應(yīng)用聲發(fā)射評定金屬點蝕過程的研究進展
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摘要: 點蝕是金屬腐蝕中最危險的腐蝕形態(tài)。文章介紹了目前應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)對金屬點蝕進行評價的方法,認為應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)探測鋼點蝕,無論是實驗室條件下還是在實際工程上,都是一種有效的工具。但是關(guān)于聲發(fā)射信號源的產(chǎn)生,學者們卻持不同的觀點。他們認同的一種觀點是點蝕的擴展伴隨聲源活動性的增加,而且在點蝕速率和聲源活動性之間存在一定的相關(guān)性。結(jié)果證明聲發(fā)射技術(shù)的特殊性質(zhì)正適合于對結(jié)構(gòu)材料的監(jiān)測。
關(guān)鍵詞: 聲發(fā)射(AE);金屬點蝕;評定
1 引言
點蝕是一種高度集中的局部腐蝕形態(tài), 其破壞性比全面腐蝕大得多。特別是不銹鋼在含有氯化物的介質(zhì)中往往易產(chǎn)生點蝕, 其結(jié)果是在材料表面幾乎保持原樣的情況下有蝕坑形成, 小而深的孔可能使金屬板穿孔,引起物料流失、火災(zāi)、爆炸等事故,它是破壞性和隱患最大的腐蝕形態(tài)之一。雖然目前有很多研究點蝕的方法,如循環(huán)極化(最常用的方法)、微觀金相學、維氏硬度測量、決定點蝕電壓的推斷法
和熱電流法,但它們都不能應(yīng)用于工程實踐。聲發(fā)射(AE)技術(shù)具有對研究的材料無損害的優(yōu)點,因此是實驗室和現(xiàn)場研究點蝕的有效方法。
2 聲發(fā)射技術(shù)概述
聲發(fā)射是指物體在受到形變或外界作用時，因迅速釋放(彈性)能量而產(chǎn)生瞬態(tài)應(yīng)力波的一種物理現(xiàn)象。其基本原理為:當材料中有聲發(fā)射現(xiàn)象究工作。發(fā)生時由聲源發(fā)射出的每一個聲信號都包含了材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷性質(zhì)和狀態(tài)變化的豐富信息。因此，聲發(fā)射檢測技術(shù)的基本原理就是用靈敏的儀器來接收和處理這些聲信號，通過對聲發(fā)射源特征參數(shù)（能量、計數(shù)、事件、延遲、上升時間等）的分析和研究，推斷出材料或結(jié)構(gòu)內(nèi)部活動缺陷的位置、狀態(tài)變化程度和發(fā)展趨勢。若將背景噪聲識別和輔助信息（例如載荷、位移、溫度和應(yīng)變等）的綜合分析考慮在內(nèi)。
3 應(yīng)用聲發(fā)射探測金屬點蝕過程的理論研究進展早在20 世紀80 年代就有不少學者研究過腐蝕過程的聲發(fā)射現(xiàn)象, 并試圖利用AE技術(shù)來監(jiān)測腐蝕過程。當時研究較多的是應(yīng)力腐蝕開裂過程中的聲發(fā)射。由于一般采用窄帶AE傳感器接收信號,并使用參數(shù)分析方法，人們很難將接收到的AE信號與產(chǎn)生AE的源機制相聯(lián)系。因此,有關(guān)這方面的研究一直進展不大。20 世紀90 年代后,隨著全數(shù)字聲發(fā)射儀器和寬帶AE傳感器的出現(xiàn),加上模態(tài)聲發(fā)射理論的建立,人們在研究源機制方面取得不小進展, 這也為研究金屬點蝕過程產(chǎn)生AE的源機制奠定了基礎(chǔ)。文獻對金屬點蝕的AE源機制作了深入的理論研究,指出點蝕是由于(鈍化)膜破裂引起的,而伴隨膜破裂過程會向物體施加一作用力,從而產(chǎn)生應(yīng)力波即聲發(fā)射。另外,在腐蝕發(fā)生時,微小氫氣泡的破裂也會產(chǎn)生AE信號,其原理與膜破裂相同。文獻認為該力可分為沿板平面方向(IP)分量和垂直板平面方向的(00P)分量。其板結(jié)構(gòu)坐標示意圖見圖2。通過計算,金屬點蝕AE信號有典型的擴展波和彎曲波特性。根據(jù)聲波到達兩傳感器的時差可以估算出其傳播速度,從而與噪聲信號相區(qū)別。為了證明聲發(fā)射確實可以檢測到金屬腐蝕信號,
計算出板厚為2mm的合金鋁在其膜破裂過程中產(chǎn)生的F力（僅先考慮縱波的貢獻）在垂直方向的質(zhì)點位移為9×10.15相應(yīng)于該位移所產(chǎn)生的電壓值為17uV，由于該電壓遠大于前置放大器的輸入噪聲水平（2.5uV有效值或7.5uV峰值),從而從理論上說明點蝕過程中的氣泡或膜破裂所產(chǎn)生的聲信號是可以被檢測到的。
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