异种钢接头热影响区裂纹扩展声发射特征信号分析

文中以P92钢与Ni基焊材焊接热影响区为研究对象,通过采集紧凑拉伸试验过程中异种钢接头热影响区启裂及裂纹扩展的声发射特性信号,分析裂纹扩展的声发射信号幅值、频率分布、能量及振铃计数等特征参数,同时分析声发射特征信号与断口形貌之间的对应关系。结果表明：裂纹扩展声发射信号均为突发型信号,频率主要集中在50～200 kHz;裂纹稳定扩展的声发射信号具有平均幅值较低、总能量和振铃计数率参数变化平缓的特点;裂纹失稳扩展的声发射信号具有平均幅值较高、总能量和振铃计数率参数呈瞬时增加的特点;裂纹稳定扩展阶段的声发射特征信号与韧性断口特征相对应;裂纹失稳扩展阶段的声发射特征信号与准解理断裂或解理断裂特征相对应。     

铝合金疲劳裂纹扩展声发射监测

采用声发射(acoustic emission,AE)技术对7N01铝合金单边缺口三点弯曲试样不同应力比、不同峰值载荷下疲劳裂纹扩展过程中声发射信号进行了监测,建立了裂纹扩展速率、声发射计数(count)与应力强度因子之间的关系.结果表明,大部分的声发射信号主要产生于疲劳循环载荷的低应力阶段,这主要是低应力阶段的声发射活动主要与裂纹尖端的塑性变形和裂纹闭合现象有关,声发射计数与应力强度因子之间呈指数增长的关系.基于所建立的声发射计数率与裂纹扩展速率的关系,可以预测疲劳损伤结构的剩余寿命.     

起重机箱形梁结构表面裂纹扩展的声发射特性

采用声发射技术监测带有表面焊接裂纹的箱形梁结构的三点弯曲试验。分析了箱形梁试件受载弯曲过程中裂纹扩展的声发射信号特征,比较了加载过程中不同载荷水平下定位源信号的声发射参数特征。研究发现,表面裂纹扩展的声发射信号为突发型信号,其幅度主要为45～60dB,频率主要分布在100～450kHz。试验结果表明,线定位方法可以对箱形梁试件中的裂纹缺陷进行准确定位。     

活塞杆疲劳裂纹声发射监测的实验研究

介绍声发射技术用于活塞杆疲劳裂纹的监测研究,分析声发射信号与活塞杆疲劳裂纹扩展过程的关系。通过实验结果表明,采用声发射技术可以对活塞杆疲劳裂纹进行监测,证明声发射技术在活塞杆监测上的可行性。     

多疲劳裂纹扩展的声发射特性研究

用声发射对低强度材料LD31铝材和A3钢双疲劳裂纹扩展过程进行了监测,得到了声发射参数与裂纹扩展速率的对应关系。介绍利用后处理线定位参数调整及载荷滤波降低噪声的具体方法。     

齿轮表层疲劳裂纹扩展的声发射模型

齿轮表面的疲劳磨损是齿轮故障的主要形式之一。从弹性力学的能量理论角度,推导出了齿轮齿表疲劳裂纹在扩展时的能量关系,并根据声发射信号的特征,构造出齿表疲劳裂纹在扩展时产生的声发射信号的理论模型,说明了影响声发射信号能量强度的主要因素为裂纹扩展时间、形变体积及载荷和弹性模量的变化率,从理论上证明了声发射技术用于检测疲劳磨损的可行性。     

声发射源特性的神经网络模式识别研究

提出一种对声发射源活动情况进行模式识别的方法。该方法以裂纹的形成、扩展和断裂三个阶段为声发射源,通过对声发射的参数进行采样和分析,利用不同类型的人工神经网络进行模式识别,以判断理解纹的危害程度。该方法也可用于区别噪声、泄漏、裂纹等不同声发射源的声发射信号,以判断缺陷的类别。     

