CN112461933A - 一种焊缝的裂纹扩展声发射特征信号检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种焊缝的裂纹扩展声发射特征信号检测方法，该检测方法包括以下步骤：制备备件紧凑拉伸试样；对备件紧凑拉伸试样进行拉伸实验，并检测拉伸过程中拉伸实验机的震动以及摩擦声发射特征信号，得到焊缝的裂纹扩展声发射试验中的干扰特征信号曲线；制备紧凑拉伸试样；根据备件紧凑拉伸试样的干扰信号特征曲线，设置声发射检测软件的信号采集门槛值；对紧凑拉伸试样进行拉伸实验，并检测拉伸过程中预制裂纹源扩展的声发射特征信号，得到焊缝裂纹扩展声发射信号的特征曲线；在拉伸实验后，将紧凑拉伸试样进行疲劳拉断；判断紧凑拉伸试样断口裂纹扩展特征形貌。本发明能提高压力容器的声发射检测精确度。

Description

一种焊缝的裂纹扩展声发射特征信号检测方法
技术领域
本发明专利涉及一种焊缝的裂纹扩展声发射检测方法，尤其涉及一种不同焊缝区域裂纹扩展声发射特征信号的检测方法。
背景技术
压力容器广泛应用于发电、石油、化工、机械、动力、冶金、核能等行业中，常用的压力容器包括蒸汽发生器、除氧器、分汽缸、换热器等。在压力容器制造工艺中，焊接起到不可或缺的作用，是压力容器最终成型的重要工序，所以焊接结构的稳定性是决定压力容器能否长期稳定服役的关键因素。在常见的压力容器设备故障中，焊接结构的裂纹扩展是压力容器安全服役的隐患问题，而采用声发射技术不但能实时监测焊接结构中微裂纹的扩展，而且能定位裂纹位置，可在确保安全前提下大幅度减少非计划停机，降低维修费用和避免重大灾害损失。
焊接结构中裂纹扩展往往经历成核，稳定扩展和失稳扩展三个阶段，裂纹扩展一旦进入失稳扩展将对材料造成不可逆损伤，其危害极大，并且裂纹的扩展降低了焊接结构的承载能力，可能促使压力容器发生韧脆转变断裂。因此准确识别和判断焊接结构中裂纹的稳定扩展和失稳扩展的声发射特征信号，是声发射检测技术核心。一方面声发射特征对材料极为敏感，即使对同一材料而言，热处理状态和组织结构也是影响声发射特征信号的重要因素；另一方面由于焊缝不可避免的存在组织和力学性能的不均匀，故当裂纹位于焊接接头不同区域、不同位置及界面时，由于局部的强度失配和材料损伤断裂阻力的不同，可能引起不同的裂纹扩展声发射信号。
因此，为获得焊接结构不同区域裂纹扩展的声发射信号，寻求更加准确识别裂纹稳定扩展和失稳扩展的声发射特征信号测试方法，对于提高压力容器的声发射检测精确度至关重要。本发明专利针对声发射特征对材料极为敏感的特征，采用在焊缝不同区域取样，研究焊缝不同组织结构的声发射特征信号，以达到提高压力容器的声发射检测精确度的目的，提出具体的实施方案。
发明内容
为了实现上述目的，本发明目的在于提供一种焊缝的裂纹扩展声发射检测方法，并判断焊接结构不同区域裂纹扩展的声发射信号特征，研究焊缝裂纹稳定扩展和失稳扩展与声发射信号之间的关系，以达到提高压力容器的声发射检测精确度目的，该检测方法包括以下步骤。
本发明的电动汽车用电机智能控制装置，包括
制备备件紧凑拉伸试样；
对备件紧凑拉伸试样进行拉伸实验，并检测拉伸过程中拉伸实验机的震动以及摩擦声发射特征信号，得到焊缝的裂纹扩展声发射试验中的干扰特征信号曲线；
制备紧凑拉伸试样；
根据备件紧凑拉伸试样的干扰信号特征曲线，设置声发射检测软件的信号采集门槛值；
对紧凑拉伸试样进行拉伸实验，并检测拉伸过程中预制裂纹源扩展的声发射特征信号，得到焊缝裂纹扩展声发射信号的特征曲线；
