CN117805000A - 针对氢化环境下材料内部微孔隙的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了针对氢化环境下材料内部微孔隙的检测方法，涉及物理检测技术领域；本发明通过仿形固定组件对待测材料的两种固定方式，在氢化环境中利用核磁发生器产生射频脉冲，使其待测材料内部产生核磁共振信号，通过检测仪的测量和控制系统的分析处理，以测量氢原子在材料中的分布和运动情况来计算孔隙体积和孔径分布，并模拟高压和低压环境对材料内部微孔隙的影响；仿形固定组件能够对多种外形的材料进行固定，同时其能够在磁场环境中对金属材料进行限位，防止金属材料的移位对检测产生不良影响。
Description
技术领域
本发明涉及物理检测技术领域，具体是针对氢化环境下材料内部微孔隙的检测方法。
背景技术
在材料检测过程中，材料自身抗拉强度、延伸率等是反应材料性能的重要参数。然而，一些材料的性能容易受到其内部微孔隙的影响，会导致材料的力学性能、化学性能等下降的问题。而处于氢化环境中，某些材料也会与氢气发生吸氢反应，如铝合金构件等，从而导致内部微孔隙的形成，影响金属材料的机械性能和耐腐蚀性。
目前，针对氢化环境下材料内部微孔隙的检测方法主要包括光学显微镜观察法、X射线衍射法、扫描电子显微镜法等。然而，上述方法只能对材料表面的微孔隙进行检测，不能直接测量孔隙的体积和孔径分布，同时射线会对材料的表面造成一定程度的损伤，也无法模拟多种压力下该材料微孔隙的分布情况。
因此，有必要提供针对氢化环境下材料内部微孔隙的检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：针对氢化环境下材料内部微孔隙的检测方法，包括以下步骤：
S1、先将待测材料放入检测装置内进行随形固定，并对检测装置内抽真空处理；
S2、氢化环境的构建：将氢气调整到正常大气压力值后，通入检测装置内，保压0.5h，检测装置通过两次定形成像模拟并记录待测材料的微孔隙大小、分布以及形状信息并储存，数据记为T1；
S3、低压环境的模拟测试：将氢气调整到预定低压压力值Q1后，再通入检测装置内，并将排出的氢气回收处理，检测装置内保压0.5h，检测装置通过两次定形成像模拟并记录待测材料的微孔隙大小、分布以及形状信息并储存，数据记为T2，检测完成后并对检测装置内的氢气泄压并回收处理；
S4、将氢气调整到预定低压压力值Q1-1（N1-1）后（其中N1≥2），检测装置内保压0.5h，检测装置通过两次定形成像模拟并记录待测材料的微孔隙大小、分布以及形状信息并储存，数据记为T3，重复上述步骤，当待测材料的数据无变化时，直接对该材料进行高压环境的模拟测试；当待测材料的数据存在变化时，最终得到微孔隙破坏的次数N1，并更换材料，重复S1-S3步骤；
S5、高压环境的模拟测试：将氢气调整到预定高压压力值Q2后，再通入检测装置内，并将排出的氢气回收处理，检测装置内保压0.5h，检测装置通过两次定形成像模拟并记录待测材料的微孔隙大小、分布以及形状信息并储存，数据记为T4，检测完成后并对检测装置内的氢气泄压并回收处理；
S6、将氢气调整到预定高压压力值Q2+1（N2-1）后（其中N2≥2），检测装置内保压0.5h，检测装置通过两次定形成像模拟并记录待测材料的微孔隙大小、分布以及形状信息并储存，数据记为T5，重复上述步骤，当待测材料的数据无变化时，结束检测；当待测材料的数据存在变化时，最终得到微孔隙破坏的次数N2。
进一步，作为优选，所述检测装置包括：
主基架，其侧面固定密封设置有出气口和进气口；
升降机构，安设于所述主基架内部，其下端连设有核磁发生器，且所述进气口与气体加载装置相连通，所述出气口与预处理装置相连通；
工作台，固定于所述主基架上，且所述工作台上固定有下罩壳和两根导柱，所述核磁发生器两侧均通过L型板竖直滑动设置于两根所述导柱上，且所述L型板与所述工作台间通过套设在所述导柱外侧的缓冲弹簧相连接；
仿形固定组件，其设置于所述下罩壳内。
进一步，作为优选，所述气体加载装置包括：氢气瓶、减压泵和增压泵，其中，所述气体加载装置通过第一线路、第二线路与所述进气口相连通，所述第一线路为：所述氢气瓶通过围压管路依次与低压起步截止阀、减压泵、低压截止阀、低压压力表和低压流量阀与所述进气口相连通；所述第二线路为：所述氢气瓶通过围压管路依次与高压起步截止阀、增压泵、高压截止阀、高压压力表和高压流量阀与所述进气口相连通。
