基于聲發射的RT軌道機疲勞加載信號特征提取與分析

楊 帥

（上海海事大學，中國 上海201306）

0 引言

材料中局域源快速釋放能量產生瞬態彈性波的現象稱為聲發射(Acoustic Emission，簡稱AE)，有時也稱為應力波發射。材料在應力作用下的變形與裂紋擴展，是結構失效的重要機制。這種直接與變形和斷裂機制有關的源，被稱為聲發射源。通過AE技術對波形信號的提取和處理，可以分析材料內部結構產生的細觀變化、材料變形、變形擴大以及完全變形或斷裂的宏觀變化。上海振華港機RT軌道機經常斷裂，本文通過聲發射在疲勞加載情況下對RT軌道機斷裂原因進行探究。

1 實驗材料與裝置

1.1 材料

本文研究對象為振華港機RT軌道機，焊縫有一道焊，二道焊，船型一道焊，二道焊等。

1.2 加載裝置及檢測裝置

本實驗在天津大學高頻疲勞機SO3上對不同焊縫的金屬試件進行疲勞加載，數據采集設備為美國物理聲學公司(PAC)的數字聲發射采集儀，傳感器為諧振式傳感器；頻率范圍50-200kHz；中心頻率：150kHz；耦合劑：硅油脂。

2 實驗準備

2.1 傳感器布置

傳感器布置及試件尺寸如下圖所示：

圖1

2.2 儀器設置

打開聲發射采集軟件AEWin，對聲發射儀器的硬件參數進行設置如下表所示：

表1

其中聲發射參數PDT，HDT，HLT分別代表峰值定義時間，撞擊定義時間，撞擊閉鎖時間。波速度測定為：首先在試件兩端各布置一個傳感器，記錄兩個傳感器之間的距離為S，然后連接聲發射儀器的1,2通道，在1號傳感器根部做斷鉛實驗，在軟件行顯示中觀察斷鉛信號到達2號傳感器的時間為t,則波速度v=S/t。

2.3 靈敏度標定

傳感器布置好后，在各個傳感器根部做斷鉛實驗，觀察每個通道的幅值，若幅值達到90以上說明傳感器正常，然后開始疲勞加載，打開聲發射采集軟件采集數據。

3 具體實驗分析

由于數據量較大本報告只針對編號為6-22，焊縫為船型一道焊的試件進行分析，試件具體加載參數如下表所示：

表2

3.1 具體參數分析

（1）加載過程聲發射信號的幅值特性

圖2

由上圖可以看出，1通道幅值為45db時撞擊數最多，3,4通道幅值為50db時撞擊數最多，均為剛過門檻值的撞擊，高幅值的撞擊很少。整個過程中1通道幅值大部分在60db以下，3,4通道在500s左右幅值大幅增加，可能是震動較激烈導致。

（2）加載過程聲發射信號持續時間特性

圖3

從上圖可以看出三個通道聲發射信號在350s左右和500s左右持續時間較長，3、4通道較1通道持續時間幅值更大，在800s附近有小的凸起，在整個加載過程持續時間分布范圍較廣。

3.2 時域和頻域分析

導出采集到的聲發射信號為Excel格式，每個通道截取斷裂前幾分鐘的數據，把這些數據匯總整理后進行分析，得到1,3,4通道時域和頻域圖如圖4所示。

從圖4我們可以看出斷裂時域信號有沖擊信號，頻域大多集中在100K、250K頻帶范圍左右這可能是噪聲也可能是聲發射信號，因此我們又對各個通道剛開始采集一分鐘左右信號進行時域和頻域分析，四通道圖如圖5所示。

圖4

圖5

由四通道圖我們可以看出時域信號也有沖擊信號，頻域主要集中在100K和250K左右，其余兩個通道與其類似，因此可大致判斷100K和250K為噪聲信號主要來源于試件與夾具的摩擦和機器噪聲。

4 總結

由以上分析我們可以得出通過聲發射對RT軌道機斷裂過程進行分析，由于采集到的現場數據極其復雜，噪聲信號過大，單純的參數和時域頻域分析不能分析出具體的信號特征，下一步我們應該尋找好的信號處理方法及算法。

［1］伊萬諾夫BH,別洛夫BM.焊接和焊接接頭的聲發射檢測[M].北京：機械工業出版社,1987.

［2］GB/T18182-2000金屬壓力容器聲發射監測及結果評估方法[S].2000.

［3］謝朝陽.聲發射信號處理方法分析[J].中國科技信息.

［4］耿榮生,沈功田,劉時風.聲發射信號處理和分析技術[J].無損檢測,2002,24(1)：23-28.

［5］沈功田,戴光,劉時風.中國聲發射技術進展——學會成立25周年紀念[J].無損檢測,2003,6.

［6］王仲生.無損檢測診斷現場實用技術[M].北京：機械工業出版社,2002,8.

［7］中國無損檢測學會聲發射專業委員會：全國第四屆聲發射會議[C].黃島,1989.

［8］中國無損檢測學會聲發射專業委員會：全國第八屆聲發射會議[C].上海,1999.