CN109932427A - 一种基于声发射技术的镁合金过烧缺陷评估方法 - Google Patents

一种基于声发射技术的镁合金过烧缺陷评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于声发射技术的镁合金过烧缺陷评估方法，包括首先准备一定数量热处理后的镁合金材料作为样本，测量断铅模拟激励信号在样本材料中的能量衰减率，利用扫描电子显微镜观测样本材料，得到扫描电子显微镜观测图，并计算出样本材料过烧率，分别获得每个样本材料的能量衰减率曲线，并对其进行直线拟合，得出每个样本材料的声衰减系数即拟合直线的斜率k，以样本为依据，建立该批次所有样本材料过烧率与声衰减系数k的拟合方程；最后测出该批次待测材料的声衰减系数k，并根据已建立的拟合方程，推算待测材料的过烧率。本发明对镁合金过烧缺陷程度评估时，不会对被检测材料造成破坏，是一种基于声发射技术的镁合金过烧缺陷的评估方法。

Description

一种基于声发射技术的镁合金过烧缺陷评估方法
技术领域
本发明属于材料无损检测领域，是一种基于声发射技术的镁合金过烧缺陷评估方法。
背景技术
镁合金铸件由于其密度低、比强度高、减震性能和导电导热性能良好在航空、航天、运输、化工、电子等工业部门得到广泛的应用，而铸件在热处理过程中如果温度选择不当或炉内温度偏差较大，超过极限固溶温度，铸件极易出现过烧现象，当铸件出现过烧时，随着过烧程度的加重，铸件力学性能受到不同程度的影响，严重过烧时，力学性能急剧下降。为了保证镁合金铸件在工业领域中的稳定性和安全性，有必要对镁合金铸件进行无损检测。传统的镁合金过烧缺陷评估方法需要对被检测镁合金材料进行切片等处理才能分析铸件内部的情况，是以破坏被检测镁合金结构完整性为前提的过烧缺陷评估方法。此外，面对数量较大的批次待检测热处理镁合金铸件时，传统检测方法步骤繁琐，检测效率偏低。本发明对镁合金过烧缺陷程度评估时，不会对被检测材料造成破坏，能够保持材料结构和功能的完整；同时，对大批量的镁合金铸件，本发明检测材料过烧率，直接根据样本建立衰减拟合方程，然后测出待测镁合金材料的声衰减系数，最后推算出待测镁合金材料过烧率。该评估方法简单且效率高，是一种基于声发射技术的镁合金过烧缺陷的评估方法。
发明内容
本发明一种基于声发射技术的镁合金过烧缺陷评估方法，克服了传统检测方法需破坏取样、成本高昂及工作量大等不足，提供了一种基于声发射技术的镁合金过烧缺陷评估新方法，以保证被检测结构完整性，提高检测效率，降低检测成本。
本发明一种基于声发射技术的镁合金过烧缺陷评估方法包括以下步骤。
(a)首先准备一定数量热处理后的镁合金材料作为样本，接收传感器采用相同型号的声发射传感器分开布置，测量断铅模拟激励信号在样本材料中的能量衰减率。
(b)将声发射检测后的镁合金样本材料做好标记，在扫描电子显微镜下放大观察，得到扫描电子显微镜观测图，根据扫描电子显微镜观测图中过烧区域灰度值，统计出过烧区域面积，计算出样本材料过烧率。
(c)分别获得每个样本材料的能量衰减率曲线，并对其进行直线拟合，得出每个样本材料的声衰减系数即拟合直线的斜率k。
(d)以样本为依据，建立该批次所有样本材料声衰减系数k与过烧率之间的关系，采用直线拟合，获得所有样本材料过烧率与声衰减系数k的拟合方程。
(e)利用声发射设备测出待测镁合金材料的声衰减系数k1，根据步骤(d)中获得的过烧率与声衰减系数k的拟合方程，从而推算出待测材料的过烧率。
与现有的镁合金过烧缺陷评估方法相比，本发明克服了传统检测方法需对所有被检测对象进行逐一破坏取样，会对被检测材料造成损伤的不足。同时，对大批量的镁合金铸件，本发明检测材料过烧率，直接根据样本建立衰减拟合方程，然后测出待测镁合金材料的声衰减系数，最后推算出待测镁合金材料过烧率。该评估方法简单且效率高，是一种基于声发射技术的镁合金过烧缺陷的评估方法。
附图说明
图1一种基于声发射技术的镁合金过烧缺陷评估方法流程图。
图2声发射传感器粘贴示意图。
图3为试件1扫描电子显微镜观测图。
图4为试件2扫描电子显微镜观测图。
图5为试件3扫描电子显微镜观测图。
图中：1-α-Mg基体，2-过烧缺陷，3-LPSO结构。
图6为试件1、2、3中断铅信号传输距离与能量衰减率对应关系图。
