本发明专利技术涉及一种用于检测关于金属的主体(1)的，特别是管道的壁厚的，随时间变化的热机械应力和/或应力梯度的方法。对于所述方法，对主体(1)外表面上的温度进行测量，以便由此确定温度曲线和应力曲线。另外还在外表面的至少一个测量点上使用了电磁超声换能器(3-6)，以便结合温度测量的结果确定关于主体(1)的壁厚的应力和/或应力梯度的时间分布。即使在应力快速变化时，该方法也能对管道进行疲劳监控。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术设及一种方法，其用于检测关于金属的主体（特别是管道）的壁厚的、随时 间变化的热机械应力和/或应力梯度，其中在主体外表面的至少一个测量点上对表面溫度 进行测量，由此确定在内表面与外表面之间的溫度曲线。 特别是在核电站、常规电站和太阳热能发电厂、化工厂或者风力发电厂的管道上， 检测随时间变化的热机械应力和/或应力梯度的意义重大，因为从应力或应力梯度的时间 变化，也称之为应力时间序列，可推断出相应元件的疲劳状态。但最大应力，其关于元件的 老化，通常出现在管道或所连接的元件的内表面上，例如由于管道中流动的介质快速的溫 度变化所导致，从而使得直接测量在技术上是不可能的或只有通过不成比例的巨大成本才 可行。
技术介绍
例如从J.Rudolph等人在2012年3月21日在由韩国科学技术研究院（KAIST) 核电和量子工程系的Dr.SoonHeungQiang编辑且出版商为InTech的《NuclearPower Plants(核电站）》中第 293 至 316 页发表的"AREVAI^atigueConcept-AT虹eeStage ApproachtotheFatigueAssessmentofPowerPlantComponents(AREVA疲劳概念-电站部件疲劳评定的=阶段法）"一文中已知的是，对管道或其它主体的疲劳现象进行监 控，通过测量管道外表面上的表面溫度推断出所要求组件中的应力时间序列。在运种情况 下，通过有限元法根据表面溫度的测量计算出局部应力。 但是通过此类技术，因测量原理方面的原因不能对某些快速的应变结果进行检测 且从而不能对其进行评估，所述应变结果例如可能会通过管道中冷热流的瞬态混合过程产 生，并导致管道内表面上发生高循环的溫度变化。然而，此类高频的混合过程在运行过程 中，因为低应变振幅的相关发生频率也可导致疲劳应力高甚至是穿透壁的裂缝。 阳0化]从W0 2011/138027A1中已知一种用于非破坏性的材料检验的方法，通过所述方 法可在产生由应力引起的疲劳损伤方面对工件（所述工件受到高的机械应力和热应力， 例如发电厂、化工厂或炼油厂的管道）进行检验。对于此方法，使用了两个按照分离的 发射-接收-布置的电磁超声换能器，W便将偏振的超声波发射进工件中，并W脉冲-回 波-技术和透射技术来测量超声波的飞行时间和振幅。运种情况下也实施满流阻抗测量， W便将测量变量与相应的参考数据进行比较。通过与参考数据进行比较，继而可W识别出 工件壁的微观结构中的可能变化。但此处所描述的方法不能够检测关于管道的壁厚的、随 时间变化的热机械应力梯度。W0 2004/109222A2描述了一种用于检测金属的主体，特别是铁路轨道的材料特 性的方法，对于所述方法，用电磁超声换能器来进行测量，W确定材料特性，特别是材料的 应力、密度或刚度。另外还对测量点的溫度进行了测量，W便由于可能的溫度效应而对超声 测量进行校准。US5 570 900A描述了一种借助电磁超声换能器来确定工件上应力的方法。在该 公开内容中主要设及测量装置的机械结构，超声换能器通过其附着在工件上。[000引本专利技术的目的在于，提出一种检测关于金属的主体（特别是管道）的壁厚的、随时 间变化的热机械应力和/或应力梯度的方法，通过所述方法也可从外表面检测快速源自主 体内部的、关于壁厚的应力变化。
技术实现思路
