CN104713762A - 一种涡流检测用模拟应力腐蚀裂纹的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种涡流检测用模拟应力腐蚀裂纹的制备方法，首先加工平板试件并导入与真实应力腐蚀裂纹大小一致的疲劳裂纹，获得疲劳裂纹平板试件，然后利用四点弯曲在线加载装置对疲劳裂纹平板试件进行弯曲加载使疲劳裂纹闭口，同时进行涡流检测实验，获取不同载荷情形下的涡流检测信号，与真实应力腐蚀裂纹涡流检测信号相吻合的载荷情形下的闭口疲劳裂纹在涡流检测意义上与实际的应力腐蚀裂纹等价，可作为该应力腐蚀裂纹的模拟裂纹；本发明方法制备的模拟试件可以对实际形状复杂、制备困难的应力腐蚀裂纹试件进行有效的替代，具有操作简单，易实现，费用低廉，裂纹大小已知的优点，可以广泛应用于应力腐蚀裂纹定量涡流检测方法的检测能力认证制度中。
Description
技术领域
本发明涉及一种应力腐蚀裂纹模拟试件的制备领域，具体涉及一种涡流检测用模拟应力腐蚀裂纹的制备方法。
背景技术
核电站中广泛的采用对应力腐蚀敏感的不锈钢材料，而且核电结构中拉应力和腐蚀环境的存在，使应力腐蚀裂纹广泛的存在于核电站的关键部位，如蒸汽发生器的热交换管管板扩展部、主冷却管管台焊接部等。应力腐蚀裂纹的存在对核电结构的安全运行产生了巨大的威胁，而且考虑到经济效益问题，需要对裂纹的大小进行评估，因此对应力腐蚀裂纹的定量无损检测无比重要。目前，国际上提出检测能力认证制度，针对特定的检测目标对检测仪器系统和检测人员进行一体化认证。我国也在积极探讨引入针对应力腐蚀裂纹定量无损检测的检测能力认证制度，然而其技术关键之一就必须拥有各种典型应力腐蚀裂纹试件。应力腐蚀裂纹不同于其他裂纹，在裂纹区域具有弱于基体材料的部分电导率，而且其开裂过程非常复杂，因此现存的人工制作方法不仅耗时费力花销极大，而且很难控制裂纹的大小和深度，往往需要破坏实验才能确定最后的尺寸和形态。综上所述，开发尺寸可控的应力腐蚀裂纹模拟试件，对应力腐蚀裂纹定量无损检测能力认证制度体系具有重要的实用价值。
鉴于此，本发明提出了一种利用在线加载条件下的闭口疲劳裂纹模拟应力腐蚀裂纹的新方法，可以在涡流检测意义上对真实的应力腐蚀裂纹进行有效的模拟。
发明内容
为了解决上述现有的人工应力腐蚀裂纹试件制备困难、所制备裂纹的参数不可控的问题，本发明的目的在于提供一种模拟应力腐蚀裂纹制备的新方法，可以在涡流检测意义上模拟并替代应力腐蚀裂纹试件，所提方法具有操作简单，易实现，花费少，模拟裂纹大小和深度已知的优点，可广泛应用于应力腐蚀裂纹定量无损检测能力认证体系中。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种涡流检测用模拟应力腐蚀裂纹的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：疲劳裂纹平板试件的制备，具体步骤如下：
1)加工制作不锈钢平板试件，并在其中央沿宽度方向加工半椭圆形电火花凹槽，用以定位疲劳裂纹导入的位置；
2)对步骤1)中加工好的不锈钢平板试件，利用疲劳试验机和弯曲夹持夹具进行疲劳加载，在不锈钢平板试件中导入疲劳裂纹，施加载荷频率和加载次数视具体情况和需要所定；
3)将步骤2)导入疲劳裂纹的不锈钢平板试件的半椭圆形电火花凹槽打磨掉，利用TOFD超声检测设备测得步骤2)导入的疲劳裂纹的深度，利用显微镜观测疲劳裂纹的长度和宽度，获得疲劳裂纹大小的参数信息；
4)利用商业涡流检测仪器，采用自激自检的饼式探头和多个激励频率，对真实的应力腐蚀裂纹试件进行涡流检测实验，获得涡流检测信号，并提取涡流检测信号峰值,然后进行裂纹破坏实验，观测应力腐蚀裂纹的实际大小；
5)将步骤3)中获取的疲劳裂纹的大小的参数信息与步骤4)中得到的真实应力腐蚀裂纹大小进行对比，重复步骤2)和步骤3)，直至导入的疲劳裂纹大小与真实应力腐蚀裂纹大小一致，即获得了最终的疲劳裂纹平板试件。
步骤2：四点弯曲在线加载使平板试件的疲劳裂纹闭口的情况下进行涡流检测实验，具体步骤如下：
