應(yīng)力集中和腐蝕檢測實習(xí)

1、創(chuàng)新實習(xí)報告題目名稱應(yīng)力集中檢測與腐蝕檢測實習(xí)學(xué) 院（系）機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)班級材料成型及控制工程班學(xué)生姓名指導(dǎo)教師日期2017年1月2號 至2017年 1 月 19 號應(yīng)力集中與腐蝕檢測實習(xí)目錄應(yīng)力集中實習(xí)1應(yīng)力集中的概念 .32何種結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中 .33應(yīng)力集中的測試方法 .34磁記憶應(yīng)力集中測試原理與儀器.44.1磁記憶檢測原理 .44.2 磁記憶應(yīng)力集中測試的儀器構(gòu)造.54.2.1壓電雙晶片探頭 .54.2.2霍爾傳感器 .65測試方法創(chuàng)新.85.1磁場線圈方法 .85.2磁場傳感器方法 .86測試結(jié)果分析.107應(yīng)力集中測試探頭設(shè)計 .11腐蝕檢測實習(xí)1腐蝕的概念 .122何種結(jié)

2、構(gòu)容易產(chǎn)生腐蝕 .133腐蝕的檢測方法 .133.1漏磁通法 .133.2超聲波法 .143.3金屬腐機(jī)械井徑法 .143.4電磁法 .144.金屬腐蝕測試原理與儀器 .154.1超聲檢測的原理 .154.2超聲探傷儀器 .175.測試結(jié)果分析 .17第 2 頁共 19頁應(yīng)力集中與腐蝕檢測實習(xí)應(yīng)力集中應(yīng)力集中的概念彈性力學(xué)中的一類問題，指物體中應(yīng)力局部增高的現(xiàn)象，一般出現(xiàn)在物體形狀急劇變化的地方，如缺口、孔洞、溝槽以及有剛性約束處。應(yīng)力集中能使物體產(chǎn)生疲勞裂紋，也能使脆性材料制成的零件發(fā)生靜載斷裂。在應(yīng)力集中處，應(yīng)力的最大值（峰值應(yīng)力）與物體的幾何形狀和加載方式等因素有關(guān)。 局部增高的應(yīng)力隨與

3、峰值應(yīng)力點的間距的增加而迅速衰減。 由于峰值應(yīng)力往往超過屈服極限 （見材料的力學(xué)性能） 而造成應(yīng)力的重新分配， 所以，實際的峰值應(yīng)力常低于按彈性力學(xué)計算得到的理論峰值應(yīng)力。何種結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中截面急劇變化的位置，如構(gòu)件中的油孔，鍵槽，缺口，臺階等。集中力作用的位置，如齒輪輪齒間的接觸點，火車車輪與鋼軌的接觸點。材料本身不連續(xù)的位置，如材料中的夾渣，氣孔。構(gòu)件由于裝配，焊接，冷加工，磨削而產(chǎn)生的裂紋。構(gòu)件在制造或裝配過程中，由于強(qiáng)拉伸，冷加工，熱處理，焊接等而形成的殘余應(yīng)力，這些殘余應(yīng)力疊加上工作應(yīng)力后，有可能出現(xiàn)較大的應(yīng)力集中。構(gòu)件在加工或運輸過程中的意外撞傷和刮痕。應(yīng)力集中的測試方法傳統(tǒng)

4、的應(yīng)力測量方法，如機(jī)械法、光測法、衍射法等，其優(yōu)勢在于理論體系完備，檢測方法成熟， 可以精確測量構(gòu)件表面的主應(yīng)力大小與方向， 給出應(yīng)力分布圖， 但檢測周期長，對構(gòu)件表面光潔程度要求高，大多采用接觸式測量方法，操作過程復(fù)雜。例如，機(jī)械法對被檢測對象有破壞，只能逐點測量，精度受應(yīng)變片柵長限制 ；多點測量時，需反復(fù)安裝應(yīng)變片，多次調(diào)整檢測電路 ；光測法對光學(xué)元件及光路調(diào)整要求較高，對被測件表面質(zhì)量要求也很高， 并且受檢測設(shè)備的限制， 許多工業(yè)結(jié)構(gòu)無法安裝光路；對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻的構(gòu)件，制造模型困難，難以應(yīng)用光測方法分析應(yīng)力。因此，目前這些較為成熟的應(yīng)力定量檢測方法都很難適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的要求， 在

