声发射技术在裂纹监测中的应用

声发射技术在裂纹监测中的应用

声发射技术作为一种动态检测技术，可监测到材料内部缺陷在应力作用下的活动情况，能够提供缺陷随载荷、时间、温度等外变参量而变化的实时或连续信息，适用于工业过程在线监控或临近破坏预报；它还适于其他方法难以或不能接近环境下的监测，如高低温、核辐射、易燃、易爆及极毒环境。声发射检测的原理是声发射源弹性波经传播达到材料表面，引起可以用声发射传感器探测的表面位移，传感器将材料的机械振动转换为电信号，经放大、处理和记录，其波形或特性参数被显示记录。经数据分析与识别，评定产生声发射的机制。

在静疲劳实验，将热压SiC试样的声发射计数率的对数与时间的对数有很好的线性关系。随着受力时间的增加，所检测到试样的声发射计数率均呈指数下降。当静载荷进一步增大，在所观察到的时间内试样出现了断裂现象。当静载荷强度sn=98.0 MPa时(见图1)，试样在断裂前30 s的声发射信号就已出现征兆，即出现亚临界裂纹生长的声发射信号之后30 s才发生断裂。当σn愈大，出现微裂纹生长的声发射信号与发生断裂的时间愈短。因此可根据试样声发射信号的变化规律预测陶瓷材料内部裂纹的动态变化。

用声发射技术能监测刚玉-莫来石质陶瓷材料在热应力下裂纹的产生、扩展过程。陶瓷材料在热应力下微裂纹的形成、生长主要发生在冷却过程中，其中在冷却过程的声发射计数率的峰值约为加热过程的400倍。当加热的最高温度Tmax愈高，则在冷却过程中裂纹扩展的程度愈剧烈，这表现在声发射信号幅度随陶瓷材料裂纹的扩展而增大。

用声发射技术监测在MgCl腐蚀介质作用下渗氢铝镁不锈钢的CT拉伸试件的应力腐蚀过程中，根据声发射参量变化的一般规律，能区别材破坏发展的3个阶段(见图2)。第一阶段(A-B)是氢扩散通过金属表面的氧化膜；其声发射能量急剧增长，并伴生连续型的和部分分离的声发射信号；第二阶段(B-C)，金属中的内应力发生变化，声发射信号产生速度下降，腐蚀信号比第1阶段要均匀些；第三阶段(C-D)为完全断裂破坏过程。