Page 164 - 《应用声学》2023年第1期

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parameter dominated by amplitude and energy and multivariate parameter κ based on support vector machine
(SVM), it is demonstrated that κ value can effectively distinguish the early damage stage of 2.25Cr-1Mo steel
specimens without surfacing layer and with surfacing layer. The κ value range of specimens without surfacing
layer is 1 : 3.1–1 : 3.6, and the κ value range of specimens with surfacing layer is 1 : 2.2–1 : 2.6.
Keywords: 2.25Cr-1Mo steel; Bending process; Acoustic emission technology; Early injury; Multivariate
statistics; Discrimination method
以上研究表明，对于金属材料 AE 信号的特性
0 引言 研究停留在对材料受载过程不同阶段的 AE 信号特
性分析，以及材料发生损伤阶段的 AE 信号参数特
金属材料损伤失效是材料内部结构改变及能
性分析，然而，大多数金属构件从早期微小损伤到宏
量耗散的过程。其中有一部分能量以应力波的形式
观裂纹出现需要经历一段时间的微观组织动态演
释放出来，通过对应力波产生和释放过程的监测，就
化过程，这个过程材料的局部应力周期性地得到释
可以获知材料失效整个过程的损伤行为，进而得到
放，且伴随着 AE 信号的产生，该过程是评价材料发
材料的损伤演化规律。随着计算机技术、传感器技
生损伤的关键阶段。虽然可以有效地获取单个微裂
术、信号采集与处理技术等的发展，已有多种测试
纹扩展的声信号并提取出其波形和特征参数，但因
及分析手段在材料损伤领域得到应用。其中，声发
材料内部声源的不均匀性和复杂性，导致获取的单
射(Acoustic emission, AE)技术 [1] 就是一种近些年
个微裂纹扩展的声信号的差异性较大，以致于很难
发展较快的比较适用于材料损伤检测的技术，具有
以单个信号来准确地判别材料是否发生裂纹扩展。
实时监测、覆盖范围广以及对工作环境不敏感等优
本文将从统计特性的角度对材料早期损伤阶
势 [2−4] 。
段的 AE 信号进行分析，以 2.25Cr-1Mo 钢为研究对
目前，对于金属材料损伤失效的力学特性研究
象，提取出不同试样早期损伤阶段的声学数据，着
甚多，其中有少数学者对金属材料的 AE 特性进行
重分析不同试样早期损伤阶段的特征参数统计特
了研究。张昌稳等 [5] 对不同焊接缺陷 Q345 钢试样
性，计算不同试件在早期损伤阶段声信号的特征参
进行拉伸试验检测获得了不同类型缺陷所对应的
数的比例指标，构建不同试样的典型 AE 信号样本
AE 特性。Ennaceur 等 [6] 利用 AE 技术监测压力容
数据，利用机器学习的方法，确定 2.25Cr-1Mo 钢裂
器用钢的裂纹扩展，获得了不同裂纹扩展阶段的
纹扩展的判别指标范围，为材料裂纹扩展损伤的早
AE参数特征，为利用 AE 监测技术预测压力容器剩
期监测进行了前期探索性研究。
余寿命提供了可能。Su 等 [7] 采用 Q235 钢、H62 黄
铜和 304 不锈钢，对其在塑性和高温蠕变变形过程
1 材料损伤失效与声发射源分析
中的AE响应进行了实验研究，结果表明AE技术可
以有效地区分蠕变和塑性变形。Panin 等 [8] 对 3 种 材料损伤失效会经历一段时间的微观组织动
类型的 17Mn1Si 钢缺口试样进行 AE 监测实验，研 态演化过程，由于材料内部微观组织的损伤机制不
究其断裂演化过程与 AE 信号之间的联系。龙宪海 同，致使产生的AE信号源特征也会有所不同。当材
等 [9] 结合断口扫描电子显微镜观察及 X 射线能谱 料内部时发生极少数夹杂物及二相粒子形状姿态
分析的手段，将 30CrMnSi 合金钢三点弯曲损伤过 的调整，会释放出低能量的应力波，AE 信号能量及
程分为裂尖塑性变形、裂纹亚临界扩展和裂纹失 活性均较低，而对应着相对较高的持续时间，产生的
稳扩展 3 个阶段，并提出了不同阶段的声发射源机 多为连续型信号。当材料内部发生微观组织晶粒的
理。李建宇等 [10] 利用 AE 技术对铝合金正段和切 位错、塞积及滑移运动，会产生大量高能量和高振
断两种断面取向的试件进行单轴拉伸试验，获得了 铃计数的声信号，而持续时间相对较短，产生的多为
铝合金在不同应力状态下的微损伤演化规律。崔俊 混合型信号。当材料内部发生位错塞积引起的微裂
等 [11] 利用 AE 技术开展对完整和未焊透 HRB400 纹萌生或扩展，会产生大量能量高但持续时间相对
螺纹钢的不同损伤阶段的特性研究，结果表明焊透 较短的声信号，产生的多为突发型信号 [11] 。大量研
和完整试样在拉伸过程中的各阶段频域和能量存 究表明，虽然在这个过程中可以有效地获取单个微
在显著差异。 裂纹扩展的声信号，但是研究其单个信号的参数特