在拉伸实验后，将紧凑拉伸试样进行疲劳拉断；
判断紧凑拉伸试样断口裂纹扩展特征形貌，测量试样断口裂纹稳定扩展量以及裂纹失稳扩展量，对裂纹稳定扩展、失稳扩展的声发射特征曲线进行分析处理，获得紧凑拉伸试样裂纹扩展特征与声发射特征波形图之间的对应关系。
需要说明的是，根据本发明的具体实施方式，采用本领域的大型疲劳试验机即可实现目的。在本发明中采用大型疲劳试验机进行载荷加载，其中预制裂纹过程中载荷采用的是低应力高频率加载方式；声发射检测焊缝的裂纹扩展实验中载荷采用的等轴加载方式。
需要说明的是，备件紧凑拉伸试样与紧凑拉伸试样，材料与尺寸均相同。
在本发明中，焊缝的裂纹扩展进行声发射检测方法，具体包括以下步骤：
步骤一：制备备件紧凑拉伸试样，包括以下步骤：
根据GB/T 21143标准要求，使用机械方法在焊缝上截取备件紧凑拉伸试样，试样厚度B ＝30mm，宽度W＝60mm；
对备件紧凑拉伸试样进行疲劳预制裂纹实验，预制裂纹长度2mm，其载荷采用的是低应力高频率加载方式；
于备件紧凑拉伸试样的两侧开侧槽，两侧槽深度相等，侧槽角度为30°，底部半径为 0.6mm，侧槽深度为1mm，得到备件紧凑拉伸试样。
步骤二：对备件紧凑拉伸试样进行裂纹扩展声发射检测试验，包括以下步骤：
在备件紧凑拉伸试样，采用磁性工装与环氧树脂AB胶固定声发射传感器；
将加工好的备件紧凑拉伸试样安装在试验机上，连接声发射传感器、信号放大器、声发射导路、信号采集器、声发射检测仪；
开启声发射检测仪，设置声发射采样频率，通道门限，波形显示，硬件模拟滤波器，数据存储路径；
对备件紧凑拉伸试样进行拉伸实验，并同步检测拉伸过程中拉伸实验机的震动声发射特征信号，以及备件紧凑拉伸试样与拉伸实验机的摩擦声发射特征信号，得到焊缝的裂纹扩展声发射试验中的干扰特征信号曲线；
步骤三：制备紧凑拉伸试样，包括以下步骤：
根据GB/T 21143标准要求，使用机械方法在焊缝上取紧凑拉伸试样，试样厚度B＝30mm，宽度W＝60mm；
对紧凑拉伸试样进行疲劳预制裂纹实验，预制裂纹长度2mm，其载荷采用的是低应力高频率加载方式；
于紧凑拉伸试样的两侧开侧槽，两侧槽深度相等，侧槽角度为30°，底部半径为0.6mm，侧槽深度为1mm，得到紧凑拉伸试样。
步骤四：对紧凑拉伸试样进行裂纹扩展声发射检测试验，包括以下步骤：
在紧凑拉伸试样上，采用磁性工装与环氧树脂AB胶固定声发射传感器；
将加工好的紧凑拉伸试样安装在试验机上，连接声发射传感器、信号放大器、声发射导路、信号采集器、声发射检测仪；
开启声发射检测仪，设置声发射采样频率，通道门限，波形显示，硬件模拟滤波器，数据存储路径；
根据干扰信号特征曲线结果，设置声发射检测仪的采样门限值；
对紧凑拉伸试样进行拉伸实验，并同步检测拉伸过程中紧凑拉伸试样预制裂纹扩展的声发射特征信号，得到焊缝的裂纹扩展声发射特征曲线；
步骤五：测量紧凑拉伸试样断口裂纹扩展量，分析裂纹扩展断口特征形貌与声发射特征曲线之间的对应关系，包括以下步骤：
在拉伸实验后，将紧凑拉伸试样进行疲劳拉断，载荷、频率的加载方式与预制裂纹相同；
采用扫描电镜测量断口稳定裂纹扩展量与失稳裂纹扩展量，对裂纹稳定扩展、失稳扩展的声发射特征曲线进行分析处理，获得紧凑拉伸试样裂纹扩展断口特征形貌与声发射特征曲线之间的对应关系。
需要说明的是，在本发明的具体实施方式一中，紧凑拉伸试样的机械加工缺口分别位于焊缝中心、平行于焊缝熔合线和垂直于焊缝熔合线；
本发明的一种焊缝的裂纹扩展声发射信号特征监测方法，能够获得焊接结构不同区域的裂纹稳定扩展与失稳裂纹扩展声发射特征信号。