轧制AZ31B镁合金腐蚀疲劳过程中的声发射信号分析

利用全数字声发射系统研究了轧制AZ31B 镁合金腐蚀疲劳过程中的声发射信号.结果表明,轧制AZ31B镁合金在NaCl溶液中的腐蚀疲劳过程主要存在4种声发射源,其中与腐蚀相关的两种信号分别对应于阳极溶解和阴极析氢,前者属于板平面内激励源,产生扩展波信号;后者属于板平面外激励源,产生弯曲波.与载荷相关的两种信号分别对应于塑性变形的连续型信号和裂纹扩展阶段高载荷阶段出现的裂纹扩展信号.腐蚀相关的声发射信号存在于整个疲劳过程,而塑性变形信号只发生在疲劳过程中特定的应力阶段.     

声发射技术在疲劳裂纹监测中的应用

主要介绍了声发射技术在金属结构试件疲劳试验中的应用,对带孔金属铝板的疲劳裂纹萌生的声发射监测进行了研究,并且对采集到的声发射信号进行了处理与分析。声发射监测技术可以实现结构疲劳裂纹萌生的早期实时监控和扩展趋势的判断。     

飞机疲劳开裂声发射波形信号的人工神经网络模式识别方法

利用SOM神经网络,对分类挑选的飞机疲劳过程采集的声发射波形信号进行模式识别分析,得到一组(300个)疑似裂纹的波形信号。其特点有:频谱图上同时出现三个明显的峰值,其能量相对较大,且频率基本固定。其中,第三峰值频率(168.5kHz)与先前的试验数据(175.8kHz)相接近,已具备了较明显的裂纹特征。     

ZL101铝合金低周疲劳行为研究

研究了ZL101-T6铝合金的拉压低周疲劳行为,并重点分析了疲劳裂纹在材料中萌生与扩展的过程。通过扫描电镜和金相显微镜的观察分析表明:共晶硅相的断裂是材料低周疲劳裂纹萌生的主要方式,硅颗粒断裂的数量随疲劳循环周次的增加而增加,应变幅值的增加加快了硅颗粒的断裂速率,使疲劳裂纹的萌生速率加快;疲劳裂纹在循环初期主要通过断裂硅颗粒的互相连接进行扩展,随疲劳裂纹的长大,裂纹可穿过铝基体连接形成主裂纹并导致材料破坏,穿晶断裂为最终断裂的主要特征。     

飞机疲劳试验裂纹声发射信号的人工神经网络模式识别

对某型飞机疲劳试验过程中采集的信号,先后采用频谱、多分辨率小波方法对原始信号作了分析,但这两种方法的分析结果不甚理想,从而改用人工神经网络模式识别的方法提取出了可能是裂纹信号的波形信号。该试验为类似疲劳试验等强噪声环境下的声发射信号模式识别提供了一种可供参考的方法。     

喷丸对预腐蚀后铝合金疲劳性能的影响

目的分析喷丸对铝合金腐蚀损伤构件疲劳性能的影响,为飞机构件的维修提供有效指导。方法以未喷丸、三面喷丸、三面喷丸腐蚀后再三面喷丸3类不同表面状态的7075铝合金试样为研究对象,改变Na Cl溶液质量分数、时间、温度,获得两种程度不同的腐蚀损伤,通过疲劳寿命、断裂位置、断口形貌,分析表面喷丸状态对铝合金疲劳性能的影响。结果腐蚀损伤较轻时,喷丸试样的疲劳寿命为未喷丸试样的7.84倍,喷丸试样腐蚀后若再喷丸处理,疲劳寿命是不再喷丸试样的1.62倍。未喷丸试样的断裂位置位于截面突变颈部区域,另两类喷丸试样的断裂位置则在夹持段前端。未喷丸试样的裂纹在断口表面的边缘位置形成,喷丸试样的中心区域形成光滑平整的稳态扩展区。腐蚀损伤严重时,喷丸处理仍然会提高铝合金的疲劳寿命,但3类不同表面状态试样的疲劳寿命差距会缩小;从试样断裂位置、断口形貌看,3类试样的差异也会弱化。结论铝合金腐蚀损伤件若腐蚀前进行表面先喷丸处理,疲劳性能会有明显提升;若腐蚀后再喷丸处理,疲劳性能还会进一步提升;喷丸处理还会削弱铝合金外形截面突变处的应力集中,抑制疲劳裂纹在构件表面的萌生及延伸。     

