一种金属点蚀过程声学测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种金属点蚀过程声学测试系统及方法，包括：腐蚀环境模拟装置，其用于提供测试所需的腐蚀环境；应力环境模拟装置，其用于在测试时向试件提供在第一类温度条件下的内应力环境；声发射检测装置和图像获取装置，其用于在测试时分别采集表征试件点蚀过程变化状态的声发射信号和测试图像；信息处理装置，其用于同步获取声发射信号和测试图像，基于此，对试件在不同温度、不同腐蚀强度和不同应力环境的组合条件下的点蚀变化过程进行信息整合分析，以获得相应分析结果。本发明专利技术本系统能够同时观察不同温度、不同点蚀坑形状、不同应力大小、不同腐蚀强度对试件点蚀损伤的影响机制，为高温特种设备的材料选用和实时检测提供依据。提供依据。提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种金属点蚀过程声学测试系统及方法


[0001]本专利技术涉及无损监测
，尤其是涉及一种金属点蚀过程声学测试系统及方法。

技术介绍

[0002]随着我国工业技术水平的迅猛发展，越来越多的机械设备投入使用，对设备的制造材料力学特性的研究越来越广泛。尤其是在冶金制造、航天航空、特种设备和石油化工等领域，对材料在高温环境下的硬度、极限强度、弹性模量等相关力学特征提出了更高的要求。所以，在高温环境下对各种材料的力学性能进行研究不仅有助于检测特种设备在高温环境下的安全性能，还对新型材料的开发与使用提供依据。
[0003]点蚀又称小孔腐蚀，是一种腐蚀集中在金属表面很小范围内并深入到金属内部甚至穿孔的孔蚀形态。具有自钝化特征的金属，如不锈钢、铝和铝合金等在含氯离子的介质中，经常发生点蚀。在许多含氯原子的介质中碳钢也会出现点蚀现象。在工业生产中，点蚀是一种危害很大的腐蚀类型，由于点蚀过程很隐蔽，通常难以提前监测到点蚀现象，一旦金属发生穿孔，将会对设备以及生产过程造成严重影响。声发射检测技术能实时监控设备中发出的声信号，如果能识别金属点蚀过程中产生的声信号，便能及时对金属的点蚀部位进行处理，防止点蚀持续扩展而导致的设备损坏或者更严重的事故。
[0004]数字图像相关技术(DIC)利用双目立体视觉技术，通过追踪物体表面的散斑图像，实现变形过程中物体表面的三维坐标、位移及应变的测量，主要应用于全场应变、变形、位移、振幅、模态等信息的测量和获取。声发射技术(AE)是一种动态检测方法，通过传感器接收材料内部产生的弹性波来检测材料中发生的裂纹萌生与扩展、断裂、无扩散型相变以及外加负荷等变化。
[0005]前述两种方法仅能从单一层面对散斑或裂纹扩展进行观测，但现有技术中缺少一种能够整合复杂环境的损伤监测系统，对高温特种设备的材料选用和损伤检测提供一定的依据。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种金属点蚀过程声学测试系统，包括：腐蚀环境模拟装置，其用于提供测试所需的腐蚀环境；应力环境模拟装置，其用于在测试时向试件提供在第一类温度条件下的内应力环境；声发射检测装置和图像获取装置，其用于在测试时分别采集表征试件点蚀过程变化状态的声发射信号和测试图像；信息处理装置，其用于同步获取所述声发射信号和测试图像，基于此，对试件在不同温度、不同腐蚀强度和不同应力环境的组合条件下的点蚀变化过程进行信息整合分析，以获得相应分析结果。
[0007]优选地，所述应力环境模拟装置包括：应力加载模块，其用于固定所述试件并向所述试件的两端施加测试所需的应力，其中，所述试件构造为柱形结构，所述试件的中段位置
的侧壁上设置有若干个凹槽；温度加载模块，其用于对所述试件的中段位置处的两端进行加热，以向所述试件的中段位置提供测试所需的温度条件。
[0008]优选地，所述温度加载模块包括：分别固定于所述试件的中段位置两端的第一组线圈和第二组线圈；加热器，其与所述第一组线圈和所述第二组线圈连接，用于向两组线圈通电，以利用电磁感应原理，使得所述两组线圈对所述试件的相应位置加热。
[0009]优选地，所述应力加载模块包括：原位拉伸机，其用于向所述试件加载与测试所需的试件内应力环境条件相匹配的测试应力；分别设置于所述原位拉伸机的两端的第一拉伸夹具和第二拉伸夹具，所述第一拉伸夹具和第二拉伸夹具用于夹持所述试件的两端面，以固定所述试件。
[0010]优选地，所述腐蚀环境模拟装置包括：腐蚀溶液池，其侧壁上构造有一对相向设置的第一类通孔，并且所述试件穿过所述第一类通孔使得所述试件的中段位置处于所述腐蚀溶液池的内部，所述腐蚀溶液池用于盛放腐蚀溶液；分别插入所述腐蚀溶液内部的辅助电极和参比电极；与所述辅助电极、所述参比电极、以及所述试件电连接的电化学工作站，用于通过输出不同电位电流，向所述试件的中段位置提供测试所需的腐蚀强度条件。
[0011]优选地，所述腐蚀溶液池的上半部构造为长方体结构，所述腐蚀溶液池的下半部构造为弧形底部结构，所述上半部与所述下半部相连通，所述腐蚀溶液池的顶部密封，其中，所述腐蚀溶液池的顶部设置有两个第二类通孔，所述两个第二类通孔分别用于插入所述辅助电极和所述参比电极，所述第一类通孔的形状与所述试件的截面形状相匹配，所述第一类通孔和所述试件之间的缝隙使用泛塞封密封。
