工程科学学报，第37卷，第12期：1588-1593,2015年12月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,No.12:1588-1593,December 2015 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.009:http://journals..ustb.edu.cn Q345R疲劳裂纹扩展过程的声发射研究 柴孟瑜，段权四，张早校 西安交通大学化学工程与技术学院，西安710049 ☒通信作者，E-mail:quanduan(@mail.xjtu.edu.cn 摘要为了建立疲劳过程与声发射参数之间的关系，对压力容器常用钢材的典型代表—Q345R的疲劳裂纹扩展过程的 声发射信号进行详细研究.结果表明：Q345R疲劳裂纹扩展的声发射过程分为三个明显的阶段，累积计数值和累积能量值可 以很好地表征整个疲劳裂纹扩展过程：声发射参数在第2阶段到第3阶段的转折点比线弹性断裂力学定义下的要提前，表明 声发射技术对疲芳进入失稳扩展阶段更加敏感：建立了Q345R声发射计数率和能量率与疲劳裂纹扩展速率的关系，它可以 为Q345R剩余寿命的预测提供依据. 关键词低合金钢：疲劳裂纹扩展：声发射：压力容器：监测 分类号TG142.33·1 Acoustic emission study of fatigue crack propagation in Q345R CHAI Meng-yu,DUAN Quan,ZHANG Zao-xiao School of Chemical Engineering and Technology,Xi'an Jiaotong University,Xi'an 710049,China Corresponding author,E-mail:quanduan@mail.xjtu.edu.cn ABSTRACT The acoustic emission signals of fatigue crack propagation in Q345R,which is the typical representative of common steel for pressure vessels,were investigated in detail to construct a relationship between fatigue and acoustic emission.The results show that there are three distinct stages of acoustic emission during fatigue crack propagation in Q345R.Cumulative count and cumula- tive energy can characterize the whole fatigue crack propagation well.The transition from the 2nd stage to the 3rd stage of acoustic e- mission advances that of linear elastic fracture mechanics,indicating that acoustic emission is more sensitive to the unstable fracture stage of fatigue crack propagation.The relations of count rate and energy rate to fatigue crack propagation rate of Q345R are estab- lished respectively for predicting the remaining life of Q345R. KEY WORDS low alloyed steel:fatigue crack propagation:acoustic emission:pressure vessels;monitoring 压力容器广泛应用于冶金、机械、石油化工、核能、量而随之发出瞬态应力波的现象.与其他常规无损检 航天等众多领域，是生产过程中不可或缺的核心设备测技术相比，声发射检测方法具有检测动态缺陷和连 之一.由于苛刻的工作条件，压力容器极易发生失效 续监测的特点，因此可用于压力容器的在线监测网 事故.根据相关统计资料，由裂纹扩展导致的失效事大量研究表明，声发射能够用于监测钢与合金的疲劳 故占压力容器失效事故的70%，其中疲劳裂纹是主要 裂纹萌生、裂纹扩展、裂纹闭合等疲劳过程，并且取得 的失效形式.因此，无损检测对于压力容器的质量控 了杰出的研究成果.在这些研究中，一方面侧重 制和安全运行具有重要意义-四 于不同疲劳试验参数下的疲劳裂纹声发射监测过程， 声发射(acoustic emission,AE)是指构件材料的某 如不同应力比49,1-国和不同加载频率，另一方面侧 局部受到外力或者内力作用发生形变时快速释放能 重于不同热处理条件的材料B.0.四、焊缝与母 收稿日期：2014-08-07 基金项目：国家科技重大专项课题资助项目(2011ZX06004-009)工程科学学报，第 37 卷，第 12 期: 1588--1593，2015 年 12 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，No． 12: 1588--1593，December 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． 12． 009; http: / /journals． ustb． edu． cn Q345Ｒ 疲劳裂纹扩展过程的声发射研究 柴孟瑜，段 权，张早校 西安交通大学化学工程与技术学院，西安 710049  通信作者，E-mail: quanduan@ mail． xjtu． edu． cn 摘 要 为了建立疲劳过程与声发射参数之间的关系，对压力容器常用钢材的典型代表———Q345Ｒ 的疲劳裂纹扩展过程的 声发射信号进行详细研究． 结果表明: Q345Ｒ 疲劳裂纹扩展的声发射过程分为三个明显的阶段，累积计数值和累积能量值可 以很好地表征整个疲劳裂纹扩展过程; 声发射参数在第 2 阶段到第 3 阶段的转折点比线弹性断裂力学定义下的要提前，表明 声发射技术对疲劳进入失稳扩展阶段更加敏感; 建立了 Q345Ｒ 声发射计数率和能量率与疲劳裂纹扩展速率的关系，它可以 为 Q345Ｒ 剩余寿命的预测提供依据． 关键词 低合金钢; 疲劳裂纹扩展; 声发射; 压力容器; 监测 分类号 TG142. 33 + 1 Acoustic emission study of fatigue crack propagation in Q345Ｒ CHAI Meng-yu，DUAN Quan ，ZHANG Zao-xiao School of Chemical Engineering and Technology，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710049，China  Corresponding author，E-mail: quanduan@ mail． xjtu． edu． cn ABSTＲACT The acoustic emission signals of fatigue crack propagation in Q345Ｒ，which is the typical representative of common steel for pressure vessels，were investigated in detail to construct a relationship between fatigue and acoustic emission． The results show that there are three distinct stages of acoustic emission during fatigue crack propagation in Q345Ｒ． Cumulative count and cumula￾tive energy can characterize the whole fatigue crack propagation well． The transition from the 2nd stage to the 3rd stage of acoustic e￾mission advances that of linear elastic fracture mechanics，indicating that acoustic emission is more sensitive to the unstable fracture stage of fatigue crack propagation． The relations of count rate and energy rate to fatigue crack propagation rate of Q345Ｒ are estab￾lished respectively for predicting the remaining life of Q345Ｒ． KEY WOＲDS low alloyed steel; fatigue crack propagation; acoustic emission; pressure vessels; monitoring 收稿日期: 2014--08--07 基金项目: 国家科技重大专项课题资助项目( 2011ZX06004--009) 压力容器广泛应用于冶金、机械、石油化工、核能、 航天等众多领域，是生产过程中不可或缺的核心设备 之一． 由于苛刻的工作条件，压力容器极易发生失效 事故． 根据相关统计资料，由裂纹扩展导致的失效事 故占压力容器失效事故的 70% ，其中疲劳裂纹是主要 的失效形式． 因此，无损检测对于压力容器的质量控 制和安全运行具有重要意义［1--2］． 声发射( acoustic emission，AE) 是指构件材料的某 一局部受到外力或者内力作用发生形变时快速释放能 量而随之发出瞬态应力波的现象． 与其他常规无损检 测技术相比，声发射检测方法具有检测动态缺陷和连 续监测的特点，因此可用于压力容器的在线监测［3］． 大量研究表明，声发射能够用于监测钢与合金的疲劳 裂纹萌生、裂纹扩展、裂纹闭合等疲劳过程，并且取得 了杰出的研究成果［4--15］． 在这些研究中，一方面侧重 于不同疲劳试验参数下的疲劳裂纹声发射监测过程， 如不同应力比［4，9，11--13］和不同加载频率［15］，另一方面侧 重 于 不 同 热 处 理 条 件 的 材 料［5，10，12］、焊 缝 与 母