CN113030261B - 一种材料高温服役性能动态瞬态无损检测方法 - Google Patents

一种材料高温服役性能动态瞬态无损检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种材料高温服役性能动态瞬态无损检测方法，包括如下步骤：配置高温散斑混合液、绘制耐高温图形标记、放入被检测材料、开启冷却水、抽真空、开启主动光源、开始实验、数据采集、试验结束。本发明可以实时直观地观测被检测材料高温服役过程中的变化状态，能够实现材料高温状态下内部微裂纹形成、扩展及颗粒滑移等不可见信息和材料表面宏观应变分布信息的多尺度同步探测分析。

Description

一种材料高温服役性能动态瞬态无损检测方法
技术领域
本发明涉及材料高温服役性能检测技术领域，具体涉及一种材料高温服役性能动态瞬态无损检测方法。
背景技术
高温合金、复合材料、陶瓷等高温材料被广泛应用于冶金、电力、石油化工和航空航天工业等高温工业生产中，其服役环境通常为高温条件，长时间服役过程中，材料高温力学行为(老化、断裂、蠕变等)对于设备安全、高效运行及其结构的可靠性评定、寿命预测以及安全设计至关重要。传统材料高温服役性能研究方式较为粗放，多采用强度测试或热震等手段粗放式评价，难以获知材料高温服役性能动态瞬态信息，限制了高性能材料的开发与应用。
高温情况下获取材料表面的变形和应变场信息是对其高温力学行为评估和研究的关键和基础。现有的应变测量方法通常分为接触式应变测量方法和非接触式应变测量方法。接触式应变测量方法是根据测头的位移来表征材料的应变，一方面，其测量的范围有限，通常只能测量单点或者局部的应变；另一方面，接触式应变测量只能获取平均应变信息，无法准确表征非对称应变。相比于传统接触式应变测量技术，非接触式应变测量技术主要原理是基于数字图像相关技术，基于机器视觉原理实现变形测量，可以避免与试件接触，能对拉伸或压缩的全过程进行检测，且不会对测量试件产生任何影响。材料高温服役状过程中所产生的表面形变其内在原因是材料内部微裂纹形成、扩展及颗粒滑移等不可见的微观现象的积累。基于材料高温环境服役过程中的宏观形变及微观损毁过程信息的获取对于揭示材料高温服役过程损毁机理，建立材料服役性能评价体系，指导新型高品质高温材料开发具有重要意义。
潘兵等通过外加紫外光源，配合窄带通滤波片实现高温下的材料表面应变信息测量，发明号CN201710567402.3，但高温状态下，空气等气体受热密度变化会导致对光折射率产生严重影响，从而严重影响图像采集质量和计算精度。且单独采集和分析材料表面应变信息，无法获取其内部受损行为，难以进一步理解分析材料形变和断裂内部机理。
利用X射线断层扫描技术可以对材料内部受损情况分析，但X射线断层扫描设备光路系统复杂，设备价格昂贵，维修成本高，且X射线断层扫描技术难以开展1600℃及以上极端温度环境下材料内部结构的分析，目前尚无有效的材料高温环境服役过程宏观形变及微观损毁过程信息获取技术。
概言之，现有技术中对材料高温服役性能进行检测的设备主要存在如下问题：
①、接触式应变测量方法：测量范围有限，通常只能测量单点或局部的应变；只能获取平均应变信息，无法准确表征非对称应变；
②、非接触应变测量方法：气体受热密度变化对光折射率产生影响，从而影响了图像采集质量和计算精度；X射线断层扫描方法的光路系统复杂，设备和维修成本高，且难以开展1600℃及以上极端温度环境下材料内部结构的分析。
③、缺少对材料高温状态下内部微裂纹形成、扩展及颗粒滑移等不可见信息和材料表面宏观应变分布信息的多尺度同步探测、采集的动态瞬态无损检测方法。
发明内容
本发明意在提供一种材料高温服役性能动态瞬态无损检测方法，以解决现有技术中存在的不足，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。
一种材料高温服役性能动态瞬态无损检测方法，其改进之处在于，包括如下步骤：
S1，配置高温散斑混合液；
S2，绘制耐高温图形标记；
S3，放入被检测材料；被检测材料的试样放入炉体单元的炉膛模块中，并置于载荷单元的试样台上；所述炉体单元上设有可视窗口模块，所述可视窗口模块用于提供光学检测单元对试样进行检测的窗口；声学检测单元的高温导波管的一端与试样的侧面接触；
S4，开启冷却水；对试样进行加热和对炉体单元进行冷却的加热冷却单元包括加热测温模块和冷却模块，所述冷却模块设置于炉体单元的外侧；
S5，抽真空；通过真空单元对炉膛模块的内部空间进行抽气处理；
S6，开启主动光源；所述主动光源设置于光学检测单元之中，所述光学检测单元设置于炉体单元的外侧并与可视窗口模块的高度相匹配；
S7，开始实验；
S8，数据采集；
S9，试验结束。
