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技术与应用

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技术与应用

波导杆对声发射信号的影响

发布日期:2019-07-12 15:03    浏览次数:

 对于温度较高的被测件 , 不能直接将常温探头耦合上去进行检测 , 如果全部采用高温探头则成本很高。这时 , 可采用波导杆技术来解决此问题。下面对实际应用中波导杆的声学特性作一介绍 [1 ,2] 。

1  试验设备和器材

试验设备有 SPARTAN AT 型声发射仪 ; R15探头 ; 增益为 40 dB 的 1220 A 前置放大器 ; 耦合剂为真空脂 ; AECAL 2 2 声发射模拟源 ; 激励探头 ;< 4 mm × 800 mm 波导杆 , 两端带 < 16 mm 锥形接头的细波导杆 , 试验钢板材质为 16MnR , 由两块150 mm × 300 mm × 12 mm 钢板对焊而成。
 
2   试验及分析
 
2. 1  声发射模拟源发射的信号特征参数为确定波导杆对声发射信号的实际影响 , 首先要测出直接从模拟源发出的声发射信号的特征参数。为此 , 将 R15 探头与激励探头直接耦合在一起 , 待稳定后 , 每隔 3 min 抽取一个撞击 ( HIT) 的一组声发射信号特征参数 , 共五组见表 1 。
 
           表 1  模拟源声发射信号的特征参数
 
         上升时间    计数    相对能量    持续时间     幅值     频率    到峰计数
             μ s            个           个           μ s             d         kHz           个
             35            48         601          543            96        86            2
             35            47         600          541            96        90            3
             35            49         602          544            95        90            3
             36            50         602          545            96        91            3
             35            48         601          544            96        90            3
 
   2. 2  使用波导杆后声发射信号的特征参数
  如图 1 所示 , 将波导杆一端与钢板焊在一起 , 并把 R15 探头与激励探头耦合在焊接处的钢板上 , 两探头紧靠在一起。待稳定后 , 每隔 3 min 抽取一个HIT 的一组声发射信号特征参数 , 共测五组见表 2 。
 
              表 2   使用波导杆后声发射信号的特征参数
 
             上升时间   计数    相对能量     持续时间     幅值       频率      到峰计数 
               μ s          个           个               μ s            dB         kHz            个
               396       1 677       8 872        16 019         75         107           63
               391       1 670       8 850        16 086         75         107           63
               389       1 668       8 860        16 057         75         105           62
               396       1 680       8 889        16 080         76         107           63
               395       1 672       8 868        16 025         75         107           63
 
       激励探头耦合部位保持不变 , 把 R15 探头耦合在波导杆另一端 , 待稳定后 , 每隔 3 min 抽取一个HIT 的一组声发射信号特征参数 , 共测五组见表 3 。R15 探头耦合在波导杆上不动 , 而把激励探头耦合在距波导杆 220 mm 的位置 ( 不跨焊缝) ,待稳定后 , 每隔 3 min 抽取一个 HIT 的一组声发射信号特征参数 , 共测五组见表 4 。
 
             表 3   R15 探头位于波导杆另一端时的声发射信号特征参数
 
            上升时间    计数    相对能量     持续时间      幅值      频率      到峰计数
               μ s            个          个               μ s             dB        kHz            个
              480         1 729     10 371       18 975          77         90            67
              480         1 725     10 411       18 575          77         90            66
              481         1 726     10 440       17 985         77          89            67
              480         1 723     10 378       18 866         76          90            67
              480         1 729     10 459       18 557         77          90            67
 
            表 4  激励探头距波导杆 220 mm 且不跨焊缝时的声发射信号特征参数
 
           上升时间    计数    相对能量     持续时间      幅值      频率      到峰计数
               μ s            个          个               μ s             dB        kHz            个
              407         1 806     10 757       18 742         77         96            50
              407         1 805     10 760       18 765         77         98            51
              405         1 799     10 751       18 740         77         98            50
              407         1 810     10 788       18 776         78         99            53
              407         1 805     10 785       18 763         77         97            51
 
             R15 探头耦合在波导杆上不动 , 而把激励探头耦合至距波导杆 220 mm 的位置 ( 跨焊缝) ,待稳定后 , 每隔 3 min 抽取一个 HIT 的一组声发射信号特征参数 , 共测五组见表 5 。
 
            表 5  激励探头距波导杆 220 mm 且跨焊缝时的声发射信号特征参数
 
            上升时间    计数    相对能量     持续时间      幅值      频率      到峰计数
               μ s            个          个               μ s             dB        kHz            个
              665         1 802     10 279       17 575         75        102          105
              664         1 807     10 295       17 582         75        102          105
              665         1 807     10 285       17 569         76        101          106
              665         1 809     10 275       17 590         70        102          107
              665         1 802     10 280       17 559         75        102          106
 
       2. 3  试验结果分析声发射信号经过波导杆后 , 其特征参数发生了相应变化 , 对比表 2 和表 3 可知 , 所选定的七个参数中除频率变小外 , 其余参数的值均有所变大 , 其中参数平均变化率为 , 上升时间 + 21 %; 计数 + 3 %; 相对能量 + 17 %; 持续时间 + 17 %; 幅值 + 2. 7 %; 频率- 16 %; 到峰计数 + 6 % 。可见 , 从参数幅值来看 , 此类波导杆对声发射信号不但没有衰减反而有微量的增益作用。从表 3 ~ 5 可知 , 在声发射源距离波导杆220 mm 时 , 不跨越焊缝声发射信号特征参数无明显变化 ; 而跨越焊缝时 , 声发射信号经过焊缝后信号特征参数有一定变化 , 这说明在使用波导杆后 , 焊缝对声发射信号特征参数的影响仍然存在。
 
      2. 4  波导杆中声发射信号传播速度的测定激励探头耦合在钢板上 , 把一个 R15 探头耦合在波导杆与钢板上的焊接处 , 另一个 R15 探头耦合在波导杆顶部 , 待稳定后 , 每隔 3 min 测量一个 HIT的一组声发射信号的接收时间 , 共测三组数值分别为 0. 176 6 ,0. 176 8 和 0. 176 8 ms 。声速的计算公式为 V = S/ Δ t , 式中传播距离S = 800 mm , Δ t 为时间差 , 算出的三个 HIT 的声速分别为 4 530 ,4 525 和 4 525 m/ s 。可见 , 波导杆中的声速为 4 525 ~ 4 530 m/ s 。
 
    3  结论
 
   (1) 使用波导杆后 , 声发射信号的特征参数将有所改变 , 但计数和幅值两个参数的值变化很小。
 
   (2) 使用波导杆后 , 焊缝对声发射信号的特征参数影响仍然存在 , 但对计数和幅值两个参数值的影响不大。
 
   (3) 波导杆对声发射信号幅值有微量增益作用。
 
   (4) 实际检测时 , 建议重点关注计数和幅值两个特征参数值的变化。
 
   ( 5) 使用波导杆后 , 由于波导杆中的声速与被检设备中 ( 即钢板 ) 的声速不同 , 在声发射检测时 , 只能使用一个声速对声发射源的传播距离进行计算。当使用被检设备中的声速时 , 用于声发射源定位计算的声速较声发射信号在波导杆中的实际声速要小 , 故影响声发射源的定位位置 ; 当使用波导杆中的声速时 , 则用于声发射源定位计算的声速较声发射信号在被检设备中的实际声速要大 , 故也影响声发射源的定位位置。因此 , 当使用波导杆后 , 无论使用哪个声速对声发射源定位进行计算 , 声发射源的定位精度都将受到影响。