图7为过烧率与声衰减系数对应关系图。
图8为试件4扫描电子显微镜观测图。
图9为试件4断铅信号传输距离与能量衰减率对应关系图。
具体实施方式
本发明一种基于声发射技术的镁合金过烧缺陷评估方法包括以下步骤。
首先准备一定数量热处理后的镁合金材料作为样本，接收传感器采用相同型号的声发射传感器分开布置，测量断铅模拟激励信号在样本材料中的能量衰减率，将声发射检测后的镁合金样本材料做好标记，在扫描电子显微镜下放大观察，得到扫描电子显微镜观测图，根据扫描电子显微镜观测图中过烧区域灰度值，统计出过烧区域面积，计算出样本材料过烧率，分别获得每个样本材料的能量衰减率曲线，并对其进行直线拟合，得出每个样本材料的声衰减系数即拟合直线的斜率k，以样本为依据，建立该批次所有样本材料声衰减系数k与过烧率之间的关系，采用直线拟合，获得所有样本材料过烧率与声衰减系数k的拟合方程；利用声发射设备测出待测镁合金材料的声衰减系数k1，依据过烧率与声衰减系数k的拟合方程，从而推算出待测材料的过烧率。
以下结合具体实施例，对本发明一种基于声发射技术的镁合金过烧的评估方法作进一步说明。
本实施例中的镁合金材料为热处理后Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金材料，其中选取不同过烧率的镁合金材料作为样本，分别编号为试件1、试件2、试件3。同时选取试件4作为待测材料，但在本实施例中为了便于将检测结果和真实值进行对比，以证明该一种基于声发射技术的镁合金过烧的评估方法的有效性，试件4的过烧率是已知的，为0.76％。本实施例中声发射信号采集系统为美国PAC公司的PCI-2系统及配套设备。如图2为声发射传感器粘贴示意图，S1～S3代表传感器1～3；S1～S3传感器的粘贴位置是在镁合金试件中心线上，同时S1～S3两两间隔为30mm。
(a)首先准备一定数量热处理后的镁合金材料作为样本，接收传感器采用相同型号的声发射传感器分开布置，测量断铅模拟激励信号在样本材料中的能量衰减特性，并通过公式：α＝20log(Em/E1)换算成能量衰减率；E1为离断铅点最近的S1所采集信号的能量值，Em为传感器Sm所采集信号的能量值，m＝1，2，3；表示传感器的编号。
(b)将声发射检测后的镁合金样本材料做好标记，在扫描电子显微镜下放大观察，得到扫描电子显微镜观测图，根据扫描电子显微镜观测图中过烧区域灰度值，统计出过烧区域面积，计算出样本材料过烧率，如图3、图4、图5所示。从图中可以得出试件1、试件2、试件3所对应的过烧率分别为a1＝0.44％，a2＝0.93％，a3＝2％。
(c)分别获得每个样本材料的能量衰减率曲线，并对其进行直线拟合，得出每个样本材料的声衰减系数即拟合直线的斜率k。从图6可以看出试件1、试件2、试件3所对应的声衰减系数分别为k1＝1.9499dB/cm，k2＝2.4623dB/cm、k3＝3.9029dB/cm。
(d)以样本为依据，建立该批次所有样本材料声衰减系数k与过烧率之间的关系，采用直线拟合，获得所有样本材料过烧率与声衰减系数k的拟合方程，即：yn＝1.2673kn+1.3481，kn为镁合金材料的过烧率，yn为材料的声衰减系数，如图7所示。由此便可在测得镁合金材料的声衰减系数的情况下推算出该批次其它材料的过烧率。
(e)测出该批次中待测材料的声衰减系数即拟合直线的斜率k4＝2.2703dB/cm，如图9所示；将其代入通过样本建立的镁合金材料声衰减系数与材料过烧率的对应关系yn＝1.2673kn+1.3481，得出试件4的过烧率为0.73％；该方法测得的材料的过烧率与试件4真实值0.76％间的误差为3.9％。
通过本实施例可见，本发明一种基于声发射技术的镁合金过烧缺陷评估方法能够评估出不同批次的镁合金过烧缺陷程度。本发明对镁合金过烧缺陷程度评估时，不会对被检测材料造成破坏，能够保持材料结构和功能的完整；同时，对大批量的镁合金铸件，本发明检测材料过烧率，直接根据样本建立衰减拟合方程，然后测出待测镁合金材料的声衰减系数，最后推算出待测镁合金材料过烧率。该评估方法简单且效率高，是一种基于声发射技术的镁合金过烧缺陷的评估方法。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明使用范围的限制。