1)设计四点弯曲在线加载装置，并利用千斤顶14提供四点弯曲载荷，得到闭口疲劳裂纹，通过用应变仪16监测闭口疲劳裂纹平板试件底部中心的应变以衡量加载载荷大小；
2)在步骤1)加载的条件下，基于步骤1中步骤4)的相同涡流检测条件，采用商业涡流检测仪器进行涡流检测实验，测量不同载荷情况下的涡流检测信号；
3)提取步骤2)中涡流检测信号的峰值，做出信号峰值-应变监测值曲线；
4)将步骤1中步骤4)应力腐蚀裂纹的涡流检测信号峰值与步骤2中步骤3)中的信号峰值-应变监测值曲线进行对比分析，获得模拟应力腐蚀裂纹最佳的加载应变值；在此加载条件下，利用闭口疲劳裂纹能够在涡流检测意义上有效的模拟相同大小应力腐蚀裂纹。
所述设计的四点弯曲在线加载装置11的结构包括下盖板4，设置在下盖板4两侧的侧板2，侧板2内侧开有滑槽3，滑块5通过其两侧的滑块导轨10装入滑槽3中，所述滑块5的中央为凹槽，与侧板2接触的两端设置下顶块6，安装后的滑块5的下顶块6朝上，上盖板1通过螺钉与侧板2紧固，所述上盖板1底部带有两块上顶块7，上顶块7朝向滑块5中央凹槽位置，上盖板1顶部开有功能窗8。
所述检测条件为四点弯曲加载的同时进行涡流检测。
所述涡流检测频率采用10kHz、50kHz或100kHz。
和现有技术相比，本发明的优点如下：
1)本发明方法能够对在涡流检测意义上制备与真实应力腐蚀裂纹试件检测信号等价的模拟试件，本方法具有操作简单，易实现，模拟裂纹大小参数已知等优点，能广泛用于应力腐蚀裂纹定量无损检测能力认证制度中。
2)本发明采用自行设计的四点弯曲加载装置提供载荷使疲劳裂纹闭口，在线加载装置简单，搬运灵活，并可以根据实际需要改变加载载荷，模拟不同的应力腐蚀裂纹，具有普遍适用性。
3)利用在线加载的闭口疲劳裂纹模拟应力腐蚀裂纹，其模拟应力腐蚀裂纹试件即闭口疲劳裂纹具有明确的裂纹大小参数信息。
附图说明
图1为本发明四点弯曲在线加载装置提供四点弯曲载荷示意图。
图2为本发明四点弯曲在线加载装置示意图。
图3为对加载条件下的闭口疲劳裂纹模拟应力腐蚀裂纹试件进行涡流检测的示意图。
图4为各个加载载荷情形下涡流检测信号峰值变化。
具体实施方式
如图1所示，本发明的原理为通过四点弯曲加载装置11，利用千斤顶14对疲劳裂纹平板试件12进行加载，使位于疲劳裂纹试件中央部位的疲劳裂纹产生一定程度的闭合，两裂纹面发生部分接触而产生弱于基体材料的电导率，以此在涡流检测意义上模拟真实的应力腐蚀试件。
如图2所示，本发明设计的四点弯曲在线加载装置11的结构包括下盖板4，设置在下盖板4两侧的侧板2，侧板2内侧开有滑槽3，滑块5通过其两侧的滑块导轨10装入滑槽3中，所述滑块5的中央为凹槽，与侧板2接触的两端设置下顶块6，安装后的滑块5的下顶块6朝上，上盖板1通过螺钉与侧板2紧固，所述上盖板1底部带有两块上顶块7，上顶块7朝向滑块5中央凹槽位置，上盖板1顶部开有功能窗8。
下面将结合图1、图2和图3对本发明方法做进一步的详细描述。
步骤1：疲劳裂纹平板试件的制备，具体步骤如下：
1)加工制作不锈钢平板试件，并在其中央沿宽度方向加工半椭圆形电火花凹槽，用以定位疲劳裂纹导入的位置；
2)对步骤1)中加工好的不锈钢平板试件，利用疲劳试验机和弯曲夹持夹具(能够实现三点/四点弯曲试验，并可调节加载夹头的位置和夹头之间的距离)进行疲劳加载，施加载荷的频率为10Hz，加载次数为50000次(加载次数视所需导入的疲劳裂纹大小的具体情况所定)；
3)将步骤2)导入疲劳裂纹的不锈钢平板试件的半椭圆形电火花凹槽打磨掉，疲劳裂纹平板试件制备完成，利用TOFD超声检测设备测得步骤2)导入的疲劳裂纹的深度，利用显微镜观测疲劳裂纹的长度和宽度，获得疲劳裂纹大小的参数信息；
4)利用商业涡流检测仪器，采用自激自检的饼式探头和多个激励频率10kHz、50kHz、100kHz，对真实的应力腐蚀裂纹试件进行实验，获得涡流检测信号，并提取信号峰值,进行裂纹破坏实验，获取应力腐蚀裂纹的实际大小；
5)将步骤3)中获取的疲劳裂纹的大小信息与步骤4)中得到的真实应力腐蚀裂纹大小进行对比，改变步骤2)中的加载次数并重复步骤2)和步骤3)，直至导入的疲劳裂纹大小与真实应力腐蚀裂纹大小一致，即获得了最终的疲劳裂纹平板试件。