5、應(yīng)用中可將光測法與機(jī)械法相結(jié)合， 可顯著提高應(yīng)力測量精度。 衍射法能對應(yīng)力進(jìn)行準(zhǔn)確的定量檢測， 但儀器較大且設(shè)備昂貴， 不適合現(xiàn)場復(fù)雜條件下的應(yīng)力檢測。 超聲波法和納米壓痕法因其操作的簡便性， 而具有廣闊的應(yīng)用前景， 但超聲波法只能測試一第 3 頁共 19頁應(yīng)力集中與腐蝕檢測實習(xí)定距離內(nèi)的平均應(yīng)力， 無法對單點做定量檢測， 納米壓痕法的理論模型尚不成熟， 還有待做進(jìn)一步的實驗研究。在工業(yè)生產(chǎn)檢驗中，目前應(yīng)用最廣泛的無損檢測的方法主要有渦流檢測法、液體滲透法、磁粉檢測法、射線檢測法和超聲波檢測法 , 它們被稱作為五大常規(guī)無損檢測方法。這些傳統(tǒng)的檢測方法技術(shù)成熟 , 在質(zhì)量控制、安全保障、事故預(yù)防

6、等方面發(fā)揮了重要作用 , 但仍存在以下一些不足之處 :均是尋找已經(jīng)存在的缺陷 , 不能發(fā)現(xiàn)和預(yù)測將要發(fā)生缺陷的部位 , 無法解決設(shè)備突發(fā)性破壞問題；需要對被檢對象表面進(jìn)行清理和一些預(yù)處理；一般需要被檢測對象停止工作；檢測易受工件形狀、結(jié)構(gòu)和檢測人員技術(shù)水平等因素的制約 , 檢測結(jié)果的可靠性受到影響；檢測效率低。設(shè)備的零部件和金屬構(gòu)件發(fā)生損壞的主要原因是各種微觀和宏觀機(jī)械應(yīng)力集中。在應(yīng)力集中區(qū)域 , 疲勞、腐蝕和蠕變過程的發(fā)展尤為劇烈。 因此 , 有效地評價應(yīng)力變形狀況 , 特別是導(dǎo)致?lián)p傷的臨界應(yīng)力變形狀況便成為評價設(shè)備和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與可靠性的一個重要依據(jù)。為了及時準(zhǔn)確地找出最大機(jī)械應(yīng)力變形區(qū)域 ,

7、 就必須開發(fā)新的無損檢測方法。上世紀(jì)九十年代后期 , 以杜波夫為代表的俄羅斯學(xué)者率先提出了一種嶄新的金屬無損診斷方法一一金屬磁記憶檢測技術(shù)。該方法的原理是基于鐵制工件在運行時,受工作載荷和地球磁場的共同作用, 在應(yīng)力和變形集中區(qū)域內(nèi)會發(fā)生具有磁致伸縮性質(zhì)的磁疇組織定向和不可逆的重新取向, 而且這種磁狀態(tài)的不可逆變化在工作載荷消除后不僅會保留 , 還與最大作用應(yīng)力有關(guān)系。金屬磁記憶檢測技術(shù)作為一種新興的檢測手段 , 與其它傳統(tǒng)的檢測方法相比, 有著其自身所特有的一些優(yōu)點, 彌補(bǔ)了傳統(tǒng)無損檢測方法的一些不足 :可準(zhǔn)確可靠地探測出被檢對象上以應(yīng)力集中區(qū)為特征的危險部件和部位 , 是迄今為止對金屬部件

8、進(jìn)行早期診斷的唯一行之有效的無損檢測方法；不需要專門的磁化設(shè)備 , 而是利用地磁場這一天然磁場源對工件進(jìn)行磁化 , 從而能對鐵制工件進(jìn)行可靠的檢測；不需要對被檢工件的表面進(jìn)行清理或其他預(yù)處理 , 對工件表面的檢測可在線進(jìn)行；檢測重復(fù)性和可靠性好；能實現(xiàn)快速檢測 , 提高了檢測效率。金屬磁記憶檢測技術(shù)為無損檢測領(lǐng)域提供了一種嶄新的無損探傷手段, 有著很高的實用價值和廣闊的發(fā)展前景 , 在其檢測原理和診斷方法方面還有很多工作需要作進(jìn)一步的探索和完善。第 4 頁共 19頁應(yīng)力集中與腐蝕檢測實習(xí)磁記憶應(yīng)力集中測試原理與儀器4.1 磁記憶效應(yīng)機(jī)械零部件和金屬構(gòu)件發(fā)生損壞的一個重要原因 , 是各種微觀和宏