进一步，作为优选，所述预处理装置包括：真空泵，所述真空泵通过围压管路、真空泵阀门与所述出气口相连通，且所述出气口还通过围压管路、排气阀与回收处理装置相连通。
进一步，所述气体加载装置、所述预处理装置和所述检测装置均由控制系统所控制并对反馈的数据存储和处理。
进一步，作为优选，所述核磁发生器包括：
与所述升降机构相连接的连接柱，所述连接柱下端固定设置有上罩壳，且所述上罩壳与所述出气口、所述进气口通过管路相连通，所述上罩壳下端设置有密封圈；
检测仪，其固定于所述上罩壳的内部中心位置处。
进一步，作为优选，所述仿形固定组件包括固定于所述下罩壳内的第二架体，所述第二架体两侧通过第三架体和第四架体固定有第一架体。
进一步，作为优选，所述第一架体、所述第二架体、所述第三架体和所述第四架体内部均固定有两个桁架，所述桁架上均固定排列有多个随形缸体。
进一步，作为优选，所述第一架体上的两个所述桁架上固定的所述随形缸体对应交错排列，所述第二架体上的两个所述桁架上固定的所述随形缸体对应交错排列，所述第三架体上的两个所述桁架上固定的所述随形缸体对应交错排列，所述第四架体上的两个所述桁架上固定的所述随形缸体对应交错排列。
进一步，作为优选，所述第一架体与所述第二架体上对应平行的所述桁架上固定的所述随形缸体对应交错排列，所述第三架体与所述第四架体上对应平行的所述桁架上固定的所述随形缸体对应交错排列。
与现有技术相比，本发明提供了针对氢化环境下材料内部微孔隙的检测方法，具有以下有益效果：
本发明中，通过仿形固定组件对材料两次定型固定并保压相同时间，防止固定的随形缸体对材料表面微孔隙产生阻塞作用，有利于微孔隙与气体充分的接触，在氢化环境中，利用核磁发生器产生射频脉冲，检测仪检测材料内部产生核磁的共振信号，即检测仪通过测量氢原子在材料中的分布和运动情况来计算孔隙体积和孔径分布，并模拟高压和低压环境测定出材料内部微孔隙的极限压力，从而评估材料的质量和可靠性。
本发明中，仿形固定组件能够对多种外形的材料进行固定，同时其能够在磁场环境中对金属材料进行限位，防止金属材料的移位对检测产生不良影响。
附图说明
图1为针对氢化环境下材料内部微孔隙的检测总体装置示意图；
图2为本发明中检测装置的整体结构示意图；
图3为本发明中核磁发生器的结构示意图；
图4为本发明中仿形固定组件与工作台的位置示意图；
图5为本发明中仿形固定组件的结构示意图；
图6为本发明中第一架体与随形缸体的分布示意图；
图7为本发明中第二架体与随形缸体的分布示意图；
图8为本发明中第三架体与随形缸体的分布示意图；
图9为本发明中第四架体与随形缸体的分布示意图；
图中：1、氢气瓶；2、围压管路；3、低压起步截止阀；4、减压泵；5、低压截止阀；6、低压压力表；7、低压流量阀；8、检测装置；9、高压起步截止阀；10、增压泵；11、高压截止阀；12、高压压力表；13、高压流量阀；14、真空泵；15、真空泵阀门；16、排气阀；17、控制系统；81、主基架；82、出气口；83、进气口；84、核磁发生器；85、工作台；86、导柱；87、缓冲弹簧；88、下罩壳；89、仿形固定组件；841、连接柱；842、上罩壳；843、检测仪；844、密封圈；891、第一架体；892、第二架体；893、第三架体；894、第四架体；895、随形缸体。
具体实施方式
请参阅图1～图9，本发明实施例中，针对氢化环境下材料内部微孔隙的检测方法，包括以下步骤：
S1、先将待测材料放入检测装置8内进行随形固定，并对检测装置8内抽真空处理；
S2、氢化环境的构建：将氢气调整到正常大气压力值后，通入检测装置8内，保压0.5h，检测装置8通过两次定形成像模拟并记录待测材料的微孔隙大小、分布以及形状信息并储存，数据记为T1；
S3、低压环境的模拟测试：将氢气调整到预定低压压力值Q1后，再通入检测装置8内，并将排出的氢气回收处理，检测装置8内保压0.5h，检测装置8通过两次定形成像模拟并记录待测材料的微孔隙大小、分布以及形状信息并储存，数据记为T2，检测完成后并对检测装置8内的氢气泄压并回收处理；