优选的，S1中，所述高温散斑混合液的溶质为氧化铝微粉或二氧化硅微粉或碳化硅微粉或铁铝尖晶石微粉或氧化亚钴微粉、溶剂为丙酮或无水乙醇或水，溶质与溶剂的质量比为(3～10)：1；
S2中，将高温散斑混合液喷涂在试样的待测表面，将所述试样经110～200℃热处理1～3h后制得耐高温图形标记。
优选的，S3中，所述炉膛模块包括炉壳、与炉壳内壁相贴合且内部中空的炉膛砖；所述炉壳和所述炉膛砖的上表面相对应位置处均开设有与加热冷却单元、载荷单元相配合的孔，所述炉壳和所述炉膛砖的侧面相对应位置处均开设有与真空单元、声学检测单元相配合的孔；所述炉壳上设有炉门模块，所述炉门模块包括与炉壳铰接的炉门、设于炉门内表面上的炉门耐热橡胶圈，所述炉门的非铰接一端设有炉门卡扣，炉门卡扣与门栓螺杆、门栓螺母相配合以将炉门压紧于炉壳上；所述炉门上设有可视窗口模块，所述可视窗口模块包括开设于炉门上的可视窗口、位于炉门外侧并覆盖可视窗口的石英玻璃、设于炉门与石英玻璃之间的耐热橡胶圈，所述石英玻璃和耐热橡胶圈通过法兰固定设于炉门外侧面上。
优选的，S3中，所述试样台位于炉膛模块内，所述载荷单元还包括位于试样台上方并用于压抵被检测材料的承压板、与承压板相连的直杆、与直杆上端面相连的砝码台、放置于砝码台上的砝码，所述直杆穿过炉壳和炉膛砖上表面的孔伸出炉壳外，所述直杆伸出炉壳的部分上套设有密封波纹管，所述密封波纹管的上、下端面分别与砝码台的下表面、炉壳的上表面相连。
优选的，S3中，所述声学检测单元还包括套设于高温导波管上的声学检测波纹管、通过信号传导线与高温导波管相连的多通道声发射信号采集器，所述高温导波管为刚玉质圆管，所述高温导波管穿过炉壳和炉膛砖侧表面的孔伸入到炉膛模块内部且与被检测材料的侧面相抵接，所述声学检测波纹管的一端安装于炉壳的外表面上、另一端与高温导波管相连接；S3中，将试样从炉门放置于试样台上，将承压板与试样相抵接，将高温导波管的一端与试样的侧面相接触，关闭炉门并将门栓螺母旋紧。
优选的，S4中，所述冷却模块包括水泵、与水泵相连并螺旋安装于炉壳外围的冷却水管路，冷却水管路的冷却水进水口位于冷却水管路的下方、冷却水出水口位于冷却水管路的上方；所述加热测温模块包括安装于炉膛模块内的加热元件、安装于炉膛模块内且外套刚玉质保护套的热电偶、与加热元件和热电偶连接的加热控制器，所述加热元件穿过炉壳和炉膛砖上表面的孔伸入到炉膛模块内部；S4中，将水泵与冷却水出水口相连，冷却水进水口与冷却水源相连，打开水泵，冷却水通过冷却水管路自下而上绕炉壳外表面流动。
优选的，S5中，所述真空单元包括真空泵、连接真空泵和炉膛模块的抽气管、设于抽气管上的真空阀和压力表，所述抽气管与炉膛模块的内部空间相连通；S5中，打开真空泵和真空阀，通过压力表观察炉膛模块内部的气压大小，将炉膛模块内部的气压抽至0.006～100Pa，关闭真空阀和真空泵。
优选的，S6中，所述光学检测单元还包括固定支架、设于固定支架上的两个工业相机，所述主动光源设于固定支架上且位于两个工业相机之间，所述工业相机的镜头上依次安装带通滤光镜片和中性灰度镜，所述两个工业相机之间相互垂直；S6中，开启主动光源，通过工业相机记录耐高温图形标记的初始图片信息，保持主动光源开启，暂停工业相机对耐高温图形标记的图片信息记录。
优选的，S7中，开启加热测温模块，将被检测材料的试样升温至实验温度，开启工业相机，对耐高温图形标记的图片信息进行记录，记录时间间隔为0～12000ms，开启多通道声发射信号采集器，设置声发射信号频率通过范围为125～750KHz，在砝码台上放置砝码，开始对试样进行加载。
优选的，S8中，以耐高温图形标记的初始图片信息作为参照图片，对耐高温图形标记图片逐张进行应变变化分析，获得试样应变/位移-时间、应变/位移-温度曲线及试样瞬时应变分布云图，通过声学检测单元获得试样声发射信号波形曲线，从而完成数据采集，获得试样高温服役性能动态瞬态无损检测数据；
S9中，停止工业相机对耐高温图形标记的图片信息记录，取下砝码，停止加热，待炉膛模块冷却至200℃以下，打开真空阀，关闭水泵。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明通过在被检测材料的试样表面制作耐高温图形标记，通过光学检测单元，采用主动光源成像技术，配合与主动光源中心波长相同的带通滤光镜片，可有效排除试样在1600℃高温服役状态下热辐射对采集图像信号衬度的影响。检测区域经过真空处理，并在镜头处加载低通光量的中性灰度镜加长曝光时间，通过物理手段将热流扰动实现平均化处理，有助于降低光路系统中空气密度变化引起的光的折射波动对图像信号采集的干扰。基于主动光源的单色光源照明和带通滤光镜成像技术，可实时直观地观测被检测材料高温服役过程中的变化状态。