本发明的一种焊缝的裂纹扩展声发射信号特征检测方法，能够模拟压力容器服役环境下，焊缝结构裂纹稳定扩展与失稳扩展的声发射特征信号。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明的一种焊缝的裂纹扩展声发射信号特征检测方法，能够通过声发射检测手段，识别焊缝不同区域裂纹稳定扩展与失稳扩展的声发射特征信号，为监测压力容器焊缝的裂纹扩展提供数据支撑，以达到提高压力容器的声发射检测精确度的目的。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为实施方式1的一种焊缝的裂纹扩展声发射特征信号检测方法的工艺流程图；
图2为实施方式1的紧凑拉伸试样的尺寸示意图；
图3为实施方式1中紧凑拉伸试样的传感器工装示意图；
图4为本发明一种焊缝的裂纹扩展声发射特征信号检测方法的结构示意图；
图5为实施方式1的1号紧凑拉伸试样的取样示意图；
图6为实施方式1中的2号紧凑拉伸试样的取样示意图；
图7为实施方式1中的3号紧凑拉伸试样的取样示意图；
图8为实施方式1中的1号紧凑拉伸试样载荷、振铃计算和时间的曲线；
图9为实施方式1中的2号紧凑拉伸试样载荷、振铃计算和时间的曲线；
图10为实施方式1中的3号紧凑拉伸试样载荷、振铃计算和时间的曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参见图1-图10，本发明提供了一种焊缝的裂纹扩展声发射特征信号检测方法，其工艺如图1所示，该声发射检测方法具体包括以下步骤：
步骤一：制备备件紧凑拉伸试样，包括以下步骤：
根据GB/T 21143标准要求，使用机械方法在焊缝上截取备件紧凑拉伸试样，试样厚度B ＝30mm，宽度W＝60mm，试样具体图纸如图2；
采用大型疲劳试验机对备件紧凑拉伸试样进行疲劳预制裂纹实验，预制裂纹长度2mm，采用电液伺服方式加载载荷，频率1Hz；
在已预制疲劳裂纹的拉伸试样上开侧槽，侧槽位于拉伸试样两侧，两侧槽深度相等，侧槽角度为30°，底部半径为0.6mm，侧槽深度为1mm，得到备件紧凑拉伸试样。
步骤二：对备件紧凑拉伸试样进行裂纹扩展声发射检测试验，包括以下步骤：
在备件紧凑拉伸试样，采用磁性工装3与环氧树脂AB胶9固定声发射传感器4，如图3 所示；
将加工好的备件紧凑拉伸试样放入试验机上，连接声发射传感器4、信号放大器5、声发射导路8、信号采集器6、声发射检测仪7，结构示意图如图4；
开启声发射检测仪7，设置声发射采样频率，通道门限，波形显示，硬件模拟滤波器，数据存储路径(其中，采样频率为3MHz，通道门限为0mV)；
对备件紧凑拉伸试样进行拉伸实验，并同步检测拉伸过程中拉伸实验机的震动声发射特征信号，以及备件紧凑拉伸试样与拉伸实验机的摩擦声发射特征信号，得到焊缝的裂纹扩展声发射试验中的干扰信号特征曲线；
步骤三：制备紧凑拉伸试样，包括以下步骤：
根据GB/T 21143标准要求，使用机械方法在焊缝上取紧凑拉伸试样，试样厚度B＝30mm，宽度W＝60mm，试样具体图纸如图2，1号紧凑拉伸试样的机械加工缺口位于焊缝中心，2 号紧凑拉伸试样的机械加工缺口平行于焊缝熔合线，3号紧凑拉伸试样的机械加工缺口垂直于焊缝熔合线，取样图如图5、图6、图7。
对1号、2号与3号紧凑拉伸试样进行疲劳预制裂纹实验，预制裂纹长度2mm，其载荷加载方式与备件紧凑拉伸相同；
在已预制疲劳裂纹的紧凑拉伸试样上开侧槽，侧槽位于拉伸试样两侧，两侧槽深度相等，侧槽角度为30°，底部半径为0.6mm，侧槽深度为1mm，得到紧凑拉伸试样。
