声发射技术应用于涂层失效模式检测

近几年来，声发射技术已被用于检测涂层材料的失效模式。其具体包括在拉伸、弯曲、压入、胀形等各种载荷的作用下，声发射信号记录涂层体系从损伤、微裂纹萌生与扩展，再到宏观裂纹形成整个过程中的相应信息，这其中的信号可能包括涂层本身的损伤与开裂、涂层和基体的界面损伤与开裂或基体的损伤与开裂，其中的涂层有拉开型开裂（type 1），界面的损伤与开裂有两种模式：一种是拉开型（type 2），另一种是剪切滑开型（type 3），开裂的三种模式如图2.2所示。涂层的拉开型开裂模式对应的模拟波形如图2.3所示，界面的拉开型开裂模式对应的模拟波形如图2.4所示，界面的剪切滑开型开裂模式对应的模拟波形如图2.5所示。

图2.2　开裂的三种模式［2］

图2.3　涂层的拉开型开裂模式对应的模拟波形［2］

在这个过程中，声发射信号能与某一载荷、位移或应变相对应，具体含义为在某一载荷、位移或应变下，声发射所发生的振铃数，不同开裂模式声音信号的频率、振幅、波形等特征，如图2.6、图2.7所示，从而为分析涂层材料的失效过程或机制提供重要的信息。高级的声发射仪器还能确定裂纹源的位置、计算裂纹起始与终止时间以及裂纹体的体积等参数，如图2.8所示。

图2.4　界面的拉开型开裂模式对应的模拟波形［2］

图2.5　界面的剪切滑开型开裂模式对应的模拟波形［2］(www.xing528.com)

图2.6　四点弯曲试验过程中与应变对应的开裂模式［2］

图2.7　四点弯曲试验过程中载荷、应变与声发射计数的对应关系图［2］

另外，声发射在记录声音信号的过程中，可以根据需要，选择合适的相关图，如振铃计数与到达时间的关系图、振幅与到达时间的关系图、撞击数与到达时间的关系图、声音能量与波形的相关图、振铃计数和振幅的相关图等。

图2.8　开裂模式与裂纹体积、声发射源的爆发时间分布［2］