(2)本发明通过设置真空单元，为试样提供一种真空环境，从而降低气体受热密度变化对光折射率所产生的影响，进而提高了图像采集质量和计算精度。
(3)通过声学检测单元，并利用高温波导管和多通道声发射信号采集器，提取材料高温服役过程中材料内部微裂纹形成、扩展及颗粒滑移等不可逆过程产生的瞬态弹性波，基于声波解析可以获知材料内部的实时损毁状态。同时，实时提取材料高温服役动态、瞬态表面图像信号，配合数字图像相关技术同步解析材料瞬态表面应变信息。实现材料高温状态下内部微裂纹形成、扩展及颗粒滑移等不可见信息和材料表面宏观应变分布信息的多尺度同步探测分析。
(4)本发明通过声学检测单元来代替X射线断层扫描设备，从而解决现有技术中X射线断层扫描方法所存在的系统复杂、设备和维修成本高的问题。
附图说明
图1为本发明的步骤流程图；
图2为本发明整体结构示意图；
图3为本发明中炉体单元的结构示意图；
图4为本发明中炉壳的结构示意图；
图5为本发明中炉膛砖的结构示意图；
图6为本发明中炉膛模块的剖视结构示意图；
图7为本发明中炉门模块的结构示意图；
图8为本发明中可视窗口模块的爆炸示意图；
图9为本发明中可视窗口模块的剖视结构示意图；
图10为本发明中加热冷却单元的结构示意图；
图11为本发明中加热测温模块的结构示意图；
图12为本发明中冷却模块的结构示意图；
图13为本发明中加热冷却单元的安装示意图；
图14为本发明中载荷单元的结构示意图；
图15为本发明中载荷单元的安装示意图；
图16为本发明中真空单元的结构示意图；
图17为本发明中光学检测单元的结构示意图；
图18为本发明中光学检测单元的安装示意图；
图19为本发明中声学检测单元的结构示意图；
图20为本发明中声学检测单元的安装示意图；
附图中的附图标记依次为：100、炉体单元；110、炉膛模块，111、炉壳，112、炉膛砖；120、炉门模块，121、炉门，122、炉门耐热橡胶圈，123、活页，124、炉门卡扣，125、门栓螺杆，126、门栓螺母；130、可视窗口模块，131、可视窗口，132、石英玻璃，133、耐热橡胶圈，134、法兰；200、加热冷却单元；210、加热测温模块，211、加热元件，212、热电偶，213、加热控制器；220、冷却模块，221、水泵，222、冷却水管路，223、冷却水进水口，224、冷却水出水口；300、载荷单元；301、试样台，302、承压板，303、砝码台，304、砝码，305、密封波纹管，306、试样；400、真空单元；401、真空泵，402、抽气管，403、真空阀，404、压力表；500、光学检测单元；501、工业相机，502、主动光源，503、带通滤光镜片，504、中性灰度镜，505、固定支架；600、声学检测单元；601、高温导波管，602、多通道声发射信号采集器，603、信号传导线，604、声学检测波纹管。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1：
参照图1至图20所示，一种材料高温服役性能动态瞬态无损检测方法，其改进之处在于，包括如下步骤：
S1，配置高温散斑混合液；
S2，绘制耐高温图形标记；
S3，放入被检测材料；被检测材料的试样306放入炉体单元100的炉膛模块110中，并置于载荷单元300的试样台301上；所述炉体单元100上设有可视窗口模块130，所述可视窗口模块130用于提供光学检测单元500对试样306进行检测的窗口；声学检测单元600的高温导波管601的一端与试样306的侧面接触；
S4，开启冷却水；对试样306进行加热和对炉体单元100进行冷却的加热冷却单元200包括加热测温模块210和冷却模块220，所述冷却模块220设置于炉体单元100的外侧；
S5，抽真空；通过真空单元400对炉膛模块110的内部空间进行抽气处理；
S6，开启主动光源；所述主动光源502设置于光学检测单元500之中，所述光学检测单元500设置于炉体单元100的外侧并与可视窗口模块130的高度相匹配；
S7，开始实验；
S8，数据采集；
S9，试验结束。
本实施例中：通过所述炉体单元100为被检测材料的试样306提供检测的实验空间；通过所述加热冷却单元200对被检测材料的试样306进行加热以及冷却炉体单元100；通过所述载荷单元300为被检测材料的试样306提供一定的竖向荷载；通过所述真空单元400为被检测材料的试样306提供真空环境；通过所述光学检测单元500实时检测被检测材料的试样306的变化；通过所述声学检测单元600采集检测过程中的声波变化。