[0012]优选地，所述声发射检测装置包括：分别设置于所述试件两端侧壁上的声发射传感器，用于采集所述声发射信号，所述声发射传感器使用耦合剂与所述试件耦合，所述耦合剂的耐温能力满足所述第一类温度条件；分别设置于所述声发射传感器后端的放大器，用于对接收到的所述声发射信号进行放大处理，并将处理后的信号传输至声发射检测仪；所述声发射检测仪，用于分析所述声发射信号，并存储分析结果。
[0013]优选地，所述系统还包括图像获取装置，所述图像获取装置具备：若干工业相机，其分别设置于所述试件的中段位置的不同径向方位处，用于在测试过程中实时采集含有相应方位下试件侧壁处的点蚀坑的变化状态信息的所述测试图像，以获得相应点蚀坑在腐蚀过程中的微观形貌信息和/或气泡产生情况信息；主控机，其与所述若干工业相机连接，用于获取不同方位的所述测试图像，对所述测试图像进行特征提取处理，基于此，标记点蚀坑扩展特征和气泡产生特征，从而将含有点蚀特征信息的所述测试图像发送至所述信息处理装置。
[0014]优选地，在所述试件的截面构造为矩形时，所述试件的中段位置的不同方位侧壁上处分别设置有不同形状的凹槽，所述形状包括正方形、圆形、三角形和椭圆形。
[0015]另一方面，本专利技术实施例还提供了一种金属点蚀过程声学测试方法，所述方法利用如上述所述的系统来实现，所述方法包括：构造当前测试所需的腐蚀环境、以及满足第一类温度条件下的内应力环境；开始测试后，分别采集表征试件点蚀过程变化状态的声发射信号和测试图像；同步获取所述声发射信号和测试图像，基于此，对试件在不同温度、不同腐蚀强度和不同应力环境的组合条件下的点蚀变化过程进行信息整合分析，以获得相应分析结果。
[0016]与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
[0017]本专利技术提出了一种金属点蚀过程声学测试系统及方法。该系统及方法能够对试件材料在高温应力条件下点蚀损伤的萌生与扩展过程中点蚀坑处的应力大小、图像、声发射信号等多种信息进行同步检测，通过将材料点蚀损伤全过程的多元信号结合的方式，能够有效模拟系统在高温环境下运转时，试件材料在点蚀情况下受应力拉伸时的外部裂纹萌生与内部损伤机理，同时获取声发射信号与内部损伤之间的联系，充分了解材料高温环境下受拉应力作用时的点蚀损伤演化规律(损伤机理)，为系统运行过程中的点蚀损伤监测与预警奠定了理论基础，并为高温特种设备的材料选用和实时检测提供方法依据。同时，本系统能够同时观察不同温度、不同点蚀坑形状、不同应力大小、不同腐蚀强度对试件点蚀损伤的影响机制。此外，本专利技术还具有结构简单、操作灵活、温度设置灵活、随做随停等特点，可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属点蚀过程声学测试系统，包括：腐蚀环境模拟装置，其用于提供测试所需的腐蚀环境；应力环境模拟装置，其用于在测试时向试件提供在第一类温度条件下的内应力环境；声发射检测装置和图像获取装置，其用于在测试时分别采集表征试件点蚀过程变化状态的声发射信号和测试图像；信息处理装置，其用于同步获取所述声发射信号和测试图像，基于此，对试件在不同温度、不同腐蚀强度和不同应力环境的组合条件下的点蚀变化过程进行信息整合分析，以获得相应分析结果。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述应力环境模拟装置包括：应力加载模块，其用于固定所述试件并向所述试件的两端施加测试所需的应力，其中，所述试件构造为柱形结构，所述试件的中段位置的侧壁上设置有若干个凹槽；温度加载模块，其用于对所述试件的中段位置处的两端进行加热，以向所述试件的中段位置提供测试所需的温度条件。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述温度加载模块包括：分别固定于所述试件的中段位置两端的第一组线圈和第二组线圈；加热器，其与所述第一组线圈和所述第二组线圈连接，用于向两组线圈通电，以利用电磁感应原理，使得所述两组线圈对所述试件的相应位置加热。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述应力加载模块包括：原位拉伸机，其用于向所述试件加载与测试所需的试件内应力环境条件相匹配的测试应力；分别设置于所述原位拉伸机的两端的第一拉伸夹具和第二拉伸夹具，所述第一拉伸夹具和第二拉伸夹具用于夹持所述试件的两端面，以固定所述试件。5.根据权利要求1～4中任一项所述的系统，其特征在于，所述腐蚀环境模拟装置包括：腐蚀溶液池，其侧壁上构造有一对相向设置的第一类通孔，并且所述试件穿过所述第一类通孔使得所述试件的中段位置处于所述腐蚀溶液池的内部，所述腐蚀溶液池用于盛放腐蚀溶液；分别插入所述腐蚀溶液内部的辅助电极和参比电极；与所述辅助电极、所述参比电极、以及所述试件电连接的电化学工作站，用于通过输出不同电位电流，向所述试件的中段位置提供测试所需的腐蚀强度条件。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述腐蚀溶液池的上半部构造为长方体结构，所述腐蚀溶液池的下半部构造为弧...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱枫，李明骏，陈文武，单广斌，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，
类型：发明
国别省市：