劳动人事部锅炉压力容器检测研究中心
刘时风 周金华 秦平彦
本实验目的是评价声发射技术检测16Mn 钢焊接缺陷的能力。通过带各种缺陷试样拉伸试验声发 射监测的试验结果表明：声发射技术能在材料屈服前检测出16Mn 钢中大尺寸和尖锐形状的焊接缺陷。 声发射技术对于检测严重焊接缺陷是有效的。
Liu Shifeng Zhou Jinhua Qin Pingyian
(Center of Boilet and Pressure Vessel Supervision and Research Ministry of Labour and Personnel,P.R.China)
Acoustic Emlssion(AE)technique has been used as a nondestructive testing method for metal and composite atructures recently.AE activlty is related to the characters of materials such as strength,microstructure,etc.To inspect the integrity of a metal structure it is important to know the AE characters of the material concerned.The aim of this study ·is to evaluate the pplicability of AE technique to defect detection of weld in 16Mn steel. The specimens which have various weld defects were monitored by AE during tensile testing.It is shown that in 16Mn steel large and sharp weld defects could be detected by AE testing before yielding.AE testing is a viable technique fot inspection of severe weld defects in 16Mn steel.
大量金属压力容器的事故是由于焊接缺陷造成 的。无损检测的重要目的就是要检测危险的焊接缺 陷。本实验的目的希望用声发射技术对焊接缺陷检测 的能力进行评价。并获得一些有关声发射参数和焊接 缺陷对应关系的数据资料。
试样取自3块16Mn 手工电弧焊钢板，2块10毫 米厚，1块12毫米厚。化学成份和机械性能见表1和 表2。试验前对焊接试样进行了X 射线拍片。由拍片 结果(按GB3323-82 标准评级)将试样的缺陷(图1)分 类为：
a) 无缺陷(3个试样);
b) 小气孔或小夹渣(I 级或Ⅱ级，5个试样);
c) 中等尺寸气孔或夹渣 (I 级或Ⅱ级，6个试样);
试验在日本岛津25吨万能试验机上进行。厚度为 10毫米板试样带b),c) 类缺陷，加载模式为循环拉伸 (图2)。厚度为12毫米板试样有大夹渣d) 类缺陷，加 载模式为单向拉伸。
试验用Dunegan/Endevco 3000型双声道声发射 仪接收和处理声发射信号。探头为S140 型，总增益 75dB,门限电平1伏。声发射记录参数为事件一定位，‘窗口’幅度统计分布，‘窗口’计数率，能量/事 件和事件数。本实验是对试样标距区(对应仪器定位 区域35-65mm) 进行声发射监测。这种方法可以有效 排除定位区域以外的信号，例如试验机夹头处产生的噪声信号。
拉伸试验后对断裂在热影响区的试样进行了X 射 线拍片对比，以观察焊接缺陷是否有变化；对断裂在 焊缝区试样用低倍显微镜观察断口。
声发射事件，d类试样有多于30个窗口事件。这 些结果说明在本实验条件下声发射技术在屈服前不能检测到小缺陷，较难检测到c类缺陷，有可能检测到d 类和特殊试样中的缺陷。
动性与缺陷应力集中程度有关。本试验中，特殊试样 的缺陷形状尖锐，有比其他 c类试样多得多的声发射事件。因此，声发射技术很有可能适用于检测那些引 起严重应力集中往往也是最危险的焊接缺陷，例如裂纹。
动性与缺陷应力集中程度有关。本试验中，特殊试样 的缺陷形状尖锐，有比其他 c类试样多得多的声发射事件。因此，声发射技术很有可能适用于检测那些引 起严重应力集中往往也是最危险的焊接缺陷，例如裂纹。
7个焊缝区断裂的缺陷都有较严重的缺陷(5个d 类试样，1个特殊试样，1个e类试样)并有较多窗口 事件。显微镜观察表明这些试样断裂都起源于缺陷。 这些现象说明较多。
除了1个c 类缺陷试样外，所有试样都在正常应力下断裂。这个c类试样在34kg/mm² 时，低应力断 裂下记为特殊试样。有7个试样断裂在焊缝区，其余试样都在热影响区断裂。图3为典型的定位和窗口 事件幅度统计分布记录图。表3是声发射数据整理结果。
拉伸试验中无缺陷试样(a 类)和小缺陷试样(b 类) 未接近断裂前没有检测到声发射。这是由于16Mn 钢强度低，屈服形变时的声发射幅值也低，而本试验的2.声发射试验结果
图3是FeCrSiB合金涂层激光熔复(a)和火焰喷 涂(b) 试样的声发射试验曲线。图4是NiCrSiB 合金激 光熔复(a)和火焰喷涂(b)的试样声发射曲线。图中同 时给出了三点弯曲试验时载荷P与形变△l 的应力—— 应变曲线。为便于比较，图中又同时给出了基体A₃钢 板三点弯曲试验曲线，以点虚线示之。
由图3、图4可见，经火焰处理的试样，在很低 的应变条件下即已产生突发型的声发射信号，表明涂 层产生微裂纹较早，并在应力作用下缓慢扩展，载荷 一位移曲线线性上升，属于弹性形变阶段。到达屈服 点附近，出现大幅度高频率的连续型信号。之后随着 位移增大，载荷突然下降，这是由于在屈服区间微裂 纹急剧增多增大，形成部分脆断而造成应力松驰。
激光熔复试样，在低应变下没有声发射信号，当 载荷P增大到一定值时，出现了较强的突发型声发射 信号，熔层开始出现微裂纹。声发射幅度有所降低， 表明在弹性形变范围内微裂纹不是急剧扩展的。当达到屈服点时，声发射信号幅度急剧增高，出现了高频 率连续型信号，然后进入弹塑性变形阶段，P—△l 曲 线仍呈线性上升，但斜率有所下降，声发射幅度亦有 所下降；在宏观断裂前夕，声发射计数率又急剧增大。
以Pg表示弹性极限载荷，以PAE表示首次声发射 信号载荷，Pp为断裂载荷，b为试样宽度，h为试样高度，则脆断强度On=1.5PAgL/bh²,用弯曲挠度(位移△l) 评价试块 的塑性。将各项指标的测试结果列于表1;为便于比 较，表1中同时列出了A₃钢渗硼共晶两种工艺的声发 射结果，其数据取自文献[2].
1. 激光熔复处理的PAg、△LAE、0x 及 Aπ 等指标比火焰处理的相应指标均有成倍增长，表明激光熔复处理显著改善了火焰涂层的韧性，降低了脆性。
2. 激光熔复处理使基体A₃钢的强度指标Pe 、P, 提高一倍，而火焰处理只有很小的增加，表明激光熔复处理不仅能提高材料韧性，而且能提高材料的强度。
3.A₃钢激光熔复与A₃钢两种渗硼共晶工艺比 较，其PAE、△e值均优于后者，ax、An值也成倍增加，表明激光熔复工艺是提高材料强韧性的有效技术。
4. 上述结果表明，用声发射结合三点弯曲试验 是评价激光熔复层的强度、脆性的有效方法。
D.S.Gnanamuthu:Applications of lasers in materials Processing,American Society for Metals,Ohio,1979,177-212.
[2]马鹤庆、孙希泰，理化检验(物理分册),1984,20,1, 1～8。