9、觀機(jī)械應(yīng)力集中 , 在零部件的應(yīng)力集中區(qū)域 , 腐蝕、疲勞和蠕變過程的發(fā)展最為激烈。 機(jī)械應(yīng)力與鐵磁材料的自磁化現(xiàn)象和殘磁狀況有直接的聯(lián)系 , 在地磁作用的條件下 , 用鐵磁材料制成的機(jī)械零件的缺陷或應(yīng)力集中處會產(chǎn)生磁導(dǎo)率減小 , 工件表面的漏磁場增大的現(xiàn)象 , 鐵磁性材料這一特性稱為磁機(jī)械效應(yīng)。 磁機(jī)械效應(yīng)的存在使鐵磁性金屬工件的表面磁場增強(qiáng) , 同時 , 這增強(qiáng)了的磁場 “記憶”著部件的缺陷或應(yīng)力集中的位置 , 這就是所謂的磁記憶效應(yīng)4.2 磁記憶檢測原理根據(jù)“能量最小原理 ”，鐵磁體在外應(yīng)力作用下為了保持自身能量體系最低， 其內(nèi)部必然會發(fā)生磁致伸縮性質(zhì)的磁疇轉(zhuǎn)動， 從而改變其自發(fā)磁化方向

10、， 增加磁彈性能來抵消應(yīng)力能的增加。但是由于金屬內(nèi)部存在內(nèi)耗效應(yīng)（粘彈性，位錯內(nèi)耗等） ，使得外應(yīng)力消除后， 加載時形成的應(yīng)力集中區(qū)得以保留， 且具有很高的應(yīng)力能， 此時磁疇的重新取向會保留下來， 在表面形成畸變的漏磁場。 當(dāng)構(gòu)件被施加拉應(yīng)力時， 應(yīng)力集中部位產(chǎn)生的漏磁場可以用帶磁偶極子產(chǎn)生的漏磁場等效。在應(yīng)力集中部位漏磁場發(fā)生畸變， 磁記憶信號表現(xiàn)為漏磁場水平分量 Hpx具有最大值，法向分量值 Hpy 改變符號并過零點， 其原理如圖 1 所示，因此可以利用應(yīng)力集中區(qū)域磁記憶信號的這一特點診斷構(gòu)件內(nèi)部以應(yīng)力集中為特點的早期損傷。第 5 頁共 19頁應(yīng)力集中與腐蝕檢測實習(xí)4.2 磁記憶應(yīng)力集中測

11、試的儀器構(gòu)造振動法測量法向磁場梯度。4.2.1 壓電雙晶片探頭最早的壓電材料是壓電單晶體， 壓電陶瓷直到 19 世紀(jì) 40 年代才發(fā)現(xiàn)，但由于性能優(yōu)良，制作方便，價格便宜等，發(fā)展十分迅速。壓電陶瓷的研究和應(yīng)用以逆壓電效應(yīng)為主（在電介質(zhì)的極化方向上施加電場，會產(chǎn)生機(jī)械變形，當(dāng)去掉外加電場時，電介質(zhì)的變形隨之消失。 這種將電能轉(zhuǎn)化換為機(jī)械能的現(xiàn)象， 就稱為“逆壓電效應(yīng) ”）。壓電雙晶片的基片上下表面都粘有壓電陶瓷片， 當(dāng)在電極施加電壓時， 利用逆壓電效應(yīng)，兩片壓電陶瓷片的作用相反，一片伸長時，另一片縮短，使整個結(jié)構(gòu)發(fā)生彎曲變形。壓電雙晶片采用懸臂梁支撐方式，一端固定，另一端為自由端。當(dāng)施加交流電壓

12、時，壓電雙晶片就會發(fā)生與驅(qū)動電壓頻率同頻率的振動，如圖二所示。給壓電雙晶片加上高壓正弦驅(qū)動信號， 自由端的位移就隨電壓的變化而變化。 將霍爾傳感器粘貼到自由端并彎曲 90 ，使檢測時，霍爾傳感器的半導(dǎo)體薄片平面與試件表面平行。當(dāng)壓電雙晶片振動時，實現(xiàn)掃描法測量磁場，如圖3 所示。第 6 頁共 19頁應(yīng)力集中與腐蝕檢測實習(xí)4.2.2 霍爾傳感器根據(jù)本課題的要求， 待測磁記憶信號是弱磁信號， 并且傳感器是要固定在壓電雙晶片的自由端，所以選用的傳感器必須符合體積小、成本低、靈敏度高等條件。比較三種常見的磁傳感器 ：線圈、霍爾傳感器、 巨磁阻傳感器。 線圈感知的是磁場變化率，其測量結(jié)果與檢測速度直接相

