ITER 包层脱粘缺陷的声发射检测
解社娟,马向锋,陈玲莉,赵莹,陈振茂
(西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室,
摘 要:包层是ITER(国际热核聚变实验堆,InternationalThermonuclearExperimentalReＧactor)的关键部件之一.包层中第一壁界面脱粘是其主要的损伤形式之一,因此包层脱粘缺陷检测对ITER的安全运行具有重要意义.采用声发射技术对ITER包层脱粘缺陷的产生和扩展进行检测,以双层板为对象,进行了双层板脱粘声发射检测试验;提出了区域定位法和最小二乘法多传感器的组合定位方法,实现了对脱粘缺陷的有效定位;验证了声发射检测方法对ITER包层脱粘缺陷检测的有效性.
关键词:声发射;ITER包层;脱粘缺陷;缺陷定位，无损检测
中图分类号:TG１１５．２８ 文献标志码:A 文章编号:１０００Ｇ６６５６(２０１６)１０Ｇ０００１Ｇ０５
ITER(国际热核聚变实验堆,InternationalThermonuclearExperimentalReactor)是一个正在规划建设中的为验证全尺寸可控核聚变技术可行性而设计的国际托卡马克实验堆[１].包层是其中的关键部件之一,主要对真空室及其外部部件的热和核起屏蔽作用.每个包层由第一壁、屏蔽块以及柔性支撑组成.包层中第一壁界面脱粘是其主要的损伤形式之一,对脱粘缺陷的检测[２－３]具有重要意义.
声发射检测技术主要应用于结构的无损检测、完整性评价和实时在线监测等[４].声发射检测技术是一种通过传感器接收声发射弹性波信号,对信号进行分析来判断结构的损伤状态和损伤位置的方法.该技术是一种动态检测方法,在合理布置声发射传感器的情况下,可以同时检测整个结构,也可以
实现连续的在线监测.基于以上背景,笔者采用了声发射技术来检测ITER包层脱粘缺陷的产生和扩展,并搭建了双层板脱粘声发射检测试验系统.
１ 声发射检测原理
声发射(AcousticEmission,简称AE)是局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象,也被称为应力波发射[５].声发射产生的过程是:材料内部结构发生变化时,伴随着能量的转换,一部分能量以弹性波的形式向四周传播.
声发射检测技术是应用传感器等仪器记录和分析声发射信号,得到声源损伤信息和位置信息的技术[６－９].其检测过程为:声发射源产生瞬态弹性波,弹性波传播到界面后引起界面的微小运动,利用传感器探测到界面微小运动,这种微小运动被信号采集系统记录并处理,最后对结构进行评价.声发射检测方法区别于其他无损检测方法的特点主要有:① 是一种动态检测方法,不需要提供激发信号;② 需要在缺陷产生过程中进行检测,稳定的缺陷不产生声发射信号;③ 合理布置声发射传感器,可同时检测整个结构;④ 可实现连续的在线监测;⑤ 可识别出缺陷产生的初期阶段,进而预报缺陷的出现.
２ 双层板脱粘声发射检测试验
为了验证声发射检测方法对ITER 包层脱粘缺陷检测的有效性,搭建了双层板脱粘声发射检测试验系统.试验所采用的试件是两块L型不锈钢板(奥氏体３０４不锈钢),经过钎焊加工工艺制作成双层板,两块L型金属板的尺寸相同,如图１所示.
为了模拟脱粘的产生和扩展,设置了三处单独的焊接区域和一处大面积的焊接区域,如图２所示.双层板的焊接是在真空炉中进行的,所使用的焊剂
是镍基钎焊粉.钎焊是在真空度为１０－２ Pa的环境下进行的,钎焊过程温度控制为:首先经过１h的匀速升温达到１０５０℃,然后保温３０min,最后随炉冷却.
双层板脱粘过程是在MTS材料试验机上进行的,加载方式是静力拉伸,载荷从零缓慢增加(直到两层金属钢板完全脱离).在加载的过程中,利用声发射检测系统进行连续监测.声发射传感器采用的是SR１５０M 型的速度传感器.采集的信号经过放大器和１６通道的声发射仪,最终上传到计算机中.放大器的放大倍数为４０dB,声发射仪各通道阈值设置为１００mV,采样频率为３ MHz.整个试验系统的框图和实物照片如图３所示.图４是六通道传感器接收到的同一个声发射事件信号的时域图.
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