[发明专利]基于可视化的疲劳载荷作用下管道点蚀声学模拟测试装置及方法

说明书

基于可视化的疲劳载荷作用下管道点蚀声学模拟测试装置及方法，属于管道损伤监测技术领域。该装置的试件布置于支撑架上，试件的两端均连接管道，管道位于支撑架的夹板外端，一侧的管道上设置泄压阀，且管道末端与水箱A相连，另一侧的管道上设置阀门、水泵，且管道末端与水箱B相连；试件上设置腐蚀点，参比电极、辅助电极分别设置于腐蚀点的两侧；工作电极设置于腐蚀点处，参比电极、工作电极、辅助电极均与电化学检测系统相连；所述的DIC高速显微成像系统用于采集腐蚀点的图像信息；所述的加热线圈共两个，分别设置于腐蚀点两侧的试件上；所述的声发射传感器设置于试件上，位于靠近水箱A一侧，声发射传感器依次连接前置放大器和声发射系统。

技术领域

本发明属于管道损伤监测技术领域，涉及声发射检测技术，尤其涉及对管道腐蚀的声发射监测应用。

背景技术

在工业生产的过程中，管道点蚀是一种常见的损伤形式，且点蚀外观隐蔽，但是危害性巨大，它是管道应力腐蚀开裂以及疲劳腐蚀裂纹扩展的主要原因，导致巨大的经济损失。管道的工作环境往往比较复杂，其损伤大多是多耦合作用下的结果。当构件存在于腐蚀环境下，易导致管道产生点蚀坑。随着交变荷载的作用，会导致金属表面滑移带形成，使得金属表面电化学性不均匀，进一步促进点蚀坑在金属表面的电化学不均匀部位形成，温度升高也会加剧这一反应，最终导致管道使用年限达不到预期目标，最终造成严重的财产损失。声发射作为常见的无损检测方法，对试件点蚀形成以及扩展的过程十分敏感，是对试件点蚀声信号进行连续监测的有效手段，通过一系列的声发射数据可以实时解读点蚀扩展情况，以此为基础通过分析实验获得的点蚀声发射信号，并提取其声信号特征，作为现场监测管道疲劳腐蚀多耦合作用下的点蚀坑变化依据。

发明内容

为准确获取管道试件点蚀裂纹变化过程中的声发射信号，研究交变荷载、腐蚀环境、温度对点蚀坑的影响因素，本发明设计出对应的试验环境，为科学研究管道点蚀开裂机理提供有效的方法，帮助解决工程实际问题提供依据。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

基于可视化的疲劳载荷作用下管道点蚀声学模拟测试装置，包括声发射系统1、前置放大器2、水箱A3、泄压阀4、声发射传感器5、参比电极6、DIC 高速显微成像系统7、工作电极8、辅助电极9、试件10、加热线圈11、支撑架12、电化学检测系统13、阀门14、水泵15、电动丝杠16和水箱B17；所述的试件10布置于支撑架12上，支撑架12能够通过电动丝杠16带动支撑架12两端的夹板移动；试件10的两端均连接管道，管道位于支撑架12的夹板外端，一侧的管道上设置泄压阀4，且管道末端与水箱A3相连，另一侧的管道上设置阀门14、水泵15，且管道末端与水箱B17相连；所述的试件10上设置腐蚀点，参比电极6、辅助电极9分别设置于腐蚀点的两侧，参比电极6靠近水箱A3一侧安置，辅助电极9靠近水箱B17一侧安置；工作电极8设置于腐蚀点处，参比电极6、工作电极8、辅助电极9均与电化学检测系统13相连；所述的DIC 高速显微成像系统7用于采集腐蚀点的图像信息；所述的加热线圈11共两个，分别设置于腐蚀点两侧的试件10上；所述的声发射传感器5设置于试件10上，位于靠近水箱A3一侧，声发射传感器5依次连接前置放大器2和声发射系统1。

进一步地，所述的试件10截面为六边形。

基于可视化的疲劳载荷作用下管道点蚀声学模拟测试方法，具体如下：

(1)将试件10中间部分打薄，形成一个薄弱区，然后在薄弱区的每个边中间再次打磨出一个腐蚀坑；

(2)将预处理好的带有腐蚀坑的试件10安装在支撑架12上，通过电动丝杠16带动支撑架12两端的夹板移动，夹板加紧后电动丝杠16停止工作，实现对试件10的固定；

(3)打开水泵15，将水箱B17中的液体传输到试件10中，此时试件10 的压力会不断地上升，当超过泄压阀4设定的压力时，泄压阀4会自动打开将水排到水箱A3中，当压力不足时泄压阀4又会再次关闭，由此模拟试件10内部压力周期变化的压力，使试件10达到产疲劳损伤的效果；