所述目的通过权利要求1所述的方法得W实现。该方法的有利实施形式是从属权 利要求的内容或者可W从W下说明书或实施例获悉。 在提出的用于检测关于金属的主体的壁厚（关于主体的横截面或关于管道壁的 厚度）的、随时间变化的热机械应力和/或应力梯度的方法中组合了两种不同的测量方法。 一方面测量了主体外表面上的表面溫度，由此确定内表面与外表面之间的溫度曲线。另一 方面除了用电磁超声换能器进行的测量之外，还在外表面的至少一个测量点上进行测量， W便通过所测定的溫度和从中确定的溫度曲线根据附加测量来确定关于主体的壁厚的应 力和/或应力梯度的时间曲线。在运种情况下，确定应力和/或应力梯度所需的信息在从溫 度测量中获得的信息与测量数据的组合中获得，所述测量数据用电磁超声换能器获得。应 力和/或应力梯度优选通过分析超声飞行时间的、超声振幅的和/或满流阻抗的测量并结 合溫度测量来确定。 使用电磁超声换能器具有的优点是，在操作条件下，例如当溫度高于200°c时、当 受到福射应力时或者当主体内的操作压力较高时也可对管道进行测量。电磁超声换能器特 别提供W下可能性，即通过快速采集测量数据也可检测快速的应力变化，例如由于主体内 部突然出现的溫度变化所致的应力变化。 因此原则上可识别出高周疲劳（HCF)应变集合度eanspruchungskollektive)并 对其进行评估。运里实施的超声飞行时间测量、幅度测量和/或满流阻抗测量具有的优点 是，藉此也可对主体内表面上不可直接接近的应力进行检测。运时超声飞行时间测量、超声 振幅测量能W分开的发射器-接收器-布置或W脉冲-回波-技术或结合两种技术来进行。 此外也可将发射和接收的振幅记录下来，并因此在分析时将其用作附加参数。 为此，在本方法中通过用电磁超声换能器进行附加测量，特别是通过用它们来实 施超声飞行时间、超声振幅和/或满流阻抗的测量，来填补管道当前纯粹W溫度为基础的 监测法中关于应力快速变化方面的不足。电磁超声检测法结合溫度监控扩展了已知疲劳监 测系统的意义。为此，还可记录至今为止尚不检测的高频的与疲劳有关的应变-时间函数 (应力-时间序列）。运样一来就可推断出与疲劳相关的应力并由此推断出相应主体或管 的疲劳状态的时间曲线。通过使用电磁超声换能器可将超声飞行时间、超声振幅和满流阻 抗的测量结合在传感器系统或者测试头中。 对于所提出的方法利用了W下事实，即能够利用从溫度测量中得到的数据，特别 是能够利用可由该数据推导出的关于主体的壁厚的溫度曲线和应力曲线，W便从超声或满 流的测量的测量数据确定关于主体的壁厚的、特别是在高频的应力变化时的应力或应力梯 度。若没有来源于溫度测量的额外信息，则不可能具有当前的准确性，因为必须补偿溫度对 超声或满流阻抗的测量数据的影响，W便获得准确度。 下面借助对管道的测量或监控来对本方法及其实施形式进行阐述。但运种阐述可 W很容易转移到其它主体上。 优选使用层模型来确定应力或应力梯度。通过所述层模型W迭代数字方式确定关 于管道的壁厚的应力或应力梯度。运时在使用溫度测量数据和从中获得的信息的情况下预 先将模型校准，方式是使用整个测量系统来测量定义的已知实际应力且检测获得的数据并 将其存档。更具体地，为此使用根据溫度测量W数字形式获得的、关于管道的壁厚的溫度曲 线和应力曲线（其在不同层中逐段地被近似为常数），W及经过溫度校正的超声飞行时间、 超声振幅和满流阻抗被用作模型输入变量（Modelleingangsg巧fkn)。 层模型提供层特定的应力曲线和层特定的超声飞行时间、超声振幅和满流阻抗作 为输出变量，其进行了溫度补偿。为了在应用情况下可快速地确定管道壁中的应力曲线，根 据在各层中测定的超声飞行时间、超声振幅W及满流阻抗推断出相应的应力。为了确定层 中的应力与层特定的超声飞行时间、超本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于检测关于金属的主体(1)的，特别是管道的壁厚的，随时间变化的热机械应力和/或应力梯度的方法，对于所述方法，测量了所述主体(1)外表面上的至少一个测量点处的温度，并且还用电磁超声换能器(3‑6)在所述测量点的区域中进行附加测量，以便通过所测量的温度根据附加的测量来确定关于所述主体(1)的壁厚的应力和/或应力梯度，其中根据所测量的温度确定在内表面与外表面之间的温度曲线，并且将所述温度曲线用于根据附加测量来确定关于所述主体(1)的壁厚的应力和/或应力梯度。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：艾里斯·阿尔佩特，拉尔夫·特斯淳基，汉斯乔治·赫尔曼，约亨·库尔兹，格尔德·杜伯曼，格哈德·虎伯斯辰，斯蒂芬·贝格霍尔茨，于尔根·鲁道夫，
申请(专利权)人：阿海珐有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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