本实施例为非接触式应变检测方法，从而克服现有技术中接触式应变检测/测量方法/装置的局限。本实施例通过设置真空单元400，为试样306提供一种真空环境，从而降低气体受热密度变化对光折射率所产生的影响，进而提高了图像采集质量和计算精度。本实施例通过设置声学检测单元600，可采集材料高温服役过程中材料内部微裂纹形成、扩展及颗粒滑移等不可逆过程产生的瞬态弹性波，配合光学检测单元500所提取的材料高温服役动态瞬态表面图像信号，实现对材料高温服役性能的动态、瞬态、可视化检测。通过声学检测单元600来代替X射线断层扫描设备，从而解决现有技术中X射线断层扫描方法所存在的系统复杂、设备和维修成本高的问题。
进一步的，S1中，所述高温散斑混合液的溶质为氧化铝微粉或二氧化硅微粉或碳化硅微粉或铁铝尖晶石微粉或氧化亚钴微粉、溶剂为丙酮或无水乙醇或水，溶质与溶剂的质量比为(3～10)：1。更进一步的，采用铁铝尖晶石微粉与丙酮按质量比为10:1、碳化硅微粉与无水乙醇按质量比为7:1或氧化铝微粉与水按质量比为3:1混合配置高温散斑混合液。
进一步的，S2中，将高温散斑混合液喷涂在试样306的待测表面，将所述试样306经110～200℃热处理1～3h后制得耐高温图形标记。更进一步的，所述试样306经110℃热处理1h、150℃热处理2h或200℃热处理3h后制得耐高温图形标记。
实施例2：
在实施例1的基础上，参照图3至图6所示，S3中，所述炉膛模块110包括炉壳111、与炉壳111内壁相贴合且内部中空的炉膛砖112；所述炉壳111和所述炉膛砖112的上表面相对应位置处均开设有与加热冷却单元200、载荷单元300相配合的孔，所述炉壳111和所述炉膛砖112的侧面相对应位置处均开设有与真空单元400、声学检测单元600相配合的孔。
进一步的，所述炉壳111为钢制方形外壳。
进一步的，所述炉膛砖112为刚玉质耐火材料制成，内部为中空方形空间。
本实施例中：所述炉膛模块110及炉壳111用于为整个检测方法中所涉及的部件提供支撑作用，所述炉膛砖112用于保护炉壳111。
进一步的，参照图7所示，所述炉壳111上设有炉门模块120，所述炉门模块120包括与炉壳111铰接的炉门121、设于炉门121内表面上的炉门耐热橡胶圈122，所述炉门121的非铰接一端设有炉门卡扣124，炉门卡扣124与门栓螺杆125、门栓螺母126相配合以将炉门121压紧于炉壳111上。
进一步的，所述炉门121为钢制方形门。
进一步的，所述炉门121的一端通过活页123与炉壳111铰接，另一端焊接有炉门卡扣124，炉门121可以绕活页123开启和关闭。
进一步的，所述活页123为钢制活页，一端连接炉壳111，另一端连接炉门121。
进一步的，所述炉门卡扣124为钢制半圆环形，一端焊接在炉门121上；所述门栓螺杆125为钢制螺杆，一端连接在炉壳111上，另一端与门栓螺母126配合；所述门栓螺母126为钢制螺母。
本实施例中：所述炉门模块120及炉门121用于取放被检测材料的试样306，所述炉门耐热橡胶圈122用于密封炉门121，所述活页123用于炉门121的开启和关闭，所述炉门卡扣124、门栓螺杆125和门栓螺母126相互配合，用以将炉门121压紧于炉壳111上。
进一步的，参照图8、9所示，所述炉门121上设有可视窗口模块130，所述可视窗口模块130包括开设于炉门121上的可视窗口131、位于炉门121外侧并覆盖可视窗口131的石英玻璃132、设于炉门121与石英玻璃132之间的耐热橡胶圈133，所述石英玻璃132和耐热橡胶圈133通过法兰134固定设于炉门121外侧面上。
进一步的，所述可视窗口131为矩形通孔，开设于炉门121的中心。
进一步的，所述石英玻璃132为一块略大于可视窗口131的石英质矩形玻璃。
进一步的，所述法兰134为钢制矩形，中心为方形通孔，周边上设有螺纹孔，通过螺栓固定于炉门121上并将石英玻璃132和耐热橡胶圈133固设于陆陆们121上。
本实施例中：所述可视窗口模块130、可视窗口131和石英玻璃132用于提供光学检测单元500对被检测材料的试样306进行检测的窗口，所述石英玻璃132用于阻挡炉膛模块110内的部分热辐射，所述耐热橡胶圈133用于密封可视窗口131，所述法兰134用于将石英玻璃132和耐热橡胶圈133固定于炉门121上。
实施例3：
在实施例2的基础上，参照图14、15所示，S3中，所述试样台301位于炉膛模块110内，所述载荷单元300还包括位于试样台301上方并用于压抵被检测材料的承压板302、与承压板302相连的直杆、与直杆上端面相连的砝码台303、放置于砝码台303上的砝码304，所述直杆穿过炉壳111和炉膛砖112上表面的孔伸出炉壳111外，所述直杆伸出炉壳111的部分上套设有密封波纹管305，所述密封波纹管305的上、下端面分别与砝码台303的下表面、炉壳111的上表面相连。
进一步的，所述试样台301为碳化硅陶瓷或氧化铝陶瓷或石墨质的方台，向上凸设于炉膛砖112的下表面上，所述试样台301的高度不低于可视窗口模块130的可视窗口131下边；更进一步的，所述试样台301略高于可视窗口131的下边。
