[發明專利]通過超聲表面波檢測材料氫損傷的裝置及方法

有效

• 申請號: 201310111980.8
• 申請日: 2013-04-02
• 公開（公告）號: CN103245726A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 陳建鈞;潘紅良;闞文彬;李勇鋒;閻玉溪;王晶;杜文慧;曹歌
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽;曾人泉

技術領域

本發明涉及金屬材料的無損探傷技術領域，具體而言，涉及通過超聲表面波檢測（金屬）材料氫損傷的裝置及方法，尤其是通過超聲表面波檢測奧氏體材料早期氫損傷的檢測方法。

背景技術

金屬的氫損傷包括氫脆、氫鼓泡以及氫致開裂等情況，其中，氫脆是可以恢復的，而氫鼓泡和氫致開裂是永久性的，因此，在金屬氫損傷的初期就能夠評價氫損傷的程度具有非常重要的意義。目前，評價金屬材料氫蝕程度的方法通常采用材料力學性能檢測法，由于該方法屬于破壞性的方法，對于在役設備是不采用此方法進行檢測的，需要采用無損檢測技術對臨氫設備氫損傷的程度進行評價，并發展一種能在線實時直接檢測臨氫設備氫損傷程度的方法，因此，所述無損檢測技術和方法對保證臨氫設備安全可靠的運行具有十分重要的意義。

現有的超聲波檢測方法主要集中在體波（即縱波和橫波）對于氫損傷程度的表征。在這方面，Watanabe等人通過使用縱波波速和橫波波速，發現這兩個指標比無損傷的材料波速減少了至少10%和7%。由O’Connell、Budiansky以及Temple（等人）的理論研究表明：材料中的微觀裂紋會影響整體彈性模量，從而降低縱波波速V_L和橫波波速V_S，他們曾預測：V_L?的減少比Vs?的減少要多。所以，氫蝕將增加V_L/V_S?。由于????????????????????????????????????????????????，也就是說：檢測氫蝕可通過橫波縱波傳播時間之比來檢測有無氫腐蝕，而不需要知道受檢材料的厚度。金屬在沒有氫損傷的情況下，橫波在鋼中的傳播速度為3230?m/s，縱波在鋼中的傳播速度為5900?m/s，將之代入以上公式，得到縱橫波比為0.5477，此為未受到氫損傷材料的比值。這方面Watanabe總結到：如果V_S/V_L?大于0.55時就認為金屬中產生了氫腐蝕。但是，從實際情況看，此種方法適用于檢測發生嚴重氫損傷的材料。

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目前，超聲波檢測氫損傷技術的發展主要集中在體波的檢測方法方面，但是，由于體波表征材料厚度方向上的整體材料屬性，而實際臨氫環境中又具有一定的氫濃度梯度，所以材料的損失情況會不盡相同。如果采用體波去表征，需要知道材料的壁厚，而材料在使用過程中有時候會產生壁厚減薄的情況，不便于實施體波的檢測。而采用縱橫波比方法判定，只能判定材料嚴重氫損傷和未損傷，而對于材料的氫損傷初期則不能較好地判定。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種通過超聲表面波檢測材料氫損傷的裝置，它能檢測加氫設備和臨氫設備氫損傷的情況，避免因氫損傷而導致事故的發生；本發明的再一目的是，根據所述的裝置，提供一種通過超聲表面波檢測材料氫損傷的方法，該方法具有方案簡單，操作方便的優點，可實現對加氫設備、臨氫設備以及材料氫損傷程度的無損評估，對化工煉油設備的安全以及設備的維護具有非常積極的作用。

為實現上述目的，本發明采取了以下技術方案。

一種通過超聲表面波檢測材料氫損傷的裝置，?其特征是，包含高頻超聲表面波發射、接收系統和便攜式工控機；所述高頻超聲表面波發射接收系統包括高頻超聲表面波發射探頭、高頻超聲表面波接收探頭、基板、導軌和定位螺母，所述高頻超聲表面波發射探頭、高頻超聲表面波接收探頭設置在基板中間的導軌上，由定位螺母卡位固定，所述基板放置在待測設備或材料上；所述便攜式工控機包括數據采集模塊、發射模塊、信號處理模塊、功率放大模塊、?A/D轉換模塊、信號發生模塊、軟件控制平臺及其連接線，所述軟件控制平臺通過信號發生模塊、功率放大模塊、發射模塊向高頻超聲表面波發射探頭輸出信號，發射模塊的輸出與高頻超聲表面波發射探頭的輸入端相連；所述高頻超聲表面波接收探頭的輸出與所述數據采集模塊的輸入端相連，所述數據采集模塊自高頻超聲表面波接收探頭接收的信號通過信號處理模塊、A/D轉換模塊將處理的信號輸入軟件控制平臺，由便攜式工控機進行操作與控制。

進一步，所述高頻超聲表面波發射探頭、高頻超聲表面波接收探頭設置在基板中間同一個導軌上，由不同的定位螺母固定它們彼此在同一個導軌上的距離。

進一步，所述高頻超聲表面波發射探頭、高頻超聲表面波接收探頭設置在基板中間不同的導軌上，由不同的定位螺母固定它們在不同導軌上的距離。

進一步，所述高頻超聲表面波發射探頭、高頻超聲表面波接收探頭都與楔塊相配合，從而產生由縱波到表面波的波形模式轉換。