S4、将氢气调整到预定低压压力值Q1-1（N1-1）后（其中N1≥2），检测装置8内保压0.5h，检测装置8通过两次定形成像模拟并记录待测材料的微孔隙大小、分布以及形状信息并储存，数据记为T3，重复上述步骤，当待测材料的数据无变化时，直接对该材料进行高压环境的模拟测试；当待测材料的数据存在变化时，最终得到微孔隙破坏的次数N1，并更换材料，重复S1-S3步骤；
S5、高压环境的模拟测试：将氢气调整到预定高压压力值Q2后，再通入检测装置8内，并将排出的氢气回收处理，检测装置8内保压0.5h，检测装置8通过两次定形成像模拟并记录待测材料的微孔隙大小、分布以及形状信息并储存，数据记为T4，检测完成后并对检测装置8内的氢气泄压并回收处理；
S6、将氢气调整到预定高压压力值Q2+1（N2-1）后（其中N2≥2）后，检测装置8内保压0.5h，检测装置8通过两次定形成像模拟并记录待测材料的微孔隙大小、分布以及形状信息并储存，数据记为T5，重复上述步骤，当待测材料的数据无变化时，结束检测；当待测材料的数据存在变化时，最终得到微孔隙破坏的次数N2；
即待测材料的定形固定方式为以下两种：将待测材料的上下两端进行固定；将材料的左右两端进行固定,也就是说对规则形状的材料或块状的材料分别进行仅上下两端和仅左右两端固定的方式，并分别对两种定型方式的材料进行检测，从而降低材料固定时对现存表面微孔隙的堵塞作用，进而有利于微孔隙与在该气压条件下与氢气的充分接触。
请参阅图2和图4，本实施例中，所述检测装置8包括：
主基架81，其侧面固定密封设置有出气口82和进气口83；
升降机构，安设于所述主基架81内部，其下端连设有核磁发生器84，且所述进气口83与气体加载装置相连通，所述出气口82与预处理装置相连通；
工作台85，固定于所述主基架81上，且所述工作台85上固定有下罩壳88和两根导柱86，所述核磁发生器84两侧均通过L型板竖直滑动设置于两根所述导柱86上，且所述L型板与所述工作台85间通过套设在所述导柱86外侧的缓冲弹簧87相连接；
仿形固定组件89，其设置于所述下罩壳88内。
请参阅图1，本实施例中，所述气体加载装置包括：氢气瓶1、减压泵4和增压泵10，其中，所述气体加载装置通过第一线路、第二线路与所述进气口83相连通，所述第一线路为：所述氢气瓶1通过围压管路2依次与低压起步截止阀3、减压泵4、低压截止阀5、低压压力表6和低压流量阀7与所述进气口83相连通，其能够模拟梯级的低压氢化环境对材料微孔隙的影响；所述第二线路为：所述氢气瓶1通过围压管路2依次与高压起步截止阀9、增压泵10、高压截止阀11、高压压力表12和高压流量阀13与所述进气口83相连通，其能够模拟梯级的高压氢化环境对材料微孔隙的影响。
请参阅图1，本实施例中，所述预处理装置包括：真空泵14，所述真空泵14通过围压管路2、真空泵阀门15与所述出气口82相连通，且所述出气口82还通过围压管路2、排气阀16与回收处理装置相连通，真空泵14用于将核磁发生器84和下罩壳88密封后，放空其组成的密封空间内多余的空气，以提高密封空间内的氢气纯化度，降低其它气体对材料测试的影响。
作为较佳的实施例，所述气体加载装置、所述预处理装置和所述检测装置8均由控制系统17所控制并对反馈的数据存储和处理。
请参阅图3，本实施例中，所述核磁发生器84包括：
与所述升降机构相连接的连接柱841，所述连接柱841下端固定设置有上罩壳842，且所述上罩壳842与所述出气口82、所述进气口83通过管路相连通，所述上罩壳842下端设置有密封圈844；
检测仪843，其固定于所述上罩壳842的内部中心位置处；
也就是说，经两种定形固定方式后并保压一定时间后，检测仪843能够将两次的数据汇总，得出该气压条件下待测材料的微孔隙大小、分布以及形状信息。
请参阅图4和图5，本实施例中，所述仿形固定组件89包括固定于所述下罩壳88内的第二架体892，所述第二架体892两侧通过第三架体893和第四架体894固定有第一架体891。
作为较佳的实施例，所述第一架体891、所述第二架体892、所述第三架体893和所述第四架体894内部均固定有两个桁架，所述桁架上均固定排列有多个随形缸体895；