进一步的，所述承压板302为碳化硅陶瓷或氧化铝陶瓷或石墨质的平板。
进一步的，所述砝码台303为一钢制平板，下表面中心与直杆相连。
进一步的，所述砝码304为标准砝码，根据实验的要求可以更换不同质量的砝码304。
本实施例中：所述荷载单元300用于为被检测材料的试样306提供竖向载荷，所述试样台301用于放置被检测材料的试样306，所述承压板302和所述直杆用于传递来自砝码304的压力，所述密封波纹管305为直杆提供上下活动的空间并保证炉膛模块110的密封。
实施例4：
在实施例3的基础上，参照图19、20所示，S3中，所述声学检测单元600还包括套设于高温导波管601上的声学检测波纹管604、通过信号传导线603与高温导波管601相连的多通道声发射信号采集器602，所述高温导波管601为刚玉质圆管，所述高温导波管601穿过炉壳111和炉膛砖112侧表面的孔伸入到炉膛模块110内部且与被检测材料的侧面相抵接，所述声学检测波纹管604的一端安装于炉壳111的外表面上、另一端与高温导波管601相连接；S3中，将试样306从炉门121放置于试样台301上，将承压板302与试样306相抵接，将高温导波管601的一端与试样306的侧面相接触，关闭炉门121并将门栓螺母126旋紧。
进一步的，所述多通道声发射信号采集器602为声信号采集器。
本实施例中：所述声学检测单元600用于采集检测过程中的声波变化，高温导波管601用于传导炉膛模块110内的声波变化，多通道声发射信号采集器602用于采集声波信号，信号传导线603用于传导声波信号，声学检测波纹管604用于固定高温导波管601并使其可以在一定范围内移动。
实施例5：
在实施例2、3或4的基础上，参照图10至图14所示，S4中，所述冷却模块220包括水泵221、与水泵221相连并螺旋安装于炉壳111外围的冷却水管路222，冷却水管路222的冷却水进水口223位于冷却水管路222的下方、冷却水出水口224位于冷却水管路222的上方；所述加热测温模块210包括安装于炉膛模块110内的加热元件211、安装于炉膛模块110内且外套刚玉质保护套的热电偶212、与加热元件211和热电偶212连接的加热控制器213，所述加热元件211穿过炉壳111和炉膛砖112上表面的孔伸入到炉膛模块110内部；S4中，将水泵221与冷却水出水口224相连，冷却水进水口223与冷却水源相连，打开水泵221，冷却水通过冷却水管路222自下而上绕炉壳111外表面流动。
进一步的，所述冷却水管路222为螺旋形钢制圆管，螺旋缠绕焊接于炉壳111的外侧面上。
进一步的，所述加热元件211为硅钼棒或硅钼带或钨棒或钨丝，所述加热元件211的上端与加热控制器相连。
本实施例中：所述冷却模块220用于冷却炉膛模块110的炉壳111，所述水泵221用于为冷却模块220提供动力，所述冷却水管路222用于为冷却水提供流动通路；所述加热元件211用于提高热能，加热被检测材料的试样306；所述热电偶212用于测量炉膛模块110内的温度；所述加热控制器213用于控制加热元件211的加热效率，并根据热电偶212的测量信号调整加热元件211的加热效率，从而调整炉膛模块110内的加热温度，进而调整被检测材料的试样306的被加热温度。
实施例6：
在实施例2-5任一的基础上，参照图16所示，S5中，所述真空单元400包括真空泵401、连接真空泵401和炉膛模块110的抽气管402、设于抽气管402上的真空阀403和压力表404，所述抽气管402与炉膛模块110的内部空间相连通；S5中，打开真空泵401和真空阀403，通过压力表404观察炉膛模块110内部的气压大小，将炉膛模块110内部的气压抽至0.006～100Pa，关闭真空阀403和真空泵401。
进一步的，经过真空单元400的抽气处理，炉膛模块110内部的气压为0.006Pa、50Pa或100Pa。
本实施例中：所述真空单元400用于为炉膛模块110提供真空环境，所述真空泵401用于为真空单元400提供动力，所述真空阀403为控制真空单元400的开关，所述压力表404用于观察炉膛模块110内的气压大小。
值得注意的是，将炉膛模块110内部的气压抽至0.006～100Pa，是因为光学检测单元500是在炉膛模块110外部拍摄高温状态下试样306的图片信息，如果炉膛模块110内空气较多，将会形成“热流扰动”现象，导致光学检测单元500所检测的图片信息不准确。当压强低于0.006Pa时，一方面会要求炉膛模块110具有较高的刚性强度以抵抗外界空气压力，另一方面又要求真空泵401具有较大的功率，从而使得设备制备成本过高；当压腔高于100Pa时，炉膛模块110内的空气便可能形成“热流扰动”现象；因而将炉膛模块110内部的气压设置为0.006～100Pa。
