聲發(fā)射技術(shù)在裂紋監測中的應用

聲發(fā)射技術(shù)在裂紋監測中的應用

聲發(fā)射技術(shù)作為一種動(dòng)態(tài)檢測技術(shù)，可監測到材料內部缺陷在應力作用下的活動(dòng)情況，能夠提供缺陷隨載荷、時(shí)間、溫度等外變參量而變化的實(shí)時(shí)或連續信息，適用于工業(yè)過(guò)程在線(xiàn)監控或臨近破壞預報；它還適于其他方法難以或不能接近環(huán)境下的監測，如高低溫、核輻射、易燃、易爆及極毒環(huán)境。聲發(fā)射檢測的原理是聲發(fā)射源彈性波經(jīng)傳播達到材料表面，引起可以用聲發(fā)射傳感器探測的表面位移，傳感器將材料的機械振動(dòng)轉換為電信號，經(jīng)放大、處理和記錄，其波形或特性參數被顯示記錄。經(jīng)數據分析與識別，評定產(chǎn)生聲發(fā)射的機制。

在靜疲勞實(shí)驗，將熱壓SiC試樣的聲發(fā)射計數率的對數與時(shí)間的對數有很好的線(xiàn)性關(guān)系。隨著(zhù)受力時(shí)間的增加，所檢測到試樣的聲發(fā)射計數率均呈指數下降。當靜載荷進(jìn)一步增大，在所觀(guān)察到的時(shí)間內試樣出現了斷裂現象。當靜載荷強度sn=98.0 MPa時(shí)(見(jiàn)圖1)，試樣在斷裂前30 s的聲發(fā)射信號就已出現征兆，即出現亞臨界裂紋生長(cháng)的聲發(fā)射信號之后30 s才發(fā)生斷裂。當σn愈大，出現微裂紋生長(cháng)的聲發(fā)射信號與發(fā)生斷裂的時(shí)間愈短。因此可根據試樣聲發(fā)射信號的變化規律預測陶瓷材料內部裂紋的動(dòng)態(tài)變化。

用聲發(fā)射技術(shù)能監測剛玉-莫來(lái)石質(zhì)陶瓷材料在熱應力下裂紋的產(chǎn)生、擴展過(guò)程。陶瓷材料在熱應力下微裂紋的形成、生長(cháng)主要發(fā)生在冷卻過(guò)程中，其中在冷卻過(guò)程的聲發(fā)射計數率的峰值約為加熱過(guò)程的400倍。當加熱的最高溫度Tmax愈高，則在冷卻過(guò)程中裂紋擴展的程度愈劇烈，這表現在聲發(fā)射信號幅度隨陶瓷材料裂紋的擴展而增大。

用聲發(fā)射技術(shù)監測在MgCl腐蝕介質(zhì)作用下滲氫鋁鎂不銹鋼的CT拉伸試件的應力腐蝕過(guò)程中，根據聲發(fā)射參量變化的一般規律，能區別材破壞發(fā)展的3個(gè)階段(見(jiàn)圖2)。第一階段(A-B)是氫擴散通過(guò)金屬表面的氧化膜；其聲發(fā)射能量急劇增長(cháng)，并伴生連續型的和部分分離的聲發(fā)射信號；第二階段(B-C)，金屬中的內應力發(fā)生變化，聲發(fā)射信號產(chǎn)生速度下降，腐蝕信號比第1階段要均勻些；第三階段(C-D)為完全斷裂破壞過(guò)程。