(fā)射的能量的影響比峰值電壓更為顯著。ELID磨削涉及砂輪表面氧化層的去除和再生[ 3–5 ]。當(dāng)在電解環(huán)境中應(yīng)用大劑量的電時(shí)，砂輪表面氧化膜的形成是快速。在磨削過(guò)程中氧化物層的去除可以在車(chē)輪表面產(chǎn)生新的磨粒凸出和更多的碎屑存儲(chǔ)空間，減少車(chē)輪荷載和顫振。平緩的修整參數(shù)可以導(dǎo)致不充足的修整，導(dǎo)致大的暗區(qū)，使砂輪和工件之間的切割效果較差。低效率的磨削和焊接金屬和工件之間大的接觸面積造成大的AE水平。

4.結(jié)論

聲發(fā)射檢測(cè)可用于識(shí)別砂輪裝載和評(píng)估一個(gè)砂輪的磨削狀態(tài)。本次調(diào)查表明，聲發(fā)射能量隨這砂輪荷載的發(fā)生而增加。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置有長(zhǎng)接觸弧時(shí)精細(xì)粒度的杯形砂輪的ELID磨削不太可能遇到的輪裝載，相比于樹(shù)脂砂輪。因此，ELID磨削是高效精密磨削推薦使用的，組件都是比較大的。樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪的AE振幅顯著增加對(duì)應(yīng)了砂輪便面的劇烈摩擦。這表明，磨粒加工弧長(zhǎng)時(shí)樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪無(wú)法進(jìn)行有效的自我修整。然而，當(dāng)輪和工件的接觸面積小的時(shí)樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪容易產(chǎn)生較低的AE振幅。更溫和的修整參數(shù)的ELID磨削可以為7毫米的細(xì)磨輪產(chǎn)生高的聲發(fā)射能量。更細(xì)的粒度砂輪建議密集的修整過(guò)程和更具侵略性的修整參數(shù)來(lái)減小車(chē)輪負(fù)載和提高切削效率。修整參數(shù)的應(yīng)用應(yīng)考慮輪配置，磨削工藝參數(shù)和工件材料的性能，因此，依賴于一套復(fù)雜的多變量之間的相互作用。聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)有潛力被采用來(lái)監(jiān)測(cè)復(fù)雜的ELID磨削過(guò)程并確保保持最佳的磨削條件的有效方法。

致謝

這項(xiàng)工作是由EC project—NanoGrind(GRD1-2001-40538)部分贊助。