[發明專利]聲發射探測纜索鍍層腐蝕疲勞裂紋萌生和擴展的試驗方法

有效

• 申請號: 201710284409.4
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107219119B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 張華;楊健;王成龍;王悅
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N29/14
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

1.一種聲發射探測纜索鍍層腐蝕疲勞裂紋萌生和擴展的試驗方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1，鍍層纜索試樣制作：取五種不同鍍層厚度的鍍層纜索試樣若干根，其中，每根鍍層纜索試樣的長度相等，每根纜索鋼基體的尺寸和形狀相同；鍍層纜索試樣的五種不同鍍層厚度，分別為0.08mm、0.12mm、0.16mm、0.20mm和0.24mm；

步驟2，臨界斷裂拉力尋找：將步驟1制作完成的五種不同鍍層厚度的鍍層纜索試樣各取1-3根，采用疲勞試驗機，按照設定的固定位移值，分別進行靜力拉伸試驗，得到每種鍍層斷裂時的臨界斷裂拉力；由于五種不同鍍層厚度鍍層纜索試樣的臨界斷裂拉力相差較小，故取靜力拉伸試驗所得的所有臨界斷裂拉力的均值作為所需尋找的臨界斷裂拉力N_L；

步驟3，腐蝕介質配置：配置濃度范圍為4-6%，PH值范圍為6.5-7.2的Nacl溶液；

步驟4，腐蝕介質裝填：腐蝕介質裝填，包括如下兩個步驟：

步驟41，套裝耐腐蝕套管：取三根耐腐蝕套管，在每根耐腐蝕套管的內壁面上均固設一個與計算機相連接的電子內窺鏡；接著，將三根耐腐蝕套管的一端分別用橡膠塞密封封堵；然后，取步驟1制作的其中一種鍍層厚度的鍍層纜索試樣三根，接著將三根鍍層纜索試樣依次穿過橡膠塞后，裝入耐腐蝕套管，并使耐腐蝕套管垂直放置，且密封封堵有橡膠塞的一端位于底部；

步驟42，裝填腐蝕介質：將步驟2配置的腐蝕介質依次裝入步驟31中的三根耐腐蝕套管內，裝滿后，再用橡膠塞穿過鍍層纜索試樣頂端后，將三根耐腐蝕套管頂端均密封封堵；

步驟5，鍍層纜索試樣裝夾：將步驟3腐蝕介質裝填完成的三根鍍層纜索試樣，分別相互平行地固定在上拉伸固定頭和下拉伸固定頭之間；然后，在位于耐腐蝕套管外的每根鍍層纜索試樣上各安裝一個聲發射探頭，并將所有聲發射探頭均與聲發射采集裝置相連接，聲發射采集裝置與計算機相連接；

步驟6，疲勞試驗：疲勞試驗，包括如下步驟：

步驟61，彈性波發射：先開啟與計算機相連接的聲發射裝置，聲發射裝置開始向步驟4裝夾完成的三根鍍層纜索試樣發射彈性波；

步驟62，應力幅水平設置：應力幅水平數量設置不少于6個，分別為：N_L/2、（N_L/2±N_L/10）、（N_L/2±2N_L/10）、（N_L/2±3N_L/10）……；

步驟63，疲勞應力加載：疲勞試驗機工作，并對步驟4裝夾完成的三根鍍層纜索試樣進行疲勞試驗，其中，疲勞試驗機的加載波形為正弦波，加載應力比為0.1，應力幅水平選擇為N_L/2；

步驟64，聲發射反饋曲線形成：疲勞試驗過程中，聲發射采集裝置通過三個聲發射探頭，分別采集三根鍍層纜索試樣的聲發射反饋信號，并形成聲發射反饋曲線，聲發射反饋曲線包括聲發射振鈴曲線和聲發射能量曲線，其中，聲發射振鈴曲線為聲發射采集裝置采集的振鈴計數或累計計數隨時間的變化曲線，聲發射能量曲線為聲發射采集裝置采集的聲發射信號的能量值隨時間的變化曲線；

步驟65，裂紋識別與長度計算：在聲發射反饋曲線形成的同時，電子內窺鏡將實時對位于耐腐蝕套管內的鍍層纜索試樣表面進行攝像并傳送給計算機，計算機按固定間隔時間進行一次圖片拍攝，并對拍攝的圖片進行裂紋識別判斷及裂紋長度計算；

步驟7，記錄裂紋萌生時刻：在步驟64形成的聲發射反饋曲線中，當振鈴激增，也即聲發射信號急劇增加時，所對應的時間點即為鍍層的裂紋萌生時刻；鍍層的裂紋萌生時刻記錄完成后，通過步驟64記錄裂紋萌生時刻的裂紋長度值，并求取對應鍍層的斷裂韌性；

步驟8，裂紋擴展試驗：當步驟7記錄到裂紋萌生時刻后，疲勞試驗機繼續按照步驟63的方式進行加載試驗，直至鍍層纜索試樣表面出現裂紋飽和為止；裂紋擴展試驗中，仍需繼續采集并記錄三根鍍層纜索試樣的聲發射反饋曲線；當裂紋達到飽和時，所施加的應力循環次數即為該種厚度鍍層纜索試樣在應力幅為N_L/2時的鍍層腐蝕疲勞壽命；

步驟9，裂紋擴展速率評估：采用如下所述評估方法中的任一種或組合進行裂紋擴展速率的評估：

評估方法一，裂紋擴展速率定性評估：對步驟8中記錄的聲發射反饋曲線中的聲發射振鈴曲線，通過聲發射振鈴計數或累計振鈴數隨時間的疏密變化情況，對裂紋擴展的快慢程度進行定性評估；

評估方法二，裂紋擴展速率定量評估一：根據疲勞理論中的Paris公式，裂紋擴展速率即為載荷循環一次的裂紋增長量；

評估方法三，裂紋擴展速率定量評估二：對步驟8中記錄的聲發射反饋曲線中的聲發射能量曲線，裂紋擴展速率即為載荷循環一次的聲發射能量變化量；

步驟10，繪制S-N曲線：在鍍層厚度、加載波形和加載應力比均不變的情況下，按照步驟3至步驟9的方法，對步驟63選擇的每種應力幅分別獲取裂紋萌生時刻、裂紋擴展速率以及鍍層腐蝕疲勞壽命值；并根據所有的應力幅值和鍍層腐蝕疲勞壽命值，繪制該種鍍層厚度所對應的S-N曲線；

步驟11，最佳鍍層厚度尋找：將步驟1中的另外四種不同鍍層厚度的鍍層纜索試樣各取若干根，對每種鍍層厚度的鍍層纜索試樣分別按照步驟3至步驟10的方法進行操作，并分別記錄每種鍍層厚度在各個應力幅水平時所對應的裂紋萌生時刻、裂紋擴展速率和S-N曲線，將五種不同鍍層厚度所對應的裂紋萌生時刻、裂紋擴展速率和S-N曲線進行比較，獲取每種應力幅水平下所對應的最佳鍍層厚度。