应用声发射评定金属点蚀过程的研究进展
摘要: 点蚀是金属腐蚀中最危险的腐蚀形态。文章介绍了目前应用声发射技术对金属点蚀进行评价的方法,认为应用声发射技术探测钢点蚀,无论是实验室条件下还是在实际工程上,都是一种有效的工具。但是关于声发射信号源的产生,学者们却持不同的观点。他们认同的一种观点是点蚀的扩展伴随声源活动性的增加,而且在点蚀速率和声源活动性之间存在一定的相关性。结果证明声发射技术的特殊性质正适合于对结构材料的监测。
关键词: 声发射(AE);金属点蚀;评定
1 引言
点蚀是一种高度集中的局部腐蚀形态, 其破坏性比全面腐蚀大得多。特别是不锈钢在含有氯化物的介质中往往易产生点蚀, 其结果是在材料表面几乎保持原样的情况下有蚀坑形成, 小而深的孔可能使金属板穿孔,引起物料流失、火灾、爆炸等事故,它是破坏性和隐患最大的腐蚀形态之一。虽然目前有很多研究点蚀的方法,如循环极化(最常用的方法)、微观金相学、维氏硬度测量、决定点蚀电压的推断法
和热电流法,但它们都不能应用于工程实践。声发射(AE)技术具有对研究的材料无损害的优点,因此是实验室和现场研究点蚀的有效方法。
2 声发射技术概述
声发射是指物体在受到形变或外界作用时，因迅速释放(弹性)能量而产生瞬态应力波的一种物理现象。其基本原理为:当材料中有声发射现象究工作。发生时由声源发射出的每一个声信号都包含了材料内部结构、缺陷性质和状态变化的丰富信息。因此，声发射检测技术的基本原理就是用灵敏的仪器来接收和处理这些声信号，通过对声发射源特征参数（能量、计数、事件、延迟、上升时间等）的分析和研究，推断出材料或结构内部活动缺陷的位置、状态变化程度和发展趋势。若将背景噪声识别和辅助信息（例如载荷、位移、温度和应变等）的综合分析考虑在内。
3 应用声发射探测金属点蚀过程的理论研究进展早在20 世纪80 年代就有不少学者研究过腐蚀过程的声发射现象, 并试图利用AE技术来监测腐蚀过程。当时研究较多的是应力腐蚀开裂过程中的声发射。由于一般采用窄带AE传感器接收信号,并使用参数分析方法，人们很难将接收到的AE信号与产生AE的源机制相联系。因此,有关这方面的研究一直进展不大。20 世纪90 年代后,随着全数字声发射仪器和宽带AE传感器的出现,加上模态声发射理论的建立,人们在研究源机制方面取得不小进展, 这也为研究金属点蚀过程产生AE的源机制奠定了基础。文献对金属点蚀的AE源机制作了深入的理论研究,指出点蚀是由于(钝化)膜破裂引起的,而伴随膜破裂过程会向物体施加一作用力,从而产生应力波即声发射。另外,在腐蚀发生时,微小氢气泡的破裂也会产生AE信号,其原理与膜破裂相同。文献认为该力可分为沿板平面方向(IP)分量和垂直板平面方向的(00P)分量。其板结构坐标示意图见图2。通过计算,金属点蚀AE信号有典型的扩展波和弯曲波特性。根据声波到达两传感器的时差可以估算出其传播速度,从而与噪声信号相区别。为了证明声发射确实可以检测到金属腐蚀信号,
计算出板厚为2mm的合金铝在其膜破裂过程中产生的F力（仅先考虑纵波的贡献）在垂直方向的质点位移为9×10.15相应于该位移所产生的电压值为17uV，由于该电压远大于前置放大器的输入噪声水平（2.5uV有效值或7.5uV峰值),从而从理论上说明点蚀过程中的气泡或膜破裂所产生的声信号是可以被检测到的。
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