需要注意的是，所述随形缸体895的输出末端均设置有压力传感器，随形缸体895能够根据材料的外形控制其伸缩度，且随形缸体895在伸长或缩短过程中，每次的伸缩量控制一致，防止规则形状材料定位时的侧翻，而在对材料初步固定后，可根据材料的硬度进一步调节随形缸体895的伸长量，防止材料的移位，而该材料为金属材料时，其容易受到磁场环境的影响而失稳，因此需要对该材料进行限位；
在对材料进行固定时，先将材料放置在第二架体892上随形缸体895的中心位置处，再通过启动第一架体891、第二架体892、第三架体893和第四架体894的随形缸体895，随形缸体895根据材料的外形进行初步固定，再根据材料的硬度调整伸长量确保材料不变形的条件下进行二次固定，之后第一架体891、第二架体892上的随形缸体895恢复初始状态，对上罩壳842与下罩壳88围成的密封空间先进行内部空气的完全排出再进行氢气的通入，保压15min后检测仪843对材料进行第一次检测，检测完成后，第一架体891、第二架体892上的随形缸体895伸长，第三架体893和第四架体894的随形缸体895恢复初始状态，保压15min后检测仪843对材料进行第二次检测，控制系统17对两次数据进行汇总比对记录，后续通入不同压力的氢气重复上述步骤，控制系统17将数据记录后并与T1对照，确定材料氢化环境下的极限压力值，以便于评估材料在不用压力环境下的质量和可靠性。
作为较佳的实施例，如图6所示，所述第一架体891上的两个所述桁架上固定的所述随形缸体895对应交错排列，如图7所示，所述第二架体892上的两个所述桁架上固定的所述随形缸体895对应交错排列，如图8所示，所述第三架体893上的两个所述桁架上固定的所述随形缸体895对应交错排列，如图9所示，所述第四架体894上的两个所述桁架上固定的所述随形缸体895对应交错排列，以此能够有效降低随形缸体895的数量，降低随形缸体895伸长后对材料表面的破坏范围大小。
作为较佳的实施例，如图6到图9所示，所述第一架体891与所述第二架体892上对应平行的所述桁架上固定的所述随形缸体895对应交错排列，所述第三架体893与所述第四架体894上对应平行的所述桁架上固定的所述随形缸体895对应交错排列；
具体而言，第一架体891分为I侧和II侧，第二架体892分为III侧和IV侧，第三架体893分为V侧和VI侧，第四架体894分为VII侧和VIII侧，在对应安装关系上为：I侧与IV侧相对应平行设置，II侧与III侧相对应平行设置，V侧与VIII侧相对应平行设置，VI侧与VII侧相对应平行设置，以此分解单个随形缸体895对材料的挤压力，减小材料表面的破坏，从而使得检测数据更为准确。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.针对氢化环境下材料内部微孔隙的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、先将待测材料放入检测装置（8）内进行随形固定，并对检测装置（8）内抽真空处理；
S2、氢化环境的构建：将氢气调整到正常大气压力值后，通入检测装置（8）内，保压0.5h，检测装置（8）通过两次定形成像模拟并记录待测材料的微孔隙大小、分布以及形状信息并储存，数据记为T1；
S3、低压环境的模拟测试：将氢气调整到预定低压压力值Q1后，再通入检测装置（8）内，并将排出的氢气回收处理，检测装置（8）内保压0.5h，检测装置（8）通过两次定形成像模拟并记录待测材料的微孔隙大小、分布以及形状信息并储存，数据记为T2，检测完成后并对检测装置（8）内的氢气泄压并回收处理；
S4、将氢气调整到预定低压压力值Q1-1（N1-1）后（其中N1≥2），检测装置（8）内保压0.5h，检测装置（8）通过两次定形成像模拟并记录待测材料的微孔隙大小、分布以及形状信息并储存，数据记为T3，重复上述步骤，当待测材料的数据无变化时，直接对该材料进行高压环境的模拟测试；当待测材料的数据存在变化时，最终得到微孔隙破坏的次数N1，并更换材料，重复S1-S3步骤；
S5、高压环境的模拟测试：将氢气调整到预定高压压力值Q2后，再通入检测装置（8）内，并将排出的氢气回收处理，检测装置（8）内保压0.5h，检测装置（8）通过两次定形成像模拟并记录待测材料的微孔隙大小、分布以及形状信息并储存，数据记为T4，检测完成后并对检测装置（8）内的氢气泄压并回收处理；
