河北大学质量技术监督学院（河北大学质量技术监督学院，071000）
摘要：随着电力的普及，发电厂的重要性不言而喻。但是作为发电厂常用材料的Q345，常用作压力容器的材料，且基本都处于高温高压的运行环境下，安全监控出现问题会直接引起事故发生。同时，传统检测技术耗时费力[1]。为此，本文使用声发射检测技术对发电厂中常用材料Q345进行检测。声发射检测是无损检测的新兴方法，对于缺陷的检测以及评价材料的危险程度等具有重要意义，同时，还可以进行动态的监测，以减少人力的使用，降低成本，提高工作效率。本文针对Q345在拉伸过程中所采集的信号进行分析，为声发射检测技术对材料损伤表征提供数据支持。
关键词：发电厂；Q345；声发射；应用
1.声发射检测技术
声发射，是无损检测方法之一，材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射(Acoustic Emission, 简称AE)，有时也称为应力波发射[2]。材料在应力作用下引起塑性变形与裂纹扩展，是结构失效的重要机制，同时这种直接与变形和断裂机制有关的源，被称为声发射源。声发射检测技术是指通过仪器，进行探测、记录、分析声发射信号，并利用声发射信号对声发射源的状态做出判断的一种无损检测技术[3]。近年来我国在声发射检测的研究已经取得了一系列的成果。沈功田[4]对金属压力容器和常压金属储罐的声发射监测及安全评价方法进行了深入探索，并且取得了较大的经济效益。何存富等[5]对声发射信号处理方法的研究，证明了利用声发射技术可以实现对滚动轴承的健康监测。但是，我国现阶段对于声发射的研究大多数还停留在理论研究，对于声发射的应用探索还比较局限，尤其是在声发射信号的处理方法以及开发符合多种工业用途的声发射检测设备上。
2.试验方案
为确保材料的真实性和试验的可靠性，对发电厂常用材料Q345在加工式样前，进行无损检测，以排除制作式样料存在内部宏观缺陷的可能。然后制备长*宽*高（mm）为275*30*5的拉伸板材试件。本文材料力学试验采用万能试验机，声发射检测系统采用德国Vallen的AMSY-5型全数字全波形声发射检测仪以及两只声发射谐振式探头VS150-RIC ，经比较，均能满足试验需要。
图2 试件尺寸图
实验开始前，按上表设置实验参数，对式样预加50N保证夹具及式样充分接触后，加载系统开始以3mm/min的速度加载，同时采集AE信号，直到实验结束[6]。
3.实验结果分析
由拉伸曲线变化图可以明显看出，Q345钢具有典型的塑性材料特征，可以根据不同的力学特性将其分成弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和断裂阶段四个阶段，将这四个阶段所采集的声发射信号装换成特征参数，就可以进行声发射信号特征参数与各个力学阶段的映射。
图3 力学历程图
本文主要选择了Q345钢在拉伸过程产生的撞击计数、能量和幅值的历程图进行分析，其历程图如图所示。
图4 AE特征参数历程图
（1）弹性阶段（0～0.703mm）。由图可知，Q345钢在弹性阶段几乎没有声发射信号产生，只有少量的低能量和低幅值的声发射信号，这是由于材料内部只发生原子间距离的伸长或者缩短，仅会引起原子间势能的变化，几乎没有应变能的释放。
（2）屈服阶段(0.703～4.412mm)。随着载荷的增加，试件开始出现变形并逐渐发生屈服现象，从屈服阶段开始，各种声发射信号特参数急剧增加，并持续到屈服阶段的结束端，可以看出屈服阶段是整个过程中主要声发射信号产生的阶段，并且在屈服阶段的开始端和结束端还会产生密集的高能量信号，这些信号高达96dB，并且在整个的过程中特别突出。
(3)强化阶段（4.412～31.886mm）。在强化阶段中存在主要分布在200 μV·ms 以下的低能量信号以及主要在 65～80 dB的低幅值的信号，并且其信号的数量在逐渐减少，这是由于该阶段已经产生了完全的塑性变形，晶粒的可动位错量越来越少，表面滑移线也趋于明显。
（4）断裂阶段（31.866～40.560mm）。由图可以看出，在试件发生颈缩的过程中，时间的声发射特征参数基本都为0。在进入断裂阶段后，有少量的高达950 μV·ms的高能量信号和高达96dB的高幅值信号出现，其能量参数在该阶段的增加比较明显，其他特征参数相对较低，也说明了在断裂阶段出现的声发射信号多为高能量的声发射特征信号[7]。
4.结论
总体看来，Q345钢声发射特征信号参数在屈服阶段和强化阶段所占整个拉伸过程的比例都比较高，在断裂阶段出现了少量的高能量信号和高幅值信号，可以较好地反映材料在受力的过程中其声发射信号特征。通过建立拉伸测试和声发射检测系统，并结合在不同力学阶段的损伤程度以及声发射参数历程图的分析和研究，声发射检测技术可以更好地对材料的损伤过程进行表征，为后续声发射检测应用的拓展奠定了理论基础和数据支持。
参考文献
[1]毛伟强. 京泰发电厂设备状态检修项目全过程管理研究[D].西安建筑科技大学,2018.
[2]王振京. 钢结构疲劳裂纹扩展声发射监测及预警参数的研究[D].南昌航空大学,2017.
[3]王慧晶，林哲，赵德有． 声发射技术在工程结构疲劳损伤监测中的应用和展望［J］． 振动与冲击，2007，26( 6) : 158 －161．
[4] 沈功田． 金属压力容器和常压储罐声发射检测及安全评价技术与应用［J］． 中国特种设备安全，2016，32(7):1-5．
[5]何存富，张君娇，沈功田，等． 大型观览车滚动轴承的声发射特性［J］．北京工业大学学报，2013，39(5):653-659．
[6] 彭国平,张在东,卢超,李秋锋.Q345钢拉伸损伤过程声发射特征参数表征及定量评价[J].无损检测,2018,40(01):50-54.
[7]彭国平,张在东,胥凯晖,卢超,李秋锋,尤立华.Q345R疲劳损伤过程声发射信号特征分析[J].失效分析与预防,2017,12(06):342-347
论文作者:曹彪 李杰 吴鹏浩
论文发表刊物:《知识-力量》2019年1月中
论文发表时间:2018/11/26
标签：信号论文; 阶段论文; 材料论文; 特征论文; 参数论文; 发电厂论文; 检测技术论文; 《知识-力量》2019年1月中论文;