气泡产生与破裂监测案例

浏览次数:203来源:美国物理声学公司(PAC)北京代表处

试验目的

金属点腐蚀过程产生声发射信号源的机制是多种多样的。腐蚀产物的剥落或开裂、氢气泡的破裂、表面钝化膜的破裂等都可能是声发射源,这种声发射源区别与传统声发射源——材料在应力作用下的变形与裂纹扩展;这种直接与变形和断裂机制有关的源,通常称为传统意义上或典型的声发射源,大多数腐蚀声发射源往往由于腐蚀产物在变形、运动过程产生声发射信号,而不是在腐蚀过程中由于腐蚀能量释放和转变产生声发射信号,将这种声发射源定为腐蚀次生声发射源,并以此作为腐蚀存在的明显标志。

腐蚀破坏有多种不同的形式。按腐蚀作用的机理可分为化学腐蚀、电化学腐蚀、氢脆、应力腐蚀等。腐蚀过程决定于材料的性能、介质、作用应力水准、电极电位等因素。电化学反应过程中,特别在酸性环境下,金属腐蚀过程中往往伴随氢气的产生,本文就腐蚀过程中气泡产生与破裂过程声发射信号特征规律进行研究。

1 实验装置:

方形玻璃容器长x宽x高x厚=80x80x180x3mm,可调式气泵,通气管,管卡,过滤器。

采用美国PAC公司开发的PCI-2声发射监测系统,采用宽频探头。

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图1 实验装置图

2 实验原理:

利用可调式气泵与过滤器组合生成微小单气泡,观察其产生与运动过程,利用PCI-2声发射系统采集气泡产生于破裂过程的声信号,模拟腐蚀过程氢气产生与破裂声发射信号特征规律,此试验通过调节气泵和对通气管、过滤器的控制,可控间隔产生1mm的单气泡,通过对单气泡信号的分析处理,证实其表征腐蚀过程是否具有可行性。

3 实验结果:

下图中可以看出,气泡脱离过程信号频谱接近30kHz,且只有2通道接收到。气泡破裂信号频谱接近60KHz,由于其谐振频率范围在30kHz左右,因此接收到的破裂信号频谱存在低频(30kHz)成分,信号幅度随着传播距离不断衰减,集中在30-31db之间。通道2位于开口处,先接收到液面处气泡破裂信号,其典型信号频谱集中于60KHz左右,并含有低频分量信号尖峰,其接收到信号幅值较高,集中于34-36db之间。

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图2 低频探头数据监测图(2通道位于上部、1通道位于下部)

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图3 低频探头监测单气泡破裂信号频谱图

4 结论:

1、气泡在其脱离本体与液面破裂过程具有不同的信号特征。

2、由实验数据表明,单气泡产生并脱离时产生能被低频探头(30kHz\60kHz)接收到的声发射信号,30kHz探头更加有效,利用60kHz探头接收单气泡破裂信号更加有效。

3、随着气泡产生数量的增多,单气泡所具有的能量较高,同时不通气泡的结合与气泡同时破裂的共振影响,将会产生较高幅值声发射信号。

4、气泡产生与破裂具有较丰富的宽频带成分,不同的作用过程具有不同的频率特征,由于大量腐蚀过程并不产生气体,或者不以气体信号为主,其产生的声发射现象是否可定义为腐蚀次生声发射,即根据不同情况确定是否以气泡信号特征区别存在的腐蚀信号,更加有效的利用声发射判断腐蚀过程的特征。



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