实施例7：
在实施例4的基础上，参照图17、18所示，S6中，所述光学检测单元500还包括固定支架505、设于固定支架505上的两个工业相机501，所述主动光源502设于固定支架505上且位于两个工业相机501之间，所述工业相机501的镜头上依次安装带通滤光镜片503和中性灰度镜504，所述两个工业相机501之间相互垂直；S6中，开启主动光源502，通过工业相机501记录耐高温图形标记的初始图片信息，保持主动光源502开启，暂停工业相机501对耐高温图形标记的图片信息记录。
进一步的，所述主动光源502发射的光线为波长350～450nm的可见光。
进一步的，所述带通滤光镜片503的光波截止范围为10～30nm，中心波长与主动光源502所发射光线的波长相同。
进一步的，所述中性灰度镜504的通光量为0.2～10％。
进一步的，所述固定支架505为三角支架，放置于可视窗口131的正前方。
进一步的，所述固定支架505的高度不低于可视窗口模块130的可视窗口131下边；更进一步的，所述固定支架505略高于可视窗口131的下边。
本实施例中：所述光学检测单元500用于实时检测被检测材料的试样306的变化，所述工业相机501用于为试样306拍照，所述主动光源502用于为试样306的拍照提供光源，所述固定支架505用于固定工业相机501和主动光源502。
实施例8：
在实施例7的基础上，S7中，开启加热测温模块210，将被检测材料的试样306升温至实验温度，开启工业相机501，对耐高温图形标记的图片信息进行记录，记录时间间隔为0～12000ms，开启多通道声发射信号采集器602，设置声发射信号频率通过范围为125～750KHz，在砝码台303上放置砝码304，开始对试样306进行加载；
S8中，以耐高温图形标记的初始图片信息作为参照图片，对耐高温图形标记图片逐张进行应变变化分析，获得试样306应变/位移-时间、应变/位移-温度曲线及试样306瞬时应变分布云图，通过声学检测单元600获得试样306声发射信号波形曲线，从而完成数据采集，获得试样306高温服役性能动态瞬态无损检测数据；
S9中，停止工业相机501对耐高温图形标记的图片信息记录，取下砝码304，停止加热，待炉膛模块110冷却至200℃以下，打开真空阀403，关闭水泵221。
进一步的，S7中，记录时间间隔为1000ms、6000ms或12000ms，多通道声发射信号采集器602的声发射信号通过频率为125Hz、500Hz或750Hz。
应该指出，上述详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语均具有与本申请所属技术领域的普通技术人员的通常理解所相同的含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请所述的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位，如旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
在上面详细的说明中，参考了附图，附图形成本文的一部分。在附图中，类似的符号典型地确定类似的部件，除非上下文以其他方式指明。在详细的说明书、附图及权利要求书中所描述的图示说明的实施方案不意味是限制性的。在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围下，其他实施方案可以被使用，并且可以作其他改变。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种材料高温服役性能动态瞬态无损检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，配置高温散斑混合液；
S2，绘制耐高温图形标记；
S3，放入被检测材料；被检测材料的试样(306)放入炉体单元(100)的炉膛模块(110)中，并置于载荷单元(300)的试样台(301)上；所述炉体单元(100)上设有可视窗口模块(130)，所述可视窗口模块(130)用于提供光学检测单元(500)对试样(306)进行检测的窗口；声学检测单元(600)的高温导波管(601)的一端与试样(306)的侧面接触；所述炉膛模块(110)包括炉壳(111)、与炉壳(111)内壁相贴合且内部中空的炉膛砖(112)；所述炉壳(111)和所述炉膛砖(112)的上表面相对应位置处均开设有与加热冷却单元(200)、载荷单元(300)相配合的孔，所述炉壳(111)和所述炉膛砖(112)的侧面相对应位置处均开设有与真空单元(400)、声学检测单