海洋工程用金屬材料實際工況下在線檢測壽命的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及海洋工程用金屬材料實際工況下在線檢測壽命的方法，利用交變應(yīng)變下的應(yīng)力腐蝕變化規(guī)律，以及不同腐蝕階段的金屬材料在水流沖擊下具有特定震動頻率和幅度，從而通過應(yīng)變片獲取應(yīng)變量-時間曲線圖，進(jìn)而構(gòu)建相應(yīng)的庫文件。在具體檢測時，可通過一種流速或多種流速對待測樣品進(jìn)行水流沖擊和檢測，獲取曲線圖并在圖文件中進(jìn)行匹配，最終獲得可信的剩余使用壽命。依據(jù)本發(fā)明方法可以對處于任一腐蝕階段的產(chǎn)品進(jìn)行在線檢測，檢測過程簡單，且只需短短數(shù)秒即可完成，真正實現(xiàn)了海洋工程用金屬材料剩余使用壽命的在線檢測，經(jīng)實驗證明本發(fā)明的檢測具有較高精度。
【專利說明】海洋工程用金屬材料實際工況下在線檢測壽命的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋工程用金屬材料實際工況下在線檢測壽命的方法，屬于海洋工程結(jié)構(gòu)與應(yīng)力腐蝕防護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]應(yīng)力腐蝕是設(shè)備承載的金屬構(gòu)件在特定的介質(zhì)中一種自發(fā)的延遲破壞的現(xiàn)象，是設(shè)備失效的主要原因之一。應(yīng)力腐蝕研究是設(shè)備防腐與安全可靠性研究的重要領(lǐng)域。目前應(yīng)力腐蝕研究主要是針對靜態(tài)應(yīng)變下的應(yīng)力腐蝕，但在實際情況中，工程設(shè)備一般都處于動態(tài)應(yīng)變的工作環(huán)境中，如海洋工程結(jié)構(gòu)，其長期處于風(fēng)、浪、流等隨機載荷作用下，在腐蝕過程中，應(yīng)力應(yīng)變變化相對復(fù)雜，因此有必要對動態(tài)應(yīng)變下的工程結(jié)構(gòu)應(yīng)力腐蝕開展定量研究，確定交變應(yīng)力應(yīng)變下的應(yīng)力腐蝕變化規(guī)律，為預(yù)判在役設(shè)備的服役狀況提供參考，增加經(jīng)濟(jì)效益，防止重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。
[0003]自20世紀(jì)60年代開始，國內(nèi)外學(xué)者就開展了波浪對海洋結(jié)構(gòu)物沖擊作用的研究，在物模試驗研究方面，過達(dá)，王永學(xué)和任冰等分別給出了不同試驗條件下的沖擊力的經(jīng)驗公式，在數(shù)模研究方面，王永學(xué)和任冰等利用求解含有自由表面的、二維不可壓縮粘性流體非定常運動的流體體積法(VOF)，建立了求解波浪沖擊壓力的數(shù)學(xué)模型。但由于海洋工程結(jié)構(gòu)的龐大以及波浪沖擊過程涉及強非線性、流體效應(yīng)、湍流等因素，對如何研究波浪沖擊海洋工程結(jié)構(gòu)的作用至今仍是海洋工程領(lǐng)域的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于:克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一海洋工程用金屬材料實際工況下在線檢測壽命的方法，快速準(zhǔn)確的在線檢測海洋工程用金屬材料的使用壽命，同時為不同批次的樣品檢測提供了一種快捷的手段。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的一種海洋工程用金屬材料實際工況下在線檢測壽命的方法，包括如下步驟:
[0006]第I步、建立庫文件，所述庫文件中記載有不同噴射流速下各應(yīng)力腐蝕階段海洋工程用金屬材料的應(yīng)變量-時間曲線圖、與曲線圖對應(yīng)的應(yīng)力腐蝕時間，以及應(yīng)力應(yīng)變下的腐蝕開裂時間和腐蝕加速比值；