步骤2：四点弯曲在线加载使平板试件的疲劳裂纹闭口的情况下进行涡流检测实验，具体步骤如下：
1)设计制作了四点弯曲在线加载装置11，如图3所示，利用千斤顶14提供四点弯曲载荷，获得闭口疲劳裂纹13，通过用应变仪16监测疲劳裂纹底部中心的应变以衡量载荷大小；
2)利用商业涡流检测仪器17在步骤1)加载的条件下，基于步骤1中步骤4)的相同涡流检测条件，使用饼式探头15对步骤1中制备好的与应力腐蚀裂纹大小一致的疲劳裂纹平板试件12，进行涡流检测实验，测量不同载荷情况下的涡流信号；
3)提取步骤2)中涡流检测信号的峰值，做出信号峰值-应变监测值曲线，如图4所示；
4)将步骤1中步骤4)应力腐蚀裂纹的涡流检测信号峰值与步骤2中步骤3)中的信号峰值-应变监测值曲线进行对比分析，获得模拟应力腐蚀裂纹最佳的加载应变值。在此加载条件下，利用这个大小闭口疲劳裂纹能够在涡流检测意义上有效的模拟相同大小应力腐蚀裂纹。
需要说明的是：在实际的过程中可以重复上述步骤2中的步骤2)-3)多次，求出平均值作为最后涡流检测结果，可得到更加精确的模拟效果。
Claims (3)
1.一种涡流检测用模拟应力腐蚀裂纹的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：疲劳裂纹平板试件的制备，具体步骤如下：
1)加工制作不锈钢平板试件，并在其中央沿宽度方向加工半椭圆形电火花凹槽，用以定位疲劳裂纹导入的位置；
2)对步骤1)中加工好的不锈钢平板试件，利用疲劳试验机和弯曲夹持夹具进行疲劳加载，在不锈钢平板试件中导入疲劳裂纹，施加载荷频率和加载次数视具体情况和需要所定；
3)将步骤2)导入疲劳裂纹的不锈钢平板试件的半椭圆形电火花凹槽打磨掉，利用TOFD超声检测设备测得步骤2)导入的疲劳裂纹的深度，利用显微镜观测疲劳裂纹的长度和宽度，获得疲劳裂纹大小的参数信息；
4)利用商业涡流检测仪器，采用自激自检的饼式探头和多个激励频率，对真实的应力腐蚀裂纹试件进行涡流检测实验，获得涡流检测信号，并提取涡流检测信号峰值,然后进行裂纹破坏实验，观测应力腐蚀裂纹的实际大小；
5)将步骤3)中获取的疲劳裂纹的大小的参数信息与步骤4)中得到的真实应力腐蚀裂纹大小进行对比，重复步骤2)和步骤3)，直至导入的疲劳裂纹大小与真实应力腐蚀裂纹大小一致，即获得了最终的疲劳裂纹平板试件；
步骤2：四点弯曲在线加载使平板试件的疲劳裂纹闭口的情况下进行涡流检测实验，具体步骤如下：
1)设计四点弯曲在线加载装置，并利用千斤顶提供四点弯曲载荷，得到闭口疲劳裂纹，通过用应变仪监测闭口疲劳裂纹平板试件底部中心的应变以衡量加载载荷的大小；
2)在步骤1)加载的条件下，基于步骤1中步骤4)的相同涡流检测条件，采用商业涡流检测仪器进行涡流检测实验，测量不同载荷情况下的涡流检测信号；
3)提取步骤2)中涡流检测信号的峰值，做出信号峰值-应变监测值曲线；
4)将步骤1中步骤4)应力腐蚀裂纹的涡流检测信号峰值与步骤2中步骤3)的信号峰值-应变监测值曲线进行对比分析，获得模拟应力腐蚀裂纹最佳的加载应变值；在此加载条件下，利用闭口疲劳裂纹能够在涡流检测意义上有效的模拟相同大小应力腐蚀裂纹；
所述设计的四点弯曲在线加载装置(11)的结构包括下盖板(4)，设置在下盖板(4)两侧的侧板(2)，侧板(2)内侧开有滑槽(3)，滑块(5)通过其两侧的滑块导轨(10)装入滑槽(3)中，所述滑块(5)的中央为凹槽，与侧板(2)接触的两端设置下顶块(6)，安装后的滑块(5)的下顶块(6)朝上，上盖板(1)通过螺钉与侧板(2)紧固，所述上盖板(1)底部带有两块上顶块(7)，上顶块(7)朝向滑块(5)中央凹槽位置，上盖板(1)顶部开有功能窗(8)。
2.根据权利要求1所述的在涡流检测意义上模拟应力腐蚀裂纹制备的新方法，其特征在于：所述检测条件为四点弯曲加载的同时进行涡流检测。
3.根据权利要求1所述的在涡流检测意义上模拟应力腐蚀裂纹制备的新方法，其特征在于：涡流检测频率采用10kHz、50kHz或100kHz。
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