應用聲發(fā)射評定金屬點蝕過程的研究進展
???? 摘要: 點蝕是金屬腐蝕中最危險的腐蝕形態(tài)。文章介紹了目前應用聲發(fā)射技術對金屬點蝕進行評價的方法,認為應用聲發(fā)射技術探測鋼點蝕,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性。結果證明聲發(fā)射技術的特殊性質正適合于對結構材料的監(jiān)測。
????? 關鍵詞: 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中往往易產(chǎn)生點蝕, 其結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、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,但它們都不能應用于工程實踐。聲發(fā)射(AE)技術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)部結構、缺陷性質和狀態(tài)變化的豐富信息。因此,聲發(fā)射檢測技術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,推斷出材料或結構內(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、溫度和應變等)的綜合分析考慮在內(nèi)。
????? 3 應用聲發(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技術來監(jiān)測腐蝕過程。當時研究較多的是應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。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。其板結構坐標示意圖見圖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)在垂直方向的質點位移為9×10.15相應于該位移所產(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。
????? 4 應用聲發(fā)射探測金屬點蝕過程的實驗研究進展
????? 國外的一些學者在應用聲發(fā)射技術對點蝕進行監(jiān)測方面做了一系列的實驗研究。希望能將金屬腐蝕損傷與聲發(fā)射的某些參數(shù)建立起聯(lián)系。
????? Fregonese,Idrissi,Mazille,Renaud和Cetre對奧氏體不銹鋼的點蝕過程進行了監(jiān)測。將奧氏體不銹鋼316L放入pH=2的3%NaCl溶液中,測量系統(tǒng)是一個三電極系統(tǒng),同時聲學信號是在陽極極化和循環(huán)極化的情況下被記錄的,測量的目標是腐蝕的起點。實驗采用MISTRAS軟件,前置放大器和R15壓電傳感器(帶寬為100Hz~500kHz)。研究證實在記錄每個有效聲學信號之前都要產(chǎn)生一個時間延遲,該時間延遲對應于聲發(fā)射信號中的延遲。同時,在循環(huán)極化和恒電位實驗中觀察到一個電流密度閾值,這個閾值依賴于正在擴展的坑蝕數(shù),而對于易發(fā)生點蝕的試件來說該閾值是很低的。
????? 研究表明,記錄的聲學信號與坑蝕周圍氫的發(fā)展有關。其中,Magaino觀察到在陽極極化鋁(放置在含有20mg/1 Cu離子的0.05MNaC1溶液中)蝕坑不斷增加的過程中有氫產(chǎn)生。而Rettting和Felsena于1976年發(fā)表文章證實浸在鹽水中的鋁絲在腐蝕過程中產(chǎn)生的聲信號計數(shù)率與氫產(chǎn)生率之間存在線性關系。
????? Jones和Friesel研究了304系列不銹鋼的點蝕所持觀點與上述不同。雖然文中聲稱在點蝕過程中有明顯的聲學活動,但是認為這與氣泡無任何關系。盡管他們還不是很清楚金屬腐蝕產(chǎn)生聲發(fā)射信號的過程,卻仍然確信聲源是由氧化層的破裂或者是由鋼材再鈍化過程中氯化物的覆蓋鹽層產(chǎn)生的。如果該過程成立, 那么只有大約3%的點蝕會產(chǎn)生聲學活動。
