Page 81 - 无损检测2024年第十一期

试验研究
试验研究

DOI：10.11973/wsjc240119

7050 铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展的声发射监测

马清和 1， 2 ，夏锦炎 1， 2 ，向天笑 1， 2 ，肖霆锋 ，郭 凯 1
1
（1. 广州大学 物理与材料科学学院，广州 510006；2. 广东腐蚀科学与技术创新研究院，广州 510530）

摘 要：为定量评估材料在服役过程中的损伤演化过程，识别材料损伤状态，确保材料的安全
服役，开展了铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展（CFCG）的声发射（AE）监测试验。利用层次聚类提取特
征参数后进行K-means聚类，结合聚类结果和扫描电镜（SEM）图识别CFCG过程中的不同损伤类
型，通过对各类损伤的累计计数和累计能量的分析，评估铝合金CFCG的损伤演化过程。试验结果
表明，结合使用层次聚类选取的AE参数的无监督聚类和SEM图，识别出了铝合金CFCG过程中的
析氢、第二相和夹杂物断裂、塑性变形微裂纹、裂纹扩展和点蚀等损伤模式。
关键词：铝合金；声发射；腐蚀疲劳裂纹扩展；模式识别

中图分类号：TG115.28 文献标志码：A 文章编号：1000-6656(2024)11-0047-07

Acoustic emission monitoring of corrosion fatigue crack growth in 7050 aluminum alloy

MA Qinghe , XIA Jinyan , XIANG Tianxiao , XIAO Tingfeng , GUO Kai 1
1,2
1
1,2
1,2
（1. School of Physics and Materials Science, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China;
2. Institute of Corrosion Science and Technology, Guangzhou 510530, China）
Abstract: In order to quantitatively evaluate the damage evolution process of materials during service, identify the
damage state and ensure their safe operation, this study conducted acoustic emission (AE) monitoring experiments on
the corrosion fatigue crack growth (CFCG) of aluminum alloys. Hierarchical clustering was employed to extract feature
parameters, followed by K-means clustering. The clustering results and scanning electron microscopy (SEM) images
were used to identify different types of damage during the CFCG process. Finally, the damage evolution process of
aluminum alloy of CFCG was studied by analyzing cumulative counting and cumulative energy of each type of damage.
The experimental results showed that the combination of unsupervised clustering of AE parameters selected by hierarchical
clustering and SEM image analysis could effectively identify damage modes such as hydrogen evolution, fracture of second
phases and inclusions, microcrack formation due to plastic deformation, crack propagation, and pitting corrosion in the
CFCG process of aluminum alloys.
Key words: aluminum alloy; acoustic emission; corrosion fatigue crack propagation; pattern recognition

7050铝合金因耐腐蚀、质量轻和强度高等特点 常受到腐蚀、循环载荷、振动和热胀冷缩等作用，零
在航空航天等领域有着重要应用，常用于飞机结构、 部件易出现损伤甚至失效，因此在飞机设计和维护
机翼、机身等零部件的制造 。飞机在飞行过程中 过程中需要不断改进监测技术，确保飞机的安全可
[1]
靠运行。声发射（Acoustic Emission，AE）是一种常
收稿日期：2024-03-22 见的物理现象，指材料变形或者损坏而导致能量突
基金项目：国家重点研发计划（2021YFB3702204）， 国家重大科技 然快速释放产生瞬态弹性波的现象 ，作为一种可
[2]
基础设施开放课题基金项目（MSAF-2023-005）
以实时监测的无损检测技术，其能够直接反映材料
作者简介：马清和（1997—），男，硕士研究生，主要研究方向为铝合
内部的损伤和裂纹扩展情况。AE检测技术能够实
金腐蚀疲劳裂纹扩展声发射研究，ma6666662021@126.com
时监测飞机结构的微小声音信号，及时发现潜在的
通信作者：郭 凯，男，博士，教授，主要研究方向为新型热电材
料合成，kai.guo@gzhu.edu.cn 问题，有助于提前预警可能出现的故障，提高监测的

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2024 年 第 46 卷 第 11 期
无损检测