[发明专利]一种针对钢材腐蚀疲劳损伤在线监测的声发射检测方法

说明书

本发明公开了一种针对钢材腐蚀疲劳损伤在线监测的声发射检测方法，搭建声发射检测与疲劳试验装置系统：对Marr子波进行改进，去除其旁瓣成分，加入控制参量p和m，p和m可根据不同疲劳损伤状态下的声发射信号，自适应选取不同的参数值来调整子波形态；用改进的Marr子波为核函数的广义S变换处理声发射信号x(t)，获得声发射信号在时间域和频域域的时频图；采用信息熵的量化方法对具有高分辨的时频图进行信息熵的量化：本发明中的广义S变换对丰富的信号分量有着更强的时、频域区分能力，能表征声发射信号随着疲劳周期数增加在时域和频域的特征变化情况，这为金属材料疲劳损伤程度的量化及评价提供了较为准确的时频信息变化依据。

技术领域

本发明涉及一种针对钢材腐蚀疲劳损伤在线监测的声发射检测方法，属于金属材料无损检测信号分析领域，应用于钢腐蚀疲劳损伤程度进行客观评价。

背景技术

在工业中，诸如石油化工工业、民用工程、航天和航空工业等服役的承载构件，长期受到交变应力的作用，会导致疲劳裂纹的萌生及形成，若同时长期暴露在腐蚀环境中，会进一步加剧疲劳裂纹的劣化与扩展，显著降低材料的抗疲劳特性及服役时间，此时造成的损伤成为腐蚀疲劳损伤。不同于单一疲劳载荷的破坏，由于结构件受到疲劳应力和腐蚀环境侵蚀的同时作用，腐蚀疲劳损伤是极为严重的破坏方式之一，若产生的损伤破坏未被及时发现，会导致人员死伤和财产的重大损失。

对在有些特殊工作环境下的承载循环载荷的结构来说，腐蚀疲劳很难完全避免，从检测技术层面来看，为防止因腐蚀疲劳而发生的多类事故，有必要对承载载荷的材料或结构件诸如金属材料的腐蚀疲劳损伤进行检测与监测，对其在服役过程中的腐蚀疲劳的损伤发生进行快速、有效的无损/有损检测与监测，对损伤源的产生的严重程度和损伤源定位给出有效评价与诊断。目前对金属的检验方法主要有有损检测和无损检测两种方法。有损检测是在对材料取样时，对被检测样本熔融、压片并截成细小碎块混匀后随即称取试样，进而导致对材料破坏性或者有损伤式的检测。而无损检测则是运用检测一方的声学、光学和电磁学等物理性质，对材料或结构件实行一种不产生损伤或不导致其未来使用性能的劣化或正常使用的测量或检测方法，该检测用来检查结构件或材料内具有潜在缺陷或在材料表面无法用肉眼观察到的缺陷，测定其内部组成成分、组织、构造和力学性能等的完整性状态，进而及时发现不合格的原材料或半成品，减少废品率、降低返回重新制造的机率和成本；在使用过程中进行定期的无损检测或监测，能够及时发现腐蚀和疲劳相互作用引起的显微缺陷或者宏观缺陷以及材料性能劣化，进而保障材料服役过程中的生产和生活安全。目前常用的无损检测方法有：利用辐射方法中的X/γ射线检测、计算机辅助成像检测(CR)等，利用声学方法中的声发射检测、超声检测和激光超声检测等，利用电磁方法中的涡流检测和漏磁检测等，泄漏方法中的气泡泄漏检测和超声泄漏检测等，利用红外方法中的红外热成像检测等无损检测方法。其中，声发射检测技术是有效的在线并实时监测或检测结构件或材料实时发生损伤变化的非常规在线无损检测技术。

声发射(Acoustic Emission)是指材料中在外力或内力作用下，局部因能量的快速释放而发出瞬态弹性波的现象。声发射信号频率特征从较低的次声频、声频再到较高的超声频，频率范围包括几Hz到数MHz不等，频率范围很宽，并且，不同的材料或结构件，因其本身物质构造、材质种类等的不同，裂纹成核、塑性变形或者裂纹快速扩展、断裂等现象，其产生的声发射信号的频率范围是不一定一致的。材料或结构件的裂纹成核到大裂纹快速扩展直至断裂，这期间声发射信号的幅度会在很大的幅值范围内发生变化，若用声发射传感器采集材料或结构件在这期间产生的声发射信号，将采集到的声发射信号(模拟信号)转换为计算机可以处理并显示电信号后(模数信号转换)，信号的幅值范围从数μV左右到数百mV内变化，较高幅值说明材料或结构内部发生了巨大的能量释放。大多数金属材料在内部产生损伤、裂纹成核、塑性变形、显微裂纹、裂纹扩展和断裂等现象发生时都会有大大小小的声发射发生。用专有的声发射仪器进行探查、采集、存储和后期进行处理声发射信号并根据声发射信号的某种特性来评价材料构件性能或结构完整性变化情况的技术称为声发射技术，其涉及声发射源、声波传播、声信号向电信号的转换、声发射信号数据显示与存储记录、声发射信号处理、声发射源的解释与评定等基本概念。