元(600)相配合的孔；所述炉壳(111)上设有炉门模块(120)，所述炉门模块(120)包括与炉壳(111)铰接的炉门(121)、设于炉门(121)内表面上的炉门耐热橡胶圈(122)，所述炉门(121)的非铰接一端设有炉门卡扣(124)，炉门卡扣(124)与门栓螺杆(125)、门栓螺母(126)相配合以将炉门(121)压紧于炉壳(111)上；所述炉门(121)上设有可视窗口模块(130)，所述可视窗口模块(130)包括开设于炉门(121)上的可视窗口(131)、位于炉门(121)外侧并覆盖可视窗口(131)的石英玻璃(132)、设于炉门(121)与石英玻璃(132)之间的耐热橡胶圈(133)，所述石英玻璃(132)和耐热橡胶圈(133)通过法兰(134)固定设于炉门(121)外侧面上；
S4，开启冷却水；对试样(306)进行加热和对炉体单元(100)进行冷却的加热冷却单元(200)包括加热测温模块(210)和冷却模块(220)，所述冷却模块(220)设置于炉体单元(100)的外侧；所述冷却模块(220)包括水泵(221)、与水泵(221)相连并螺旋安装于炉壳(111)外围的冷却水管路(222)，冷却水管路(222)的冷却水进水口(223)位于冷却水管路(222)的下方、冷却水出水口(224)位于冷却水管路(222)的上方；所述加热测温模块(210)包括安装于炉膛模块(110)内的加热元件(211)、安装于炉膛模块(110)内且外套刚玉质保护套的热电偶(212)、与加热元件(211)和热电偶(212)连接的加热控制器(213)，所述加热元件(211)穿过炉壳(111)和炉膛砖(112)上表面的孔伸入到炉膛模块(110)内部；S4中，将水泵(221)与冷却水出水口(224)相连，冷却水进水口(223)与冷却水源相连，打开水泵(221)，冷却水通过冷却水管路(222)自下而上绕炉壳(111)外表面流动；
S5，抽真空；通过真空单元(400)对炉膛模块(110)的内部空间进行抽气处理；
S6，开启主动光源；所述主动光源(502)设置于光学检测单元(500)之中，所述光学检测单元(500)设置于炉体单元(100)的外侧并与可视窗口模块(130)的高度相匹配；
S7，开始实验；
S8，数据采集；
S9，试验结束。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S1中，所述高温散斑混合液的溶质为氧化铝微粉或二氧化硅微粉或碳化硅微粉或铁铝尖晶石微粉或氧化亚钴微粉、溶剂为丙酮或无水乙醇或水，溶质与溶剂的质量比为(3～10)：1；S2中，将高温散斑混合液喷涂在试样(306)的待测表面，将所述试样(306)经110～200℃热处理1～3h后制得耐高温图形标记。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S3中，所述试样台(301)位于炉膛模块(110)内，所述载荷单元(300)还包括位于试样台(301)上方并用于压抵被检测材料的承压板(302)、与承压板(302)相连的直杆、与直杆上端面相连的砝码台(303)、放置于砝码台(303)上的砝码(304)，所述直杆穿过炉壳(111)和炉膛砖(112)上表面的孔伸出炉壳(111)外，所述直杆伸出炉壳(111)的部分上套设有密封波纹管(305)，所述密封波纹管(305)的上、下端面分别与砝码台(303)的下表面、炉壳(111)的上表面相连。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：S3中，所述声学检测单元(600)还包括套设于高温导波管(601)上的声学检测波纹管(604)、通过信号传导线(603)与高温导波管(601)相连的多通道声发射信号采集器(602)，所述高温导波管(601)为刚玉质圆管，所述高温导波管(601)穿过炉壳(111)和炉膛砖(112)侧表面的孔伸入到炉膛模块(110)内部且与被检测材料的侧面相抵接，所述声学检测波纹管(604)的一端安装于炉壳(111)的外表面上、另一端与高温导波管(601)相连接；S3中，将试样(306)从炉门(121)放置于试样台(301)上，将承压板(302)与试样(306)相抵接，将高温导波管(601)的一端与试样(306)的侧面相接触，关闭炉门(121)并将门栓螺母(126)旋紧。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S5中，所述真空单元(400)包括真空泵(401)、连接真空泵(401)和炉膛模块(110)的抽气管(402)、设于抽气管(402)上的真空阀(403)和压力表(404)，所述抽气管(402)与炉膛模块(110)的内部空间相连通；S5中，打开真空泵(401)和真空阀(403)，通过压力表(404)观察炉膛模块(110)内部的气压大小，将炉膛模块(110)内部的气压抽至0.006～100Pa，关闭真空阀(403)和真空泵(401)。