Page 165 - 《应用声学》2023年第1期

第 42 卷 第 1 期 王雪琴等： 基于声发射统计信息的 2.25Cr-1Mo 钢早期损伤判别方法 161

征的意义并不大，因为在实际工况中，想要从大量
噪声背景中去识别有效的裂纹信号的难度是很大
的，也无法通过获取的几个有效信号去判别材料的
安全性及可靠性。
本文从统计过程信息的角度出发，分析裂纹形
成到发生发展成宏观裂纹这整个早期损伤过程的
AE 信号的规律。主要将 AE 信号源分为两类，第一
类是由于微裂纹萌生或扩展所产生的能量高但持
续时间短的信号，第二类为其他所有微观组织损伤
机制所产生的AE信号。同时，在此基础上提出了以
不同声源产生信号数之间的占比值这一变量来判 图 1 三点弯曲过程实验图
定材料是否发生损伤，建立的关系式为 Fig. 1 Experimental diagram of three-point bend-
∑ ∑
H 1 H 1 ing process
, (1)
κ = ∑ = ∑
H 2 (H − H 1 ) 实验开始前，按表 2设置好实验参数，将试样放
式 (1) 中，κ 为不同声源产生的信号数之间的比例 置在SANS万能电子拉伸机，预置缺陷放置下侧，将
∑ ∑
值； H 为早期损伤阶段的有效信号总数； H 1 传感器耦合于试件上，为了消除噪声，在进行弯曲前
∑
为早期损伤阶段微裂纹萌生扩展信号数； H 2 为 对试件先进行预弯曲，保证夹具与试件的结合部位
早期损伤阶段其他声源产生的信号数。 无噪声干扰。在实验过程中记录采集AE信号，万能
电子拉伸机采用位移控制方式，以 1 mm/s 的速度
2 实验过程 施加载荷，在试件弯曲过程中声发射 PCI-2 检测仪
记录参量信息，同时利用瞬态波形存储器同步存储
2.1 实验试件制备
波形文件，直到实验结束。
实验材料选取2.25Cr-1Mo钢，制备两种材料类
型和 3 种预制缺陷的 2.25Cr-1Mo 钢试件，试件总长 表 2 AE 仪器参数设定
340 mm，宽 30 mm，厚 20 mm，预置缺陷位于试件 Table 2 Parameter setting of AE instrument
的正中间，分别在试件两端布置传感器，且两个传感
器到预置缺陷的距离相等，如表1所示。 门槛/ 放大器 采样频率/ 采样 时间/µs
dB 增益/dB (Mbit·s −1 ) 长度/个 峰值 撞击 撞击
表 1 三点弯曲试件规格 定义 定义 闭锁
Table 1 Specifications of three-point 40 40 1 1024 300 600 600
bending specimen
2.3 实验结果分析
代号 试件类型 预制缺陷尺寸/mm
为了获取完整的早期损伤阶段声学数据，保证
B1 不带堆焊层 0
数据的有效性，本文将对试件三点弯曲过程的前
B2 不带堆焊层 1
100 s的数据进行分析。
B3 不带堆焊层 2
图 2 是 B1∼B6 试件弯曲过程幅值/载荷/累计
B4 带堆焊层 0
能量历程曲线。结合幅值与载荷历程图，可看出随
B5 带堆焊层 1
着载荷的增加，在一段时间内会集中产生大量的
B6 带堆焊层 2
AE 信号，此时试件已开始发生微观损伤；结合载荷
2.2 实验装置简介 与累计能量历程图，可以明显看出随着载荷的增加，
加载系统采用SANS万能电子拉伸机，AE采集 能量也在不断的增加；在前 100 s 时间内，刚开始试
系统采用美国 PAC公司 PCI-2 全数字声发射仪，传 件的累计能量显著增加，一定时间后，累计能量增长
感器采用频率范围为 100 ∼ 1000 kHz 的温度传感 率逐渐下降直至趋于平衡，此时试件已开始产生宏
器，前置放大器采用2/4/6前置放大器，如图1所示。 观变形。