S6、将氢气调整到预定高压压力值Q2+1（N2-1）后（其中N2≥2）后，检测装置（8）内保压0.5h，检测装置（8）通过两次定形成像模拟并记录待测材料的微孔隙大小、分布以及形状信息并储存，数据记为T5，重复上述步骤，当待测材料的数据无变化时，结束检测；当待测材料的数据存在变化时，最终得到微孔隙破坏的次数N2；
所述检测装置（8）包括：
主基架（81），其侧面固定密封设置有出气口（82）和进气口（83）；
升降机构，安设于所述主基架（81）内部，其下端连设有核磁发生器（84），且所述进气口（83）与气体加载装置相连通，所述出气口（82）与预处理装置相连通；
工作台（85），固定于所述主基架（81）上，且所述工作台（85）上固定有下罩壳（88）和两根导柱（86），所述核磁发生器（84）两侧均通过L型板竖直滑动设置于两根所述导柱（86）上，且所述L型板与所述工作台（85）间通过套设在所述导柱（86）外侧的缓冲弹簧（87）相连接；
仿形固定组件（89），其设置于所述下罩壳（88）内；
所述核磁发生器（84）包括：
与所述升降机构相连接的连接柱（841），所述连接柱（841）下端固定设置有上罩壳（842），且所述上罩壳（842）与所述出气口（82）、所述进气口（83）通过管路相连通，所述上罩壳（842）下端设置有密封圈（844）；
检测仪（843），其固定于所述上罩壳（842）的内部中心位置处。
2.根据权利要求1所述的针对氢化环境下材料内部微孔隙的检测方法，其特征在于，所述气体加载装置包括：氢气瓶（1）、减压泵（4）和增压泵（10），其中，所述气体加载装置通过第一线路、第二线路与所述进气口（83）相连通，所述第一线路为：所述氢气瓶（1）通过围压管路（2）依次与低压起步截止阀（3）、减压泵（4）、低压截止阀（5）、低压压力表（6）和低压流量阀（7）与所述进气口（83）相连通；所述第二线路为：所述氢气瓶（1）通过围压管路（2）依次与高压起步截止阀（9）、增压泵（10）、高压截止阀（11）、高压压力表（12）和高压流量阀（13）与所述进气口（83）相连通。
3.根据权利要求2所述的针对氢化环境下材料内部微孔隙的检测方法，其特征在于，所述预处理装置包括：真空泵（14），所述真空泵（14）通过围压管路（2）、真空泵阀门（15）与所述出气口（82）相连通，且所述出气口（82）还通过围压管路（2）、排气阀（16）与回收处理装置相连通。
4.根据权利要求1所述的针对氢化环境下材料内部微孔隙的检测方法，其特征在于，所述气体加载装置、所述预处理装置和所述检测装置（8）均由控制系统（17）所控制并对反馈的数据存储和处理。
5.根据权利要求1所述的针对氢化环境下材料内部微孔隙的检测方法，其特征在于，所述仿形固定组件（89）包括固定于所述下罩壳（88）内的第二架体（892），所述第二架体（892）两侧通过第三架体（893）和第四架体（894）固定有第一架体（891）。
6.根据权利要求5所述的针对氢化环境下材料内部微孔隙的检测方法，其特征在于，所述第一架体（891）、所述第二架体（892）、所述第三架体（893）和所述第四架体（894）内部均固定有两个桁架，所述桁架上均固定排列有多个随形缸体（895）。
7.根据权利要求6所述的针对氢化环境下材料内部微孔隙的检测方法，其特征在于，所述第一架体（891）上的两个所述桁架上固定的所述随形缸体（895）对应交错排列，所述第二架体（892）上的两个所述桁架上固定的所述随形缸体（895）对应交错排列，所述第三架体（893）上的两个所述桁架上固定的所述随形缸体（895）对应交错排列，所述第四架体（894）上的两个所述桁架上固定的所述随形缸体（895）对应交错排列。
8.根据权利要求7所述的针对氢化环境下材料内部微孔隙的检测方法，其特征在于，所述第一架体（891）与所述第二架体（892）上对应平行的所述桁架上固定的所述随形缸体（895）对应交错排列，所述第三架体（893）与所述第四架体（894）上对应平行的所述桁架上固定的所述随形缸体（895）对应交错排列。
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