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：S6中，所述光学检测单元(500)还包括固定支架(505)、设于固定支架(505)上的两个工业相机(501)，所述主动光源(502)设于固定支架(505)上且位于两个工业相机(501)之间，所述工业相机(501)的镜头上依次安装带通滤光镜片(503)和中性灰度镜(504)，所述两个工业相机(501)之间相互垂直；S6中，开启主动光源(502)，通过工业相机(501)记录耐高温图形标记的初始图片信息，保持主动光源(502)开启，暂停工业相机(501)对耐高温图形标记的图片信息记录。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：S7中，开启加热测温模块(210)，将被检测材料的试样(306)升温至实验温度，开启工业相机(501)，对耐高温图形标记的图片信息进行记录，记录时间间隔为0～12000ms，开启多通道声发射信号采集器(602)，设置声发射信号频率通过范围为125～750KHz，在砝码台(303)上放置砝码(304)，开始对试样(306)进行加载。
8.根据权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于：S8中，以耐高温图形标记的初始图片信息作为参照图片，对耐高温图形标记图片逐张进行应变变化分析，获得试样(306)应变/位移-时间、应变/位移-温度曲线及试样(306)瞬时应变分布云图，通过声学检测单元(600)获得试样(306)声发射信号波形曲线，从而完成数据采集，获得试样(306)高温服役性能动态瞬态无损检测数据；
S9中，停止工业相机(501)对耐高温图形标记的图片信息记录，取下砝码(304)，停止加热，待炉膛模块(110)冷却至200℃以下，打开真空阀(403)，关闭水泵(221)。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101762452A (zh) * 2010-01-06 2010-06-30 湘潭大学 一种用于模拟和实时测试高温部件热疲劳失效的试验装置
CN105973690A (zh) * 2016-04-28 2016-09-28 西安交通大学 一种多场耦合环境模拟及在线监测/观测系统
CN106769525A (zh) * 2016-11-28 2017-05-31 哈尔滨工业大学 高温真空环境下测试导体材料力学性能的系统及测试方法
CN107255454A (zh) * 2017-07-12 2017-10-17 北京航空航天大学 一种基于紫外成像dic的超高温多尺度多功能应变测量系统及测量方法
CN111829896A (zh) * 2020-06-30 2020-10-27 北京航空航天大学 一种基于紫外成像的超高温应变场-温度场同步测量系统及测量方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013158933A1 (en) * 2012-04-18 2013-10-24 Drexel University Integration of digital image correlation with acoustic emissions

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101762452A (zh) * 2010-01-06 2010-06-30 湘潭大学 一种用于模拟和实时测试高温部件热疲劳失效的试验装置
CN105973690A (zh) * 2016-04-28 2016-09-28 西安交通大学 一种多场耦合环境模拟及在线监测/观测系统
CN106769525A (zh) * 2016-11-28 2017-05-31 哈尔滨工业大学 高温真空环境下测试导体材料力学性能的系统及测试方法
CN107255454A (zh) * 2017-07-12 2017-10-17 北京航空航天大学 一种基于紫外成像dic的超高温多尺度多功能应变测量系统及测量方法
CN111829896A (zh) * 2020-06-30 2020-10-27 北京航空航天大学 一种基于紫外成像的超高温应变场-温度场同步测量系统及测量方法

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