13、關(guān) ；霍爾傳感器與巨磁阻傳感器相比， 其測量范圍較寬，但其頻率響應(yīng)帶寬較窄， 功耗也較大。 巨磁阻傳感器雖然具有較小的測量噪聲， 但無法測量磁場的方向。 霍爾傳感器的原理是霍爾效應(yīng)。 如圖 4 所示的金屬或半導(dǎo)體薄片，若在它的兩端通以控制電流 I ，并在薄片的垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的磁場。那么，在垂直于電流和磁場的方向上 （即霍爾輸出端之間）將產(chǎn)生電動勢 Uh（霍爾電勢或稱霍爾電壓），這種現(xiàn)象叫霍爾效應(yīng)。第 7 頁共 19頁應(yīng)力集中與腐蝕檢測實習(xí)基于以上原理，便可以找出具體的應(yīng)力集中部位，對于所獲得的信息進(jìn)行進(jìn)一步的處理，就可以定量的分析應(yīng)力集中部位的具體問題了。如圖 5 所示為金屬

14、磁記憶檢測儀的原理框圖。主要包括帶屏蔽外殼的振動掃描探頭、 正弦波參考信號發(fā)生電路、 壓電雙晶片驅(qū)動電路、電源電路、檢測信號預(yù)處理電路、正交矢量鎖相放大電路、微處理器接口轉(zhuǎn)換電路以及以 ARM微處理器為核心的硬件電路等。信號發(fā)生器產(chǎn)生峰峰值為 2V 的正弦波信號，經(jīng)過升壓驅(qū)動電路后產(chǎn)生可以驅(qū)動探頭振動的信號。 傳感器采集到的磁記憶信號首先經(jīng)過預(yù)處理電路， 再通過兩路相敏檢波電路和電平轉(zhuǎn)化電路送入到微處理器接口并可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?PC 機(jī)處理。磁記憶應(yīng)力集中檢測儀的硬件電路如圖所示：第 8 頁共 19頁應(yīng)力集中與腐蝕檢測實習(xí)測試方法創(chuàng)新由于當(dāng)構(gòu)件被施加拉應(yīng)力時， 應(yīng)力集中部位產(chǎn)生的漏磁場可以用帶磁

15、偶極子產(chǎn)生的漏磁場等效，所以對于應(yīng)力集中的問題也就變成了一個檢測漏磁場的問題。5.1 磁場線圈方法如上式可知只要人為控制好線圈匝數(shù)， 線圈面積，線圈旋轉(zhuǎn)速度便可以通過所產(chǎn)生的電動勢的變化探知到漏磁場的變化， 但是此方法只能探測到漏磁場水平方向和豎直方向上的磁場變化， 需要進(jìn)一步數(shù)理分析才能確定應(yīng)力集中的位置并可進(jìn)一步分析出應(yīng)力集中水平。5.2 磁場傳感器方法Hall 效應(yīng)磁場傳感器第 9 頁共 19頁應(yīng)力集中與腐蝕檢測實習(xí)此方式與第四節(jié)所用的霍爾元器件非常相似， 也都是檢測霍爾元器件產(chǎn)生的電壓，區(qū)別只是在霍爾元器件另兩側(cè)施加電場。 如今，以此種方式制造的集中應(yīng)力檢測器已經(jīng)實現(xiàn)了商品化。 除此之

16、外，還有多種元器件可以感知漏磁場的變化， 探測數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，只要能分析出磁場方向的改變，都可以分析出集中應(yīng)力情況。第 10頁共 19頁應(yīng)力集中與腐蝕檢測實習(xí)測試結(jié)果分析圖 9：應(yīng)力集中測試試樣：剪刀第 11頁共 19頁應(yīng)力集中與腐蝕檢測實習(xí)圖 10：應(yīng)力集中測試試樣與測試結(jié)果如圖所示，我使用軟件用的是2 通道， 0.4 的采樣頻率，曲線圖，采集路徑是從左到右，可以看到，剛開始時應(yīng)力集中很平穩(wěn)，值較小，這是因為這一段金屬是一段無曲折的鋼板。 隨后有一段應(yīng)力變化跟波動都非常大的地方，是因為剪刀的兩個剪片重合了，其后，由于刀鋒開刃，應(yīng)力集中更加明顯。應(yīng)力集中測試探頭設(shè)計第 12頁共 19頁應(yīng)力集中與