高速列车用A6N01铝合金疲劳裂纹研究

通过疲劳试验研究了高速列车用A6N01铝合金疲劳裂纹的扩展。采用光学显微镜和扫描电镜分析了该铝合金的断口形貌和组织。结果表明,A6N01铝合金裂纹萌生于合金中的杂质和气孔处,裂纹扩展区存在疲劳裂纹,瞬断区具有较好的韧性。但合金的强度较低,疲劳试验时易断裂。     

2A12铝合金动态腐蚀-疲劳耦合失效机理研究

目的 针对某飞机吊挂结构用2A12铝合金开展预腐蚀后的动态腐蚀-疲劳耦合试验,很快发生断裂行为,寻找失效原因并提出解决措施.方法 利用自制的卧式动态腐蚀-疲劳试验装置,开展2A12铝合金预腐蚀后的腐蚀-疲劳协同试验直至样品断裂.同时,对比开展2A12铝合金腐蚀与疲劳交替试验,分析断口腐蚀形貌、元素含量、价态变化,获得2A12铝合金在两种试验方法下的腐蚀疲劳机理.结果 2A12铝合金主要由铝基体以及弥散分布其中的多种合金强化相组成.当有预裂纹时,2A12铝合金在腐蚀与疲劳交替作用下,很快发生疲劳断裂,且裂纹几乎贯穿整个断面,在整个裂纹附近存在较多的腐蚀产物Al2O3.2A12铝合金在预腐蚀后,基体与其表面的氧化膜之间形成腐蚀电池,初期的点蚀孔快速发展成明显腐蚀坑并产生大量腐蚀产物Al2O3,腐蚀坑底部由于应力集中现象而成为裂纹源,在动态腐蚀-疲劳耦合作用下快速萌生裂纹并呈放射状扩展,很快发生疲劳断裂行为,同时裂纹扩展区无腐蚀产物.结论 2A12铝合金用作飞机吊挂结构件时,必须进行表面防腐处理,避免形成腐蚀坑,减缓吊挂结构发生腐蚀-疲劳断裂进程.     

Effect of stress ratio on long life fatigue behavior of Ti-Al alloy under flexural loading

A new ultrasonic three-point bending fatigue test device was introduced to investigate fatigue life ranging up to 10^10 cycles and associated fr＇dcture behavior of Ti-Al alloy. Tests were performed at a frequency of 20 kHz with stress ratio R=0.5 and R=0.7 at ambient temperature in air. Three groups of specimens with different surface roughness were applied to investigate the effect of surface roughness on fatigue life. Furthermore, optical microscopy（OM） and scanning electron microscopy（SEM） were used for microstructure characteristic and fracture surface analysis. The S-N curves obtained show that fatigue failure occurs in the range of 10^5-10^10 cycles, and the asymptote of S-N curve inclines slightly in very high cycle regime, but is not horizontal for R=0.5. Fatigue limit appears after 10s cycles for R=0.7. Surface roughness （the maximum roughness is no more than 3 μm） has no influence on the fatigue properties in the high cycle regime. A detailed investigation on fatigue fracture surface shows that the Ti-Al alloy studied here is a binary alloy in the microstructure composed of α2-Ti3Al and γ-Ti-Al with fully lamellar microstructure. Fractography shows that fatigue failures are mostly initiated on the surface of specimens, also, in very high cycle regime, subsurface fatigue crack initiation can be found. Interlamellar fatigue crack initiation is predominant in the Ti-Al alloy with fully lamellar structure. Fatigue crack growth is mainly in transgranular mode.     

