壓力容器用鋼的聲發射特性

典型壓力容器常用的碳鋼在拉伸應變下的聲發射行為可以總結為如下特征:
(1) 應變值低于門檻應變時,無聲發射信號產生。對于典型的壓力容器用鋼,門檻應變約為屈服應變的60 %。
(2) 如果應變以常應變率增加,聲發射率將從門檻應變時的零增加到屈服應變時的極大值。
(3) 過了屈服點之后,聲發射率將隨著應變率的增加而下降。
(4) 隨著應變的繼續增加,聲發射率將再次開始上升,此處對應于材料加工硬化的開始。
(5) 最終的斷裂將產生高能量(信號強度) 的突發型聲發射信號。
(6) 如果在門檻應變之上應變保持不變,在一定時間內聲發射將繼續產生,但最終將停止。
(7) 如果在門檻應變之上載荷保持不變,隨著應變的增加聲發射將繼續產生直到材料斷裂。
(8) 經典聲發射理論認為,如果試樣經過加載、卸載、再加載,在達到第一次最大載荷之前,將不產生聲發射信號。這一現象被稱為Kaiser 效應。通常對于低于屈服應力下的應變,Kaiser 效應將很好地被遵守。
(9) 材料也存在違反Kaiser 效應的情況,即在達到第一次最大載荷之前,將有聲發射信號產生,這一現象被稱為Felicity 效應。在應力值接近屈服應力、應變值位于屈服應變左右而且存在應變梯度的情況下,Felicity 效應極易被觀察到。在金屬中,Fe2licity 效應是嚴重結構缺陷存在的指示器。16MnR 鋼是我國壓力容器最常用的材料,關于其拉伸試樣的形變和斷裂聲發射特性,國內已有許多研究報導[19～21 ] 。中國特種設備檢測研究中心和大慶石油學院也在以前承擔的科研項目中對16MnR 材料及焊接試樣的聲發射特性進行了系統研究[22 ] ,以下為其試驗結果:
(1) 16MnR 壓力容器用鋼的屈服可以產生大量可探測的聲發射信號。其塑性變形的信號多為連續形,不能形成有效的定位。斷裂時釋放的能量很高,其聲發射信號可定位。
(2) 表面裂紋和典型埋藏缺陷的開裂和擴展可產生一定數量的突發型聲發射信號,并可以形成有效的聲發射定位源。
(3) 有焊縫和無焊縫試樣無論在無缺陷或有表面裂紋情況下, 其聲發射特性基本相同。