Page 77 - 无损检测2022年第一期
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霍林生, 等:
高强螺栓应力锈蚀的声发射特征
等 [ 12 ] 对直升机上的螺栓进行声发射监测, 通过分析 数) 和二分法克服 K 均值聚类法的缺点, 并将改进
声发射信 号 参 数, 发 现 了 当 螺 栓 承 载 力 达 到 96% 后的 K 均值聚类法用于高强螺栓损伤信号的分类,
时, 微裂纹出现扩展的现象。 LEAMAN 等 [ 13 ] 采用 进一步分析了聚类后的声发射信号, 提出了高强螺
声发射技术监测了 M36 螺栓的疲劳试验, 通过希尔 栓应力锈蚀断裂的预警指标。
伯特黄谱分析了声发射信号, 认为高频峰值与损伤
1 高强螺栓应力锈蚀试验
进展有关, 可为声发射监测螺栓疲劳的早期损伤提
供参考。这些研究多集中于螺栓的松动监测, 目前 1.1 试件
少有学者对高强螺栓应力锈蚀断裂前的声发射信号 试件采用材料为 35CrMo的高强螺栓丝杆, 其
特征进行深入研究。 材料与商 用 高 强 螺 栓 的 相 同, 可 代 替 高 强 螺 栓 用
高强螺栓应力锈蚀损伤的过程中包含了多种声 于锈蚀 研 究。 35CrMo 高 强 螺 栓 丝 杆 的 抗 拉 强 度
发射源, 很难确定不同声发射源对应的信号特征, 且 为 985 MPa , 屈 服 强 度 为 835 MPa , 其 规 格 如 表 1
在应力锈蚀过程的同一时间段内, 螺栓可能同时发 所示。
生一种或几种损伤, 存在一种或几种声发射源, 加大 表 1 高强螺栓丝杆规格
了区分不同应力损伤信号的难度。 CHEN 等 [ 14 ] 提 杆长 / cm 螺距 / mm 外径 / mm 有效直径 / mm
出同源声发射信号应当具有较高的相似性, 即同源 100 1.75 12 10.36
声发射信号的特征具有相似性。 K 均值聚类法 [ 15 ] 文章参照工程上高强螺栓的锈蚀, 选取高强螺
可以快速地将具有相似性质的声发射信号聚类在一 栓丝杆 50mm 长的区域作为待锈蚀区域。试验采
起, 有利于进一步分析声发射信号。蒋鹏等 [ 16 ] 利用 用电化学方式加速高强螺栓锈蚀, 利用保鲜膜与棉
声发射技术和 K 均值聚类法监测海洋石油平台 T 线对待锈蚀区域进行防水处理。
型管的节点损伤, 并区分出了微裂纹萌生、 微裂纹扩 1.2 试验设备
展、 宏观裂纹扩展 3 种损伤类型, 但 K 均值聚类法 试验设备外观如图 1 所示。夹具系统用于加载
容易受到初始条件的影响, 且聚类类别数量 K 需要 高强螺栓丝杆, 保证高强螺栓丝杆处于持续锈蚀状
预先设定。 态。锚杆拉拔仪型号为 ML-300B , 其通过夹具系统
文章利用声发射技术研究了高强螺栓应力锈蚀 对高强螺栓丝杆进行加载。声发射系统用于监测整
断裂的整个过程, 通过引入 D B Davies-Bouldin 指 个加载历程, 系统参数设置如表 2 所示。
(
图 1 试验设备外观
表 2 声发射系统参数设置 由于高强螺栓在服役过程中易出现预紧力松弛等情
况, 所以另设置两组工况, 预紧力取设计预紧力的
门槛 / dB 前置放大器增益 / dB 采样率 / MHz
80% 和 60% , 即试验共有 3 组工况, 预紧力分别为
40 40 1
50 , 40 , 30kN 。
1.3 试验方案 试验采用静力加载方式, 加载装置外观如图 2
根据文献[ 17 ] 可知, 高强螺栓设计预紧力不得 所示。加载至规定荷载后, 保持恒载, 直至高强螺
超过其屈服荷载的 80% , 根据 35CrMo 材料的屈服 栓发生应力锈蚀断裂后结束试验。由于高强螺栓
强度和高强螺栓丝杆的有效面积计算得到其 80% 锈蚀信号 较 弱, 为 避 免 万 能 试 验 机 油 泵 工 作 时 产
屈服荷载为56.3kN , 因此试验设计预紧力取 50kN 。 生噪声的影响, 试验采用锚杆拉拔仪加载试件, 其
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2022 年 第 44 卷 第 1 期
无损检测