[0007]第2步、將待測樣品切割成標(biāo)準(zhǔn)試樣的尺寸，在待測樣品的第一指定位置安裝應(yīng)變片，利用噴槍對待測樣品的第二指定位置進(jìn)行水流噴射，噴射流速為Pi，同時通過應(yīng)變片采集應(yīng)變數(shù)據(jù)，生成應(yīng)變量-時間曲線圖，噴射流速Pi與庫文件中任一噴射流速盡量接近；
[0008]第3步、將待測樣品的應(yīng)變量-時間曲線圖與庫文件中相應(yīng)噴射流速下的應(yīng)變量-時間曲線圖進(jìn)行匹配，提取庫文件中與相匹配的應(yīng)變量-時間曲線圖對應(yīng)的應(yīng)力腐蝕時間；
[0009]第4步、將標(biāo)準(zhǔn)試樣的腐蝕開裂時間減去第3步中提取的應(yīng)力腐蝕時間后乘于庫文件中的腐蝕加速比值，即獲得待測樣品的剩余使用壽命時間。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:
[0011]1、第2步中，選用m種噴射流速PX1、PX1，，，PXm分別對待測樣品進(jìn)行噴射和檢測，獲得m個應(yīng)變量-時間曲線圖；根據(jù)第3步，對應(yīng)的獲取庫文件中m個與匹配應(yīng)變量-時間曲線圖對應(yīng)的應(yīng)力腐蝕時間txl，tX2，，，以及對應(yīng)的加速比值XI，X2,，，Xm ;從而根據(jù)第4步獲得m個剩余使用壽命時間TX1，TX2，，，Tan，最終獲得待測樣品的剩余使用壽命時間
【權(quán)利要求】
1.一種海洋工程用金屬材料實際工況下在線檢測壽命的方法，包括如下步驟: 第I步、建立庫文件，所述庫文件中記載有不同噴射流速下各應(yīng)力腐蝕階段海洋工程用金屬材料的應(yīng)變量-時間曲線圖、與曲線圖對應(yīng)的應(yīng)力腐蝕時間，以及應(yīng)力應(yīng)變下的腐蝕開裂時間和腐蝕加速比值； 第2步、將待測樣品切割成標(biāo)準(zhǔn)試樣的尺寸，在待測樣品的第一指定位置安裝應(yīng)變片，利用噴槍對待測樣品的第二指定位置進(jìn)行水流噴射，噴射流速為Pi，同時通過應(yīng)變片采集應(yīng)變數(shù)據(jù)，生成應(yīng)變量-時間曲線圖，噴射流速Pi與庫文件中任一噴射流速盡量接近； 第3步、將待測樣品的應(yīng)變量-時間曲線圖與庫文件中相應(yīng)噴射流速下的應(yīng)變量-時間曲線圖進(jìn)行匹配，提取庫文件中與相匹配的應(yīng)變量-時間曲線圖對應(yīng)的應(yīng)力腐蝕時間； 第4步、將標(biāo)準(zhǔn)試樣的腐蝕開裂時間減去第3步中提取的應(yīng)力腐蝕時間后乘于庫文件中的腐蝕加速比值，即獲得待測樣品的剩余使用 壽命時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋工程用金屬材料實際工況下在線檢測壽命的方法，其特征在于:所述第2步中，選用m種噴射流速PX1、PXl,，，PXm分別對待測樣品進(jìn)行噴射和檢測，獲得m個應(yīng)變量-時間曲線圖；根據(jù)第3步，對應(yīng)的獲取庫文件中m個與匹配應(yīng)變量-時間曲線圖對應(yīng)的應(yīng)力腐蝕時間txl，tX2，，，以及對應(yīng)的加速比值XI，X2,，，Xm ;從而根據(jù)第4步獲得m個剩余使用壽命時間TX1，TX2，，，Tan，最終獲得待測樣品的剩余使用壽命時間 I TTTτ = (___wr-^-h-^4-11I1.丨；Π義2…m為大于I的自然數(shù)。 Xl X2 Xm