17、腐蝕檢測實習(xí)腐蝕檢測腐蝕的概念金屬在腐蝕過程中所發(fā)生的化學(xué)變化，從根本上來說就是金屬單質(zhì)被氧化形成化合物。這種腐蝕過程一般通過兩種途徑進(jìn)行：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。化學(xué)腐蝕：金屬表面與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。電化學(xué)腐蝕：金屬材料（合金或不純的金屬）與電解質(zhì)溶液接觸, 通過電極反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕。 金屬材料腐蝕的情況多種多樣，常分為以下幾類：(1 ）點蝕，點蝕又稱坑蝕和小孔腐蝕。點蝕有大有小，一般情況下，點蝕的深度要比其直徑大的多。 點蝕經(jīng)常發(fā)生在表面有鈍化膜或保護(hù)膜的金屬上。由于金屬材料中存在缺陷、雜質(zhì)和溶質(zhì)等的不均一性，當(dāng)介質(zhì)中含有某些活性陰離子（如 Cl ）時，這些活性陰離子首先被

18、吸附在金屬表面某些點上， 從而使金屬表面鈍化膜發(fā)生破壞。一旦這層鈍化膜被破壞又缺乏自鈍化能力時，金屬表面就發(fā)生腐蝕。（2）縫隙腐蝕，在電解液中，金屬與金屬或金屬與非金屬表面之間構(gòu)成狹窄的縫隙，縫隙內(nèi)有關(guān)物質(zhì)的移動受到了阻滯，形成濃差電池，從而產(chǎn)生局部腐蝕，這種腐蝕被稱為縫隙腐蝕。3）腐蝕開裂，應(yīng)力腐蝕材料在特定的腐蝕介質(zhì)中和在靜拉伸應(yīng)力（包括外加載荷、熱應(yīng)力、冷加工、熱加工、焊接等所引起的殘余應(yīng)力，以及裂縫銹蝕產(chǎn)物的楔入應(yīng)力等）下，所出現(xiàn)的低于強(qiáng)度極限的脆性開裂現(xiàn)象，稱為應(yīng)力腐蝕開裂。（4）腐蝕疲勞，腐蝕疲勞是在腐蝕介質(zhì)與循環(huán)應(yīng)力的聯(lián)合作用下產(chǎn)生的。 這種由于腐蝕介質(zhì)而引起的抗腐蝕疲勞性能的降

19、低，稱為腐蝕疲勞。（5）晶間腐蝕，晶間腐蝕是金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中， 沿著材料的晶粒間界受到腐蝕，使晶粒之間喪失結(jié)合力的一種局部腐蝕破壞現(xiàn)象。（6）均勻腐蝕，均勻腐蝕是指在與環(huán)境接觸的整個金屬表面上幾乎以相同速度進(jìn)行的腐蝕。在應(yīng)用耐蝕材料時， 應(yīng)以抗均勻腐蝕作為主要的耐蝕性能依據(jù)，在特殊情況下才考慮某些抗局部腐蝕的性能。（7）磨損腐蝕（沖蝕），由磨損和腐蝕聯(lián)合作用而產(chǎn)生的材料破壞過程叫磨損腐蝕。磨損腐蝕可發(fā)生在高速流動的流體管道及載有懸浮摩擦顆粒流體的泵、 管道等處。有的過流部件，如高壓減壓閥中的閥瓣（頭）和閥座、離心泵的葉輪、風(fēng)機(jī)中的葉片等，在這些部位腐蝕介質(zhì)的相對流動速度很高， 使鈍化

20、型耐蝕金屬材料表面的鈍化膜，因受到過分的機(jī)械沖刷作用而不易恢復(fù)， 腐蝕率會明顯加劇， 如果腐蝕介質(zhì)中存在著固相顆粒，會大大加劇磨損腐蝕。（8）氫脆，金屬材料特別是鈦材一旦吸氫，就會析出脆性氫化物，使機(jī)械強(qiáng)度劣化。在腐蝕介質(zhì)中， 金屬因腐蝕反應(yīng)析出的氫以及制造過程中吸收的氫， 是金屬中氫的主要來源。 金屬的表面狀態(tài)對吸氫有明顯的影響， 研究表明，鈦材的研磨表面吸氫量最多，其次為原始表面， 而真空退火和酸洗表面最難吸氫。 鈦材在大氣中氧化處理能有效防止吸氫。第 13頁共 19頁應(yīng)力集中與腐蝕檢測實習(xí)何種結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生腐蝕（ 1）金屬材料中存在缺陷、雜質(zhì)和溶質(zhì)等的不均一性，當(dāng)介質(zhì)中含有某些活性陰離子時

