Page 84 - 无损检测2024年第十一期

马清和，等：

7050 铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展的声发射监测

图 5 铝合金试件的 AE 幅值和时间关联图 图 8 试件的声发射能量和累计能量时间历程图
存在多个孔洞和夹杂物，在裂纹扩展的过程中，一旦
遭遇硬度较大的第二相颗粒，裂纹会选择从其周围
绕过，从而引发周围基体材料的塑性变形，并显著形
成解理台阶 [16] 。图9（b）中可以看见明显的腐蚀坑
以及河流花样，腐蚀介质和裂纹尖端发生电化学反
应生成氢离子和腐蚀产物，腐蚀产物在交变作用下
形成如图中上部边缘的龟裂特征 [17] ，氢离子结合形
成氢气析出。图9（c）中断口表面存在较大的平滑
区域以及很多点蚀坑，且存在不同尺寸的二次裂纹，
二次裂纹主要是裂纹尖端塑性变形引起，能够起到
延缓开裂作用 [18] 。图9（d）中可以看出明显的疲劳
图 6 铝合金试件的平均频率和幅值分布图
条带，疲劳条纹是CFCG过程中的典型特征，大都被
腐蚀产物所覆盖。
2.2 试验结果分析讨论

2.2.1 AE信号无监督聚类分析
（1）
聚类参数选择
初步选取和材料损伤类型关联较大的上升时
间、计数、能量、幅值、平均频率和绝对能量6个参数
作为研究AE损伤的参数。由于不同AE参数数值
大小量级不同，故将所有特征参数标准化，建立特征
参数的相关矩阵，并用全链接的聚类方式进行层次
聚类。其层次聚类结果如图10所示，结果表明平均
图 7 试件的声发射计数和累计计数时间历程图 频率、上升时间、绝对能量、幅值相似度高，故文章
和累计能量稳步增大；第三阶段，AE计数和能量迅 选取平均频率、绝对能量和幅值共同作为聚类分析
速上升达到高值，试件断裂。试件的AE能量和累计 的特征参数。
能量的时间历程图如图8所示，可以看出，初期能量 （2） AE信号无监督聚类
分布均匀，1 750 s后出现较大的能量信号， 且累计能 Davies-Bouldin（DB）指数通过比较簇内的方差
量变化增快，在2 600~3 000 s时间内累计能量大幅 与簇间的方差，来评估簇的紧密度与分离度，该指数
提高，在5 150 s左右迅速提高。 越大表示聚类效果越好 [19] 。Calinski-Harabasz（CH）
2.1.2 腐蚀疲劳试件断口分析 指数考虑了所有簇之间的平均紧密度和分离度，该
NaCl溶液下，7050-T7451 铝合金裂纹扩展的 指数越小表示聚类效果越好 [20] 。文章使用DB、CH
SEM断口形貌如图9所示。由图9（a）可以看出，其 两个指标用于评估聚类结果质量的优劣。DB和
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2024 年 第 46 卷 第 11 期
无损检测