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述海洋工程用金屬材料實際工況下在線檢測壽命的方法，其特征在于: 所述第I步中，庫文件的建立方法如下: 步驟a、切割標(biāo)準(zhǔn)試樣并固定在夾具上，浸沒于腐蝕溶液A，將頻率為f、最大表面應(yīng)力為N的彎曲交變應(yīng)力作用于該標(biāo)準(zhǔn)試樣，時間T后取出該標(biāo)準(zhǔn)試樣并清潔干燥； 步驟b、在標(biāo)準(zhǔn)試樣的第一指定位置安裝應(yīng)變片，利用噴槍對標(biāo)準(zhǔn)試樣的第二指定位置進(jìn)行多次水流噴射，噴射的流速分別為Pl，P2，…，Pn,同時通過應(yīng)變片采集各流速下的應(yīng)變數(shù)據(jù)，生成應(yīng)變量-時間曲線圖，附加應(yīng)力腐蝕時間信息后，存入庫文件，所述應(yīng)力腐蝕時間是指到當(dāng)前為止該標(biāo)準(zhǔn)試樣經(jīng)受應(yīng)力腐蝕的時間； 步驟C、重復(fù)步驟a和步驟b，直至標(biāo)準(zhǔn)試樣表面產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，記錄該標(biāo)準(zhǔn)試樣的腐蝕開裂時間； 步驟d、將標(biāo)準(zhǔn)試樣的腐蝕開裂時間和該試樣標(biāo)準(zhǔn)材料在海洋中應(yīng)力腐蝕開裂時間相t匕，獲得在腐蝕加速比值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的海洋工程用金屬材料實際工況下在線檢測壽命的方法，其特征在于:建立庫文件時，米用最大表面應(yīng)力分別為N1,N2,..., Nn的交變應(yīng)力分別對數(shù)塊標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行作用，獲取不同交變應(yīng)力下不同噴射流速下各應(yīng)力腐蝕階段海洋工程用金屬材料的應(yīng)變量-時間曲線圖、與曲線圖對應(yīng)的應(yīng)力腐蝕時間，以及不同交變應(yīng)力下的腐蝕開裂時間和腐蝕加速比值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的海洋工程用金屬材料實際工況下在線檢測壽命的方法，其特征在于:所述庫文件中，噴射流速的范圍為6-18m/s。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的海洋工程用金屬材料實際工況下在線檢測壽命的方法，其特征在于:所述頻率f = 1/60，N的取值范圍為61.4-125Mpa，時間T的取值范圍為6_24小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的海洋工程用金屬材料實際工況下在線檢測壽命的方法，其特征在于:單次水流噴射的持續(xù)時間不低于5秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的海洋工程用金屬材料實際工況下在線檢測壽命的方法，其特征在于:所述第二指定位置位于試樣中段區(qū)域；所述第一指定位置圍繞第二指定位置進(jìn)行布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的海洋工程用金屬材料實際工況下在線檢測壽命的方法，其特征在于:所述彎曲交變應(yīng)力通過對稱分布在夾具縱向兩側(cè)的兩對液壓推桿施加，驅(qū)動所述液壓推桿的液壓驅(qū)動裝置受控于計算機。
10.海洋工程用金屬材料抗應(yīng)力腐蝕檢測方法，其特征在于:使用權(quán)利要求1所述方法得到待測樣品的使用壽命，與標(biāo)準(zhǔn)樣品在海洋環(huán)境中的的應(yīng)力腐蝕開裂時間相比較，差值小于5%,則待測 樣品合格。
【文檔編號】G01N3/36GK104020064SQ201410270622
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月17日
【發(fā)明者】王恒, 花國然, 曹宇鵬, 蘇波泳, 張兵, 周東呈, 張建勇, 陳貽平, 馬劍軍 申請人:南通大學(xué)