應(yīng)用聲發(fā)射評(píng)定金屬點(diǎn)蝕過程的研究進(jìn)展
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摘要: 點(diǎn)蝕是金屬腐蝕中最危險(xiǎn)的腐蝕形態(tài)。文章介紹了目前應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)金屬點(diǎn)蝕進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法,認(rèn)為應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)探測(cè)鋼點(diǎn)蝕,無論是實(shí)驗(yàn)室條件下還是在實(shí)際工程上,都是一種有效的工具。但是關(guān)于聲發(fā)射信號(hào)源的產(chǎn)生,學(xué)者們卻持不同的觀點(diǎn)。他們認(rèn)同的一種觀點(diǎn)是點(diǎn)蝕的擴(kuò)展伴隨聲源活動(dòng)性的增加,而且在點(diǎn)蝕速率和聲源活動(dòng)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(duì)結(jié)構(gòu)材料的監(jiān)測(cè)。
關(guān)鍵詞: 聲發(fā)射(AE);金屬點(diǎn)蝕;評(píng)定
1 引言
點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)蝕的方法,如循環(huán)極化(最常用的方法)、微觀金相學(xué)、維氏硬度測(cè)量、決定點(diǎn)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(shí)踐。聲發(fā)射(AE)技術(shù)具有對(duì)研究的材料無損害的優(yōu)點(diǎn),因此是實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)研究點(diǎn)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(shí)，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(dāng)材料中有聲發(fā)射現(xiàn)象究工作。發(fā)生時(shí)由聲源發(fā)射出的每一個(gè)聲信號(hào)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(cè)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(hào)，通過對(duì)聲發(fā)射源特征參數(shù)（能量、計(jì)數(shù)、事件、延遲、上升時(shí)間等）的分析和研究，推斷出材料或結(jié)構(gòu)內(nèi)部活動(dòng)缺陷的位置、狀態(tài)變化程度和發(fā)展趨勢(shì)。若將背景噪聲識(shí)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(cè)金屬點(diǎn)蝕過程的理論研究進(jìn)展早在20 世紀(jì)80 年代就有不少學(xué)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(cè)腐蝕過程。當(dāng)時(shí)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(hào),并使用參數(shù)分析方法，人們很難將接收到的AE信號(hào)與產(chǎn)生AE的源機(jī)制相聯(lián)系。因此,有關(guān)這方面的研究一直進(jìn)展不大。20 世紀(jì)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?cè)谘芯吭礄C(jī)制方面取得不小進(jìn)展, 這也為研究金屬點(diǎn)蝕過程產(chǎn)生AE的源機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。文獻(xiàn)對(duì)金屬點(diǎn)蝕的AE源機(jī)制作了深入的理論研究,指出點(diǎn)蝕是由于(鈍化)膜破裂引起的,而伴隨膜破裂過程會(huì)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(shí),微小氫氣泡的破裂也會(huì)產(chǎn)生AE信號(hào),其原理與膜破裂相同。文獻(xiàn)認(rèn)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(biāo)示意圖見圖2。通過計(jì)算,金屬點(diǎn)蝕AE信號(hào)有典型的擴(kuò)展波和彎曲波特性。根據(jù)聲波到達(dá)兩傳感器的時(shí)差可以估算出其傳播速度,從而與噪聲信號(hào)相區(qū)別。為了證明聲發(fā)射確實(shí)可以檢測(cè)到金屬腐蝕信號(hào),
計(jì)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(xiàn)）在垂直方向的質(zhì)點(diǎn)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(yuǎn)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(diǎn)蝕過程中的氣泡或膜破裂所產(chǎn)生的聲信號(hào)是可以被檢測(cè)到的。
評(píng)論