????? Mazille, Rothea 和Tronel 也開展了有關奧氏體不銹鋼的研究。他們應用聲發(fā)射連續(xù)監(jiān)測了本地水溶液引起的腐蝕破壞及其發(fā)展過程。將316L 奧氏體不銹鋼放置在3%NaCl 溶液中(pH=2)。在不銹鋼陽極極化前研究人員記錄到了一些低幅度的信號。他們發(fā)現(xiàn)在陽極極化過程中電流密度較高,并在有效聲信號出現(xiàn)之前存在一個較短的蝕坑開始時間。當點蝕發(fā)展到一定程度,即腐蝕尺寸和數(shù)量都很穩(wěn)定并且非常高時,這時產(chǎn)生的聲發(fā)射事件是十分有用的。他們注意到發(fā)射出的聲信號是由腐蝕過程中產(chǎn)生的氫氣所致。根據(jù)聲發(fā)射事件與點蝕之間的依附曲線圖,Mazille, Rothea 和Tronel 推斷出,AE技術通過相對準確的點蝕速率和高的聲發(fā)射活動之間的關系來監(jiān)測點蝕的發(fā)展,是一種很有效的方法。
????? Cakir,Tuncell 和Aydin 從聲學上研究了在Hank's溶液(pH=4)中伸展很慢的316L 不銹鋼,并在點蝕電壓(+110mV / SCE)的陽極方向上使其極化。研究者注意到, 在陽極極化過程中很小的聲發(fā)射活動產(chǎn)生很低的電流密度(i = 5μA/cm2),而在+110mV(SCE)以上的電壓作用下,陽極電流密度隨著聲發(fā)射信號的增加而增加。這正說明了聲發(fā)射信號的電化學性質。在Hank's 溶液中進行拉伸試驗的試件,80%都記錄有AE信號。研究表明,不銹鋼至少在某一處發(fā)生了膜破裂(即使非常小),才會產(chǎn)生聲發(fā)射信號,而在鋼的變形過程中聲發(fā)射活動性不斷增加。他們認為AE信號源與材料點蝕的發(fā)生有關, 更準確地說與保護層的破壞、氫氣泡的產(chǎn)生和金屬陽極分解有關。
????? 耿榮生采用從飛機機翼上取下的、置于特殊溶液中的LY12 鋁合金試件進行聲學測, 用Mistras-2001 型聲發(fā)射系統(tǒng)記錄聲發(fā)射信號。實驗結果表明,聲發(fā)射能對腐蝕發(fā)生的初期,即腐蝕萌生加以預報,而且十分靈敏。在點蝕過程中,真正由腐蝕產(chǎn)生的信號與噪聲信號有明顯區(qū)別,即腐蝕產(chǎn)生以彎曲波為主的聲發(fā)射信號,且有較寬的頻率分布范圍,而噪聲信號延續(xù)時間短、頻率范圍窄、幅度集中在40dB以下,這使得識別腐蝕AE與噪聲信號的工作極大地得到了簡化。
????? 5 評述
????? 眾多學者應用聲發(fā)射技術研究金屬腐蝕,目前已經(jīng)取得了一些階段性的成果:(1)從理論上證明點蝕過程中產(chǎn)生的聲信號是可以被檢測到的;
????? (2)認為點蝕過程中的聲源是由保護層的破壞、氫氣泡的發(fā)展變化、金屬陽極的分解而產(chǎn)生的;(3)獲得了聲發(fā)射事件總數(shù)與探測到的點蝕坑之間的良好數(shù)學關系,為AE技術提供了有關奧氏體不銹鋼點蝕過程中動特性的信息而在研究過程中對材料并沒有破壞作用。
????? 綜上所述,AE技術在控測金屬點蝕方面確是一種有效的方法,但是應用AE探測鋼點蝕的方法還不成熟,應在AE信號與腐蝕損傷的建模、波的傳播等基礎理論領域繼續(xù)開展研究工作,推進聲發(fā)射技術在工程上的進一步應用。
應用聲發(fā)射評定金屬點蝕過程的研究進展
- 聲發(fā)射(28918)
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本帖最后由 夜弦1991 于 2016-8-18 17:34 編輯
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本文介紹一種采用聲發(fā)射技術,對在用液化石油氣鋼瓶的焊縫質量和整體進行檢測及評定的方法;同時也為使
2010-03-31 10:02:1011