21、，這些活性陰離子首先被吸附在金屬表面某些點上， 從而使金屬表面鈍化膜發(fā)生破壞。2）金屬與金屬或金屬與非金屬表面之存在狹窄的縫隙，如法蘭的連接處，墊圈、襯板、纏繞與金屬重疊處縫隙內(nèi)，有關(guān)物質(zhì)的移動受到了阻滯，形成濃差電池，從而產(chǎn)生局部腐蝕。3）應(yīng)力腐蝕材料在特定的腐蝕介質(zhì)中和在靜拉伸應(yīng)力（包括外加載荷、熱應(yīng)力、冷加工、熱加工、焊接等所引起的殘余應(yīng)力，以及裂縫銹蝕產(chǎn)物的楔入應(yīng)力等）下，出現(xiàn)的低于強(qiáng)度極限的脆性開裂現(xiàn)象。4）腐蝕介質(zhì)與循環(huán)應(yīng)力的同時存在。5）晶間腐蝕是金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中，沿著材料的晶粒間界受到腐蝕，使晶粒之間喪失結(jié)合力的一種局部腐蝕破壞。6）有磨損和腐蝕聯(lián)合作用。腐蝕的檢測方

22、法發(fā)生腐蝕后 , 通常表現(xiàn)為金屬表面變薄 , 出現(xiàn)局部的凹坑和麻點。腐蝕檢測技術(shù)主要是針對金屬表面變化來進(jìn)行測量和分析的。 在不能影響金屬整體結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行腐蝕檢測 , 一般采用漏磁通法、 超聲波法、渦流檢測法、 激光檢測法和電視測量法等。其中 , 激光檢測法和電視測量法需和其它方法配合 , 才能得出有效準(zhǔn)確的腐蝕數(shù)據(jù)。 而渦流檢測法雖然可適用于多種黑色金屬和有色金屬 , 。例如探測濁孔、裂紋、全面腐蝕和局部腐蝕 , 但渦流對于鐵磁材料的穿透力很弱 , 只能用來檢查表面腐蝕。 而且如果在金屬表面的腐蝕產(chǎn)物中有磁性垢層或存在磁性氧化物。 就可能給測量結(jié)果帶來難以避免的誤差。另外 , 由于渦流法

23、的檢測結(jié)果與被測金屬的電導(dǎo)率有密切關(guān)系。為了提高測量精度 , 還要求被測體系最好保持恒溫。 所以 , 現(xiàn)在國內(nèi)外使用較為廣泛的金屬腐蝕檢測方法是漏磁通法和超聲波檢測法。3.1 漏磁通法漏磁通法檢測的基本原理是建立在鐵磁材料的高磁導(dǎo)率這一特性之上 , 金屬腐蝕缺陷處的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)小于鋼管的磁導(dǎo)率 , 金屬在外加磁場作用下被磁化 , 當(dāng)鋼管中無缺陷時 , 磁力線絕大部分通過鋼管。此時磁力線均勻分布 ；當(dāng)金屬內(nèi)部有缺陷時 , 磁力線發(fā)生彎曲 , 并且有一部分磁力線泄漏出鋼管表面。檢測被磁化鋼管表面逸出的漏磁通 , 就可判斷缺陷是否存在。漏磁通法適用于檢測中小型管道 , 可以對各種管壁缺陷進(jìn)行檢驗 , 檢

24、測時無需耦合劑 , 也不會發(fā)生漏檢。但漏磁通法只限于材料表面和近表面的檢測, 被測的金屬不能太厚 , 抗干擾能力差 , 空間分辨力低。另外 , 小而深的管壁缺陷處的第 14頁共 19頁應(yīng)力集中與腐蝕檢測實習(xí)漏磁信號要比形狀平滑但很嚴(yán)重的缺陷處的信號大得多 , 所以漏磁檢測數(shù)據(jù)往往需要經(jīng)過校驗才能使用。檢測過程中當(dāng)金屬材料材料混有雜質(zhì)時 , 還會出現(xiàn)虛假數(shù)據(jù)。3.2 超聲波法超聲波檢測法主要是利用超聲波的脈沖反射原理來測量金屬腐蝕后的厚度。檢測時將探頭垂直向管道內(nèi)壁發(fā)射超聲脈沖 , 探頭首先接收到由管壁內(nèi)表面的反射脈沖 , 然后超聲探頭又會接收到來自管壁外表面的反射脈沖 , 這個脈沖與內(nèi)表面反射