Claims (5)

1.一种基于声发射技术的镁合金过烧缺陷评估方法，其特征在于包括以下步骤：
(a)首先准备一定数量热处理后的镁合金材料作为样本，接收传感器采用相同型号的声发射传感器分开布置，测量断铅模拟激励信号在样本材料中的能量衰减率；
(b)将声发射检测后的镁合金样本材料做好标记，在扫描电子显微镜下放大观察，得到扫描电子显微镜观测图，根据扫描电子显微镜观测图中过烧区域灰度值，统计出过烧区域面积，计算出样本材料过烧率；
(c)分别获得每个样本材料的能量衰减率曲线，并对其进行直线拟合，得出每个样本材料的声衰减系数即拟合直线的斜率k；
(d)以样本为依据，建立该批次所有样本材料声衰减系数k与过烧率之间的关系，采用直线拟合，获得所有样本材料过烧率与声衰减系数k的拟合方程；
(e)利用声发射设备测出待测镁合金材料的声衰减系数k1，根据步骤(d)中获得的过烧率与声衰减系数k的拟合方程，从而推算出待测材料的过烧率。
2.如权利要求1所述一种基于声发射技术的镁合金过烧缺陷评估方法，其特征在于，所述步骤(a)、(e)中的声发射设备，主要包括声发射传感器，耦合剂，声发射信号处理系统，前置放大器；一个传感器采集激励信号，其它传感器作为接收传感器，均通过耦合剂与试件接触，传感器经过前置放大器与计算机相连。
3.如权利要求1所述一种基于声发射技术的镁合金过烧缺陷评估方法，其特征在于，能量衰减率的计算公式为：α＝20log(Em/E1)，式中：E1为传感器1所采集信号的能量值，Em为传感器m所采集信号的能量值；离断铅点最近的为传感器1，m表示接收传感器的编号，该编号从2开始，数量由试件的大小决定。
4.如权利要求1所述一种基于声发射技术的镁合金过烧缺陷评估方法，其特征在于，在扫描电子显微镜下所观察的镁合金样本材料区域的数量至少大于1，具体数量由所要求的过烧率精度决定，扫描电子显微镜观察区域越多，过烧率准确性越高。
5.如权利要求1所述一种基于声发射技术的镁合金过烧缺陷评估方法，其特征在于，所述步骤(a)、(e)中的声发射传感器粘贴于镁合金试件上侧，S1～Sm代表传感器1～m；S1～Sm传感器的粘贴位置是在镁合金试件中心线上，S1～Sm两两间隔为30mm～40mm，同时，S1、Sm传感器与其直线边际的距离至少大于30mm。
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