R-cast聲發(fā)射傳感器系統(tǒng)
R-cast聲發(fā)射傳感器系統(tǒng)
R-CAST聲發(fā)射傳感器系統(tǒng)是富士陶瓷株式會社和東京大學先端科學技術研究所共同研發(fā)的針對微小破壞聲發(fā)射信號的檢測裝置
2009-10-21 14:34:48626
聲發(fā)射的來源及發(fā)展
聲發(fā)射的來源及發(fā)展
聲發(fā)射和微震動都是自然界中隨時發(fā)生的自然現(xiàn)象,盡管無法考證人們何時首次聽到聲發(fā)射,但逐如折斷樹技、
2009-10-21 17:25:13933
聲發(fā)射的基本原理、特點及應用
聲發(fā)射的基本原理
聲發(fā)射檢測的原理,從聲發(fā)射源發(fā)射的彈性波最終傳播到達材料的表面,引起可以用聲發(fā)射傳感器探測的表面位移
2009-10-21 17:26:006792
聲發(fā)射儀的種類
聲發(fā)射儀的種類
1 聲發(fā)射儀的分類方法有多種,按照采集信號通道數(shù)的多少可以分為單通道和多通道。單通道聲發(fā)射儀只有1個通道
2009-10-22 14:21:04733
耳聲發(fā)射的定義、分類及作用
耳聲發(fā)射的基本概念
耳聲發(fā)射的定義KemD(1986)對耳聲發(fā)射做了如下定義:耳聲發(fā)射是一種產(chǎn)生于耳蝸、經(jīng)聽骨鏈及鼓膜傳導釋
2009-10-22 14:35:141964
聲發(fā)射儀的應用
聲發(fā)射儀的應用 現(xiàn)代聲發(fā)射儀除了能進行聲發(fā)射參數(shù)實時測量和聲發(fā)射源定位外,還可直接進行聲發(fā)射波形的觀察、顯示、記錄和頻譜分析。&nb
2009-10-22 14:39:17601
某型飛機疲勞試驗過程中的聲發(fā)射監(jiān)測技術研究
某型飛機疲勞試驗過程中的聲發(fā)射監(jiān)測技術研究--起落架收放控制試驗過程中的聲發(fā)射監(jiān)測摘 要:起落架收放控制系統(tǒng)試驗是某型飛機全機疲勞試驗的一
2009-10-22 16:17:16535
加氫反應器聲發(fā)射檢測與評定
加氫反應器聲發(fā)射檢測與評定摘 要:針對石化行業(yè)關鍵設備加氫反應器運行安全,在制造出廠和在用檢修時進行耐壓試驗的同時進行聲發(fā)射檢測,以
2009-10-22 16:18:14496
防噴器的聲發(fā)射檢測應用
防噴器的聲發(fā)射檢測應用摘 要:本文結合聲發(fā)射技術特點,針對環(huán)行防噴器的結構特征,提出了用聲發(fā)射檢測的平面定位方案。講述了檢測前的準備工作
2009-10-22 16:19:54645
柴油加氫裝置的在線聲發(fā)射檢測與評定
柴油加氫裝置的在線聲發(fā)射檢測與評定摘 要:通過對柴油加氫裝置中選定的有代表性的塔、罐類型的容器同時進行在線聲發(fā)射檢測,將聲發(fā)射檢測、無損
2009-10-22 16:21:37548
聲發(fā)射檢測技術的應用
聲發(fā)射檢測技術的應用 摘 要:聲發(fā)射檢測技術是一種動態(tài)的檢測技術,可提供缺陷隨荷載、時間、溫度等外變量而變化的實
2009-10-22 16:34:44719
高壓球形氣瓶的聲發(fā)射檢測
高壓球形氣瓶的聲發(fā)射檢測
摘 要:針對1.4m3高壓球形氣瓶,開展了結構完整性聲發(fā)射檢測和典型危害性超標缺陷活度聲發(fā)射監(jiān)測,獲
2009-10-22 16:37:07675
刀具磨損、破損的聲發(fā)射監(jiān)控法的研究
刀具磨損、破損的聲發(fā)射監(jiān)控法的研究
摘要:本文討論了聲發(fā)射監(jiān)控法在線監(jiān)控刀具磨損、破損的原理及實現(xiàn)方法。描述了聲發(fā)射信
2009-10-22 16:56:43633
聲發(fā)射試驗過程中避免噪音和干擾的方法
聲發(fā)射試驗過程中避免噪音和干擾的方法 范圍: 該技術說明評論了聲發(fā)射的噪音和防護及濾波方法. 1. 介紹