25、脈沖之間的間距反映了管壁的厚度。 這種檢測方法是管道腐蝕缺陷深度和位置的直接檢測方法, 檢測原理簡單 , 對管道材料的敏感性小 , 檢測時不受金屬材料雜質(zhì)的影響 , 能夠?qū)崿F(xiàn)對進(jìn)行精確檢測 , 不受厚度限制 , 還能分辨管道的內(nèi)外壁腐蝕、 管道的變形、應(yīng)力腐蝕破裂和管壁內(nèi)的缺陷 , 如夾渣等。此外 , 超聲波法的檢測數(shù)據(jù)簡單準(zhǔn)確 , 無需校驗檢測數(shù)據(jù)非常適合作為管道最大允許輸送壓力的計算 , 為檢測后確定金屬的使用期限和維修方案提供了極大的方便。 這種方法的不足之處是超聲波在空氣中衰減很快。 檢測時一般要有聲波的傳播介質(zhì) , 如油或水等。3.3 金屬腐機(jī)械井徑法在輸油管道的腐蝕檢測額中還有機(jī)械

26、井徑法測量法是接觸式測量，通過測量臂與套管內(nèi)壁接觸， 將套管內(nèi)徑變化轉(zhuǎn)為測量臂徑向位移，再通過測量臂的內(nèi)部機(jī)械轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，將得到的徑向位移轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的垂直位移。套管內(nèi)徑的變化將引起連桿滑鍵在可變電阻上的移動， 這就將套管內(nèi)徑變化轉(zhuǎn)換成電位信號，通過放大由地面儀器記錄轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的井徑值和曲線，利用多條曲線形態(tài)確定套管的腐蝕及其類型。機(jī)械井徑儀測量精度很高， 可以測量垂直管道的內(nèi)壁腐蝕，測井?dāng)?shù)據(jù)可以三維成像， 缺點是由于井徑儀器的測量壁過多而出現(xiàn)刮砂遇卡現(xiàn)象，尤其是在套管變形部位， 儀器容易遇卡遇阻，如果測量臂過少則容易出現(xiàn)漏測現(xiàn)象，而且這種方法不能識別外壁腐蝕，對于異常情況不明顯的井或者對套損情況

27、深入分析時，需要結(jié)合其它測井方法來來綜合判斷。3.4 電磁法作為一種重要的無損檢測方法，電磁法廣泛應(yīng)用于航空航天、核工業(yè)以及石油等領(lǐng)域。在套管腐蝕檢測方面， 電磁法屬于非接觸式測量， 不受套管內(nèi)介質(zhì)、 套管結(jié)垢、管壁附著物的影響， 不但能發(fā)現(xiàn)套管的各種異常， 而且能測量剩余壁厚。 電磁探傷方法可分為漏磁檢測法、 常規(guī)渦流檢測法和遠(yuǎn)場渦流檢測。 漏磁檢測法是利用強(qiáng)磁場將管道磁化，管壁存在缺陷將改變管道中的磁通分布， 導(dǎo)致內(nèi)部磁力線逸出被檢對象形成漏磁場，再利用霍爾效應(yīng)測量管壁的磁通密度大小及變化來檢測管道的腐蝕和缺陷。常規(guī)渦流法依據(jù)電磁感應(yīng)原理， 利用發(fā)射線圈產(chǎn)生交變的電磁場， 在套管壁上產(chǎn)生環(huán)

28、狀渦流，當(dāng)套管存在腐蝕缺陷時，因為受缺陷的阻隔，感生電流流經(jīng)途徑發(fā)生變化，第 15頁共 19頁應(yīng)力集中與腐蝕檢測實習(xí)線圈的等效阻抗也隨之變化， 測出載流線圈阻抗變化即可得知管道缺陷情況。 該方法可以檢測大規(guī)模腐蝕、垂直裂縫、孔和多層管道，但是受趨膚效應(yīng)的影響，常規(guī)渦流檢測技術(shù)難以檢測出管道外表面的缺陷。 漏磁檢測法對與磁通矢量無正交的缺陷不敏感，而渦流法對與渦流矢量無正交的缺陷不敏感。 兩種檢測方法的不敏感區(qū)域相互正交，聯(lián)合使用可保證檢測沒有盲區(qū)。遠(yuǎn)場渦流檢測法 與常規(guī)渦流法不同，遠(yuǎn)場渦流法的檢測線圈不是緊靠著激勵線圈， 而是在距離激勵線圈 2倍管內(nèi)徑以外的遠(yuǎn)場區(qū)。在此遠(yuǎn)場區(qū)中， 隨著兩線圈間

