聲發(fā)射技術在裂紋監(jiān)測中的應用

聲發(fā)射技術作為一種動態(tài)檢測技術，可監(jiān)測到材料內部缺陷在應力作用下的活動情況，能夠提供缺陷隨載荷、時間、溫度等外變參量而變化的實時或連續(xù)信息，適用于工業(yè)過程在線監(jiān)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(jiān)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轉換為電信號，經(jīng)放大、處理和記錄，其波形或特性參數(shù)被顯示記錄。經(jīng)數(shù)據(jù)分析與識別，評定產(chǎn)生聲發(fā)射的機制。

在靜疲勞實驗，將熱壓SiC試樣的聲發(fā)射計數(shù)率的對數(shù)與時間的對數(shù)有很好的線性關系。隨著受力時間的增加，所檢測到試樣的聲發(fā)射計數(shù)率均呈指數(shù)下降。當靜載荷進一步增大，在所觀察到的時間內試樣出現(xiàn)了斷裂現(xiàn)象。當靜載荷強度sn=98.0 MPa時(見圖1)，試樣在斷裂前30 s的聲發(fā)射信號就已出現(xiàn)征兆，即出現(xiàn)亞臨界裂紋生長的聲發(fā)射信號之后30 s才發(fā)生斷裂。當σn愈大，出現(xiàn)微裂紋生長的聲發(fā)射信號與發(fā)生斷裂的時間愈短。因此可根據(jù)試樣聲發(fā)射信號的變化規(guī)律預測陶瓷材料內部裂紋的動態(tài)變化。

用聲發(fā)射技術能監(jiān)測剛玉-莫來石質陶瓷材料在熱應力下裂紋的產(chǎn)生、擴展過程。陶瓷材料在熱應力下微裂紋的形成、生長主要發(fā)生在冷卻過程中，其中在冷卻過程的聲發(fā)射計數(shù)率的峰值約為加熱過程的400倍。當加熱的最高溫度Tmax愈高，則在冷卻過程中裂紋擴展的程度愈劇烈，這表現(xiàn)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)射技術監(jiān)測在MgCl腐蝕介質作用下滲氫鋁鎂不銹鋼的CT拉伸試件的應力腐蝕過程中，根據(jù)聲發(fā)射參量變化的一般規(guī)律，能區(qū)別材破壞發(fā)展的3個階段(見圖2)。第一階段(A-B)是氫擴散通過金屬表面的氧化膜；其聲發(fā)射能量急劇增長，并伴生連續(xù)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)為完全斷裂破壞過程。