2009-10-22 17:02:382388
混凝土材料斷裂的聲發(fā)射自相似性識別特征
混凝土材料斷裂的聲發(fā)射自相似性識別特征 摘要 將對材料聲發(fā)射的研究,力學過程的研究,同對材料斷裂損傷等破壞過程的研
2009-10-22 17:29:20589
ASTM/CEN 聲發(fā)射標準
ASTM/CEN 聲發(fā)射標準 CEN 標準歐洲委員會:聲發(fā)射標準 EN 1330-9: 無損檢測,術語,聲發(fā)射試驗條件 prEN 13554: NDT - 聲發(fā)射 - 總則 prE
2009-10-22 17:41:58840
基于聲發(fā)射技術的金屬高頻疲勞監(jiān)測
基于聲發(fā)射技術的金屬高頻疲勞監(jiān)測
本文采用聲發(fā)射技術監(jiān)測高頻疲勞條件下,金屬材料裂紋的擴展。詳細介紹了如何運用軟、硬件處理的方法,從采集到的信號中分
2009-10-26 12:15:38919
固體材料聲發(fā)射技術開發(fā)應用研究
固體材料聲發(fā)射技術開發(fā)應用研究
聲發(fā)源的定位,能做到有的放矢地加固這些巖體工程,預防災害的發(fā)生,減小事故損失。本課題研究在巖體聲發(fā)射特征研究的基礎上
2009-10-26 13:57:42448
鋰離子電池合金負極材料的研究進展
鋰離子電池合金負極材料的研究進展
摘要:綜述了鋰離子電池合金負極材料的研究進展,包括鋁基、錫基以及硅基合金負極材料;對合金負極材料研發(fā)中存在的問題和
2009-10-28 10:31:443469
管道聲發(fā)射檢測配套技術實驗研究
管道聲發(fā)射檢測配套技術實驗研究
在實驗室條件下,建立了一套超聲―聲發(fā)射檢測實驗系統(tǒng)。在不同缺陷情況下,對超聲波傳播特性進行實驗研究
2009-11-15 12:00:46677
刀具磨損、破損的聲發(fā)射監(jiān)控法的研究
刀具磨損、破損的聲發(fā)射監(jiān)控法的研究本文討論了聲發(fā)射監(jiān)控法在線監(jiān)控刀具磨損、破損的原理及實現(xiàn)方法。描述了聲發(fā)射信號的產(chǎn)生及特征以及系統(tǒng)硬件原理圖。實驗及
2009-11-15 12:06:55683
應用聲發(fā)射評定金屬點蝕過程的研究進展
應用聲發(fā)射評定金屬點蝕過程的研究進展
點蝕是金屬腐蝕中最危險的腐蝕形態(tài)。文章介紹了目前應用聲發(fā)射技術對金屬點蝕進行評價的方法,認為應用聲發(fā)射技術探測鋼
2009-11-15 12:10:21565
LY12CZ鋁合金極化腐蝕的聲發(fā)射研究
LY12CZ鋁合金極化腐蝕的聲發(fā)射研究
利用聲發(fā)射技術研究了LY12CZ鋁合金在3.5%NaCl溶液中的極化腐蝕行為。極化曲線和不同恒電位下極化的聲發(fā)射測量顯示,聲發(fā)射事件率
2009-11-15 12:12:52644
LF3鋁合金腐蝕過程聲發(fā)射特性研究
LF3鋁合金腐蝕過程聲發(fā)射特性研究
建立了用聲發(fā)射監(jiān)測金屬腐蝕過程的方法,結合LF3鋁合金在不同濃度硝酸溶液中的腐蝕過程聲發(fā)射實驗數(shù)據(jù),對聲發(fā)射信號特征參數(shù)
2009-11-15 12:13:35844
鋁制及不銹鋼制壓力容器水壓試驗的聲發(fā)射監(jiān)測研究
鋁制及不銹鋼制壓力容器水壓試驗的聲發(fā)射監(jiān)測研究
目前,普通鋼制壓力容器的聲發(fā)射檢測的應用已非常廣泛,且技術已比較成熟,但應用聲發(fā)射
2009-11-15 12:14:35736
LY12CZ鋁合金三點彎曲損傷的聲發(fā)射監(jiān)測
LY12CZ鋁合金三點彎曲損傷的聲發(fā)射監(jiān)測
本文采用聲發(fā)射技術對LY12CZ鋁合金試樣三點彎曲損傷斷裂過程進行監(jiān)測,探索聲發(fā)射技術在金屬構件斷裂損傷研究中的應用。介
2009-11-15 12:15:25682
聲發(fā)射的概念
聲發(fā)射的概念