Corrosion Fatigue Behavior of 7A85 Aluminum Alloy Thick Plate in NaCl Solution

The S–N curves of 7A85-T7452 aluminum alloy in laboratory air and in neutral 3.5 wt% NaCl solution were obtained by axial fatigue tests. Results show that the detrimental effect of the aggressive solution was not noticeable at high-cyclic-stress regions, but the effect was significant at low-stress region. Corrosion fatigue mechanism was discussed by corrosion morphology analysis, fracture surface analysis and microstructure characterization. It was found that the corrosion fatigue crack commonly initialed at the localized intergranular corrosion site. TEM analysis showed that the microstructures of 7A85-T7452 aluminum alloy were characterized by fine and homogeneously distributed matrix precipitates, as well as continually distributed anodic grain boundary precipitates. The types of microstructures are the reason for its intergranular corrosion susceptibility. The corrosion fatigue process of 7A85 aluminum alloy in 3.5 wt% NaCl solution can be divided into four stages: the crack initiation stage, the stable growth stage with low and high growth rate and the final rupture stage. The sodium chloride solution mainly affected the crack initiation stage and the stable growth stage with low growth rate, and when the crack growth rate reached a threshold, the effect was reduced.     

7075铝合金FSW接头腐蚀疲劳性能及断裂特征

以7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头为研究对象,对其显微组织结构、3.5% NaCl(质量分数)溶液腐蚀疲劳寿命和腐蚀疲劳断裂特征进行了研究,分析了7075铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀疲劳性能及断裂过程.结果表明,7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳S-N曲线方程为lgN=5.845-0.014S,随着应力幅增大,腐蚀疲劳寿命大幅度降低;腐蚀疲劳裂纹起源于接头的热影响区,逐渐扩展最终断裂于接头的焊核区.腐蚀疲劳断口存在多个裂纹源,且受到应力集中作用的影响,裂纹源萌生于腐蚀坑处.高应力作用加剧了试样边角部分的腐蚀损伤,导致边角比平面位置腐蚀程度更严重.裂纹扩展区出现了明显的晶间断裂和疲劳辉纹;在腐蚀介质和交变载荷的共同作用下,裂纹扩展区腐蚀程度最重,晶界处产生了阳极溶解现象并产生了“冰糖块状”和“蚁巢状”的形貌特征;瞬断区产生了大量解理台阶和二次裂纹,为脆性断裂,在第二相粒子分布区域存在孔洞形貌特征.     

Quantifying the Influences of Carbides and Porosities on the Fatigue Crack Evolution of a Ni-Based Single-Crystal Superalloy using X-ray Tomography

The detrimental effects of carbides and porosity on the fatigue crack initiation and propagation of nickel-based single-crystal superalloys have been reported by many previous studies. However, few studies have quantitatively compared the fatigue damaging effects of carbides and pores on the fatigue crack evolution. In this study, a high-resolution X-ray computed tomography (XCT) characterization of a DD5 nickel-based single-crystal superalloy during fatigue test was performed. The evolution of carbides, pores and cracks at all stages was observed and tracked. In order to quantify the 3D microstructures, a new damage factor that correlates the morphology of fracture surface with crack evolution behaviors was proposed. It was found that porosity was more detrimental than carbides in crack initiation and propagation during fatigue tests. Furthermore, pore spacing has been found to be the most significant factor among all controlling pore characteristics in the crack initiation stage and sphericity is the most critical pore characteristic in the crack propagation stage. Therefore, by statistically analyzing the evolution of carbides and pores during fatigue tests in this study, the underlying fatigue cracking mechanism of nickel-based superalloys is revealed.     

铝合金前臂断裂失效分析

某表面镀铜的铝合金前臂连接杆受单向下压应力作用,使用3个月后发生开裂,通过化学成分分析、宏观及微观断口分析、高倍金相检验、力学性能试验、显微硬度测定等方法对铝合金杆断裂原因进行了综合分析,结果表明：铝合金杆是弯曲应力作用下的疲劳断裂,疲劳从表面线性起裂,镀铜前材料本身存在裂纹缺陷,镀铜进一步渗入基体材料,工作中铝合金杆受到了单向应力进而加速导致疲劳开裂。