29、距的增大， 場強(qiáng)衰減速度變緩， 出現(xiàn)第二種能量傳遞方式。在遠(yuǎn)場能量傳遞路徑上的內(nèi)外缺陷都能在檢測線圈中引起信號幅值和相位的變化，通過測量遠(yuǎn)場檢測線圈中的二次感應(yīng)電動勢的大小及相移來檢測管道的腐蝕和缺陷。4.金屬腐蝕測試原理與儀器傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)方法包括超聲檢測、射線檢測、磁粉檢測、禍流檢測和滲透檢測等。超聲檢測是廣泛用于材料無損檢測的常用方法， 研究表明， 超聲檢測技術(shù)對于裂紋等面積型缺陷的檢出率遠(yuǎn)高于射線檢測從超聲波被用來檢測固體金屬的內(nèi)部缺陷起，超聲無損檢測技術(shù)己經(jīng)成為一種歷史悠久的材料檢測手段， 并普遍應(yīng)用于工程實踐中。常規(guī)超聲檢測利用的是聲波傳播過程中遇到缺陷時波的反射、 散射和對超

30、聲能量吸收等線性特征進(jìn)行缺陷檢測和評價， 對與被檢測介質(zhì)具有明顯的聲阻抗差別的、大的（與波長相比）體積型缺陷和具有幵放式裂紋的缺陷敏感，能夠解決常規(guī)問題。4.1 超聲檢測的原理超聲波探傷是利用材料及其缺陷的聲學(xué)性能差異對超聲波傳播波形反射情況和穿透時間的能量變化來檢驗材料內(nèi)部缺陷的無損檢測方法。脈沖反射法在垂直探傷時用縱波，在斜射探傷時用橫波。 脈沖反射法有縱波探傷和橫波探傷。在超聲波儀器示波屏上，以橫坐標(biāo)代表聲波的傳播時間，以縱坐標(biāo)表示回波信號幅度。對于同一均勻介質(zhì)，脈沖波的傳播時間與聲程成正比。因此可由缺陷回波信號的出現(xiàn)判斷缺陷的存在；又可由回波信號出現(xiàn)的位置來確定缺陷距探測面的距離，實現(xiàn)

31、缺陷定位 ；通過回波幅度來判斷缺陷的當(dāng)量大小。按聲波類型區(qū)分，超聲檢測可以分為連續(xù)波法和脈沖波法，連續(xù)波法中又分為透射法和諧振法；在脈沖波法中可以分為脈沖反射法和脈沖透射法兩種。下面簡單介紹兩種較常用的檢測方法。1）脈沖反射法工作原理：脈沖反射法是利用超聲脈沖波入射到兩種不同介質(zhì)交界面上發(fā)生反射的原理進(jìn)行第 16頁共 19頁應(yīng)力集中與腐蝕檢測實習(xí)檢測。采用同一換能器兼作發(fā)射和接收， 接收信號顯示在熒光屏上。 基本原理和波形如圖 2 所示。 當(dāng)工件中無缺陷時， 接收波形如圖 1a 所示，熒光屏上只有始波 T 和底波 B；當(dāng)有小于聲束截面的缺陷時，有缺陷波 F 出現(xiàn)， F 波在時基軸上的位置取決于缺陷聲程 Lf ，可由此確定缺陷在試件中的位置。缺陷回波的高度，取決于缺陷的反射面積和方向角的大小， 借此可評價缺陷的當(dāng)量大小。 由于缺陷使部分聲能反射， 從而使底波高度下降，如圖 1b 所示；當(dāng)有大于聲束截面的大缺陷時，全部聲能將被缺陷反射，屆時將僅有始波和大的缺陷波出現(xiàn)在熒光屏上。完美試樣缺陷試樣2）脈沖透射法工作原理：脈沖透射法是將發(fā)射、接收探頭分別置于被檢試件的兩側(cè)，并使兩個探頭的聲軸處在同一條直線上， 同時保證探頭與試件之間有良好的聲耦合， 這樣就可以根據(jù)超聲波穿透試件后的能量變化情況來判斷試件內(nèi)部質(zhì)量。 當(dāng)試件中無缺陷時，熒光屏上顯示