AE在木材加工中的应用
Application of acoustic emission in wood processing
朱典想
(南京林业大学木材工业学院)
中图分类号：TB523
前 言
目前为止，声发射技术作为一种全新的无损检测方法，在发达国家已得到广泛应用，我国的声发射技术起步于70年代，通过几十年的发展，已广泛应用于许多领域，如用于压力容器、管道的检测，核工业、航空、航天工业重要部位的检测等，金属材料、复合材料及磁性材料的声发射检测等，也用在金属切削中。在木材加工领域内，AE早已应用在木材及其制品的非破坏检测及干燥应力的监测等方面。在木材切削方面，国内研究虽还是一片空白，但日美等国家已做了一系列研究，并逐步在生产中应用。
1 声发射技术简介(定义、测量、分析)
1.1木材切削中的声发射
在产品加工过程中，由于加工应力的作用，被加工工件的材料缺陷地区应力集中，导致该区域能量集中。当材料的受力达到一定程度后，使得缺陷地区开始发生微观屈服变形，于是应力得到松驰，多余能量以应力波的形式向外释放。这种在材料中传播的应力波就叫做声发射(Acoustic Emission，简称AE)。声发射波的频率范围很宽，从次声频、声频直到超声频，可包括数Hz到数MHz；其幅度从微观的微错运动到大规模宏观断裂，在很大范围内变动。木材切削过程中，机床、刀具和工件中任何一个部件变形破坏释放能量时都将有声发射。与木材切削过程密切相关的声发射源，是工件切削区木材在刀具作用下发生剪切、压缩、弯曲变形破坏所产生的。所以木材切削过程存在如下几种潜在的声发射源：切削区木材剪切区域的塑性变形，切屑在前刀面上的滑动，断裂屑瓣撞击前刀面，产生超越裂缝时的劈裂及切屑断裂，切削平面以下木材层和后刀面的摩擦。因此，在木材切削过程中产生非常丰富的声发射信号。
AE信号可分为突发型和连续型两种。突发型AE信号是在表面上开裂时产生的，其信号幅值较大，各声发射事件之问间隔较长，如刀具的异常磨损、破损时释放的弹性波能量转换成声音传播，主要发出非周期的AE信号。连续型声发射信号幅值较低，事件发生的频率较高，以致难以分为单独事件，比如由木材的弹塑性变形和正常切削发出的AE信号等。
由于AE提供了工件、刀具等状态变化的有关信息，故是一种良好的木材切削在线监测手段。
1.2声发射信号特征参数
(1) 声发射事件
图1是一个突发型信号的波形，经过包络检波后，波形超过预置的阈值电压形成一个矩形脉冲。如果一个突发型信号形成一个矩形脉冲叫做一个事件，这些事件脉冲数就是事件计数。单位时间的事件计数称为事件计数率，其计数的累计则称为事件总数。图2是一个声发射信号的振铃波形，设置某一阈值电压，振铃波形超过这个阈值电压的部分形成矩形窄脉冲，计算这些振铃脉冲数就是振铃技术。图示的振铃计数为5。这是对振幅加权的一种计数方法，如果改变阈值电压，则振铃计数也发生变化。单位时间的振铃计数率(ring—down count rate)称为声发射率，累加起来称为振铃总数。取一个事件的振铃计数称为事件振铃计数或振铃／事件。
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