步骤四：对1号、2号与3号紧凑拉伸试样进行裂纹扩展声发射检测试验，包括以下步骤：
在1号、2号与3号紧凑拉伸试样上，采用磁性工装3与环氧树脂AB胶9固定声发射传感器；
将加工好的紧凑拉伸试样放入试验机上，连接声发射传感器4、信号放大器5、声发射导路8、信号采集器6、声发射检测仪7；
开启声发射检测仪7，设置声发射采样频率，波形显示，硬件模拟滤波器，数据存储路径(其中采样频率为3MHz)；
根据干扰信号特征曲线结果，设置声发射检测仪的声发射采样门限值为50mV；
对紧凑拉伸试样进行拉伸实验，并同步检测拉伸过程中紧凑拉伸试样预制裂纹扩展的声发射特征信号，得到1号、2号与3号试样焊缝的裂纹扩展声发射特征曲线；
步骤五：测量紧凑拉伸试样断口裂纹扩展量，分析裂纹扩展断口特征形貌与声发射特征曲线之间的对应关系，包括以下步骤：
在拉伸实验后，将1号、2号与3号紧凑拉伸试样进行疲劳拉断，载荷、频率的加载方式与预制裂纹相同；
采用扫描电镜测量1号、2号与3号试样断口的稳定裂纹扩展量与失稳裂纹扩展量，对裂纹稳定扩展、失稳扩展的声发射特征曲线进行分析处理，获得紧凑拉伸试样裂纹扩展断口特征形貌与声发射特征曲线之间的对应关系，得到的曲线如图8、图9和图10所示。
由图8、图9和图10可以看出，当载荷过峰值点时，振铃次数呈现瞬间剧增，为非常明显的裂纹失稳扩展的声发射特征信号。
上述实施方式为本发明的具体实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例，其他的任何未背离本发明的原理下所作的修改、替代和简化，均应视为等效的置换方式，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明至少具有以下优点：
本发明的一种焊缝的裂纹扩展声发射信号特征检测方法，能够通过声发射检测手段，识别焊缝不同区域裂纹稳定扩展与失稳扩展的声发射特征信号，为监测压力容器焊缝的裂纹扩展提供数据支撑，以达到提高压力容器的声发射检测精确度的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种焊缝的裂纹扩展声发射特征信号检测方法，其特征在于：该检测方法包括以下步骤：
制备备件紧凑拉伸试样；
对备件紧凑拉伸试样进行拉伸实验，并检测拉伸过程中拉伸实验机的震动以及摩擦声发射特征信号，得到焊缝的裂纹扩展声发射试验中的干扰特征信号曲线；
制备紧凑拉伸试样；
根据备件紧凑拉伸试样的干扰信号特征曲线，设置声发射检测软件的信号采集门槛值；
对紧凑拉伸试样进行拉伸实验，并检测拉伸过程中预制裂纹源扩展的声发射特征信号，得到焊缝裂纹扩展声发射信号的特征曲线；
在拉伸实验后，将紧凑拉伸试样进行疲劳拉断；
判断紧凑拉伸试样断口裂纹扩展特征形貌，测量试样断口裂纹稳定扩展量以及裂纹失稳扩展量，对裂纹稳定扩展、失稳扩展的声发射特征曲线进行分析处理，获得紧凑拉伸试样裂纹扩展特征与声发射特征波形图之间的对应关系。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：紧凑拉伸试样的机械加工缺口位于焊缝中心、平行于焊缝熔合线或垂直于焊缝熔合线。
3.根据权利要求1所述的检测方法的应用，其特征在于：应用于模拟压力容器服役环境下焊接结构裂纹扩展的声发射特征信号。
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