材料中局域源快速釋放能量產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射(Acoustic Emission, 簡稱AE) ,有時也稱為應力
2009-11-15 12:18:47735
聲發(fā)射檢測的基本原理
聲發(fā)射檢測的基本原理
聲發(fā)射檢測的原理如圖1.1所示,從聲發(fā)射源發(fā)射的彈性波最終傳播到達材料的表面,引起可以用聲發(fā)射傳感器
2009-11-15 12:20:264034
聲發(fā)射技術的特點
聲發(fā)射技術的特點
聲發(fā)射檢測方法在許多方面不同于其它常規(guī)無損檢測方法,其優(yōu)點主要表現(xiàn)為:??? (1) 聲發(fā)射是一種
2009-11-15 12:21:102049
聲發(fā)射數(shù)據(jù)的分析和源的分類
聲發(fā)射數(shù)據(jù)的分析和源的分類
壓力容器聲發(fā)射檢測數(shù)據(jù)的分析和源的分類均是基于時差聲發(fā)射源定位的基礎上進行,聲
2009-11-15 12:36:111275
手持聲發(fā)射儀的研究設計
本文研究開發(fā)了一種手持聲發(fā)射儀,該儀器采用高速A/D轉換器和高性能FPGA等芯片完成實時數(shù)據(jù)采集和處理功能,使用ARM將接收到的信息顯示在LCD屏上,具有便攜、體積小、重量輕、智能化等特點。
2017-09-06 08:47:541
鋰硫電池電化學循環(huán)過程及其正極反應機理的研究進展介紹
詳細地討論了鋰硫電池正極電化學反應機理,論述了利用紫外可見光譜UV+is) 高效液相色譜HPIC)和液相色譜質譜聯(lián)用USMS)多種測試手段對電極反應過程的研究進展,分析了導致鋰硫電池循環(huán)可逆性差的因素,并對其商業(yè)化應用進行了展望。 硫正極電化學過程機理研究
2017-10-01 12:24:5115
基于電磁聲發(fā)射信號的壓縮
電磁聲發(fā)射是一種新型的無損檢測技術,其通過對金屬構件進行電磁加載,在缺陷處產(chǎn)生聲發(fā)射信號,根據(jù)信號特征對金屬構件進行缺陷檢測。針對該技術在測定缺陷位置和類型時連續(xù)多次加載而產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)問題,引入
2018-02-09 16:29:030
聲發(fā)射技術的進展和原理介紹
為滿足管道、大型壓力容器、大型起重機和游樂設備聲發(fā)射檢測與監(jiān)測的需要,研制了一種基于GPS和Wi-Fi技術的16通道高速Wi-Fi無線聲發(fā)射系統(tǒng)。測試結果表明,該系統(tǒng)具有很高的功能,能夠滿足一般聲發(fā)射
2021-03-01 08:00:006
EcoMat: 拓撲半金屬用于電催化析氫反應的研究進展
該工作系統(tǒng)地總結了拓撲半金屬在電催化析氫反應中的研究進展,對比了各種拓撲半金屬的物理模型,闡明了拓撲電子特性在電催化反應中的作用機制,展望了這個領域面臨的關鍵挑戰(zhàn)和未來的研究重點。
2022-12-13 09:51:34938
什么是聲發(fā)射?
聲發(fā)射一種常見的物理現(xiàn)象,大多數(shù)工程材料變形和斷裂時都有聲發(fā)射產(chǎn)生,如果釋放的應變能足夠大,還可產(chǎn)生人耳聽得見的聲音。例如坐在椅子上晃動身體時,可以聽到咯吱聲??墒窃S多材料的聲發(fā)射信號強度一般很弱,人耳不能直接聽見,需要借助靈敏的聲發(fā)射傳感器才能檢測出來。
2023-11-15 14:00:36378
淺談聲發(fā)射技術
通過聲發(fā)射技術定位功能可以直接地知道產(chǎn)生聲發(fā)射源的位置,進而方便對指定區(qū)域進行二次檢查。如常見的儲罐罐底定位,如果采用傳統(tǒng)的超聲波檢測方法可能需要幾個月時間,并且檢測的過程中需要對儲罐進行清理
2023-11-15 14:17:49300
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