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，利用交變應變下的應力腐蝕變化規律，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，從而通過應變片獲取應變量-時間曲線圖，進而構建相應的庫文件。在具體檢測時，可通過一種流速或多種流速對待測樣品進行水流沖擊和檢測，獲取曲線圖并在圖文件中進行匹配，最終獲得可信的剩余使用壽命。依據本發明方法可以對處于任一腐蝕階段的產品進行在線檢測，檢測過程簡單，且只需短短數秒即可完成，真正實現了海洋工程用金屬材料剩余使用壽命的在線檢測，經實驗證明本發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
【技術領域】
[0001]本發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，屬于海洋工程結構與應力腐蝕防護【技術領域】。
【背景技術】
[0002]應力腐蝕是設備承載的金屬構件在特定的介質中一種自發的延遲破壞的現象，是設備失效的主要原因之一。應力腐蝕研究是設備防腐與安全可靠性研究的重要領域。目前應力腐蝕研究主要是針對靜態應變下的應力腐蝕，但在實際情況中，工程設備一般都處于動態應變的工作環境中，如海洋工程結構，其長期處于風、浪、流等隨機載荷作用下，在腐蝕過程中，應力應變變化相對復雜，因此有必要對動態應變下的工程結構應力腐蝕開展定量研究，確定交變應力應變下的應力腐蝕變化規律，為預判在役設備的服役狀況提供參考，增加經濟效益，防止重大經濟損失和人員傷亡。
[0003]自20世紀60年代開始，國內外學者就開展了波浪對海洋結構物沖擊作用的研究，在物模試驗研究方面，過達，王永學和任冰等分別給出了不同試驗條件下的沖擊力的經驗公式，在數模研究方面，王永學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學模型。但由于海洋工程結構的龐大以及波浪沖擊過程涉及強非線性、流體效應、湍流等因素，對如何研究波浪沖擊海洋工程結構的作用至今仍是海洋工程領域的難題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于:克服上述現有技術的缺陷，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]為了達到上述目的，本發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力腐蝕階段海洋工程用金屬材料的應變量-時間曲線圖、與曲線圖對應的應力腐蝕時間，以及應力應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準試樣的尺寸，在待測樣品的第一指定位置安裝應變片，利用噴槍對待測樣品的第二指定位置進行水流噴射，噴射流速為Pi，同時通過應變片采集應變數據，生成應變量-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、將待測樣品的應變量-時間曲線圖與庫文件中相應噴射流速下的應變量-時間曲線圖進行匹配，提取庫文件中與相匹配的應變量-時間曲線圖對應的應力腐蝕時間；
[0009]第4步、將標準試樣的腐蝕開裂時間減去第3步中提取的應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]本發明進一步的改進在于:
[0011]1、第2步中，選用m種噴射流速PX1、PX1，，，PXm分別對待測樣品進行噴射和檢測，獲得m個應變量-時間曲線圖；根據第3步，對應的獲取庫文件中m個與匹配應變量-時間曲線圖對應的應力腐蝕時間txl，tX2，，，以及對應的加速比值XI，X2,，，Xm ;從而根據第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力腐蝕階段海洋工程用金屬材料的應變量-時間曲線圖、與曲線圖對應的應力腐蝕時間，以及應力應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準試樣的尺寸，在待測樣品的第一指定位置安裝應變片，利用噴槍對待測樣品的第二指定位置進行水流噴射，噴射流速為Pi，同時通過應變片采集應變數據，生成應變量-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、將待測樣品的應變量-時間曲線圖與庫文件中相應噴射流速下的應變量-時間曲線圖進行匹配，提取庫文件中與相匹配的應變量-時間曲線圖對應的應力腐蝕時間； 第4步、將標準試樣的腐蝕開裂時間減去第3步中提取的應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.根據權利要求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分別對待測樣品進行噴射和檢測，獲得m個應變量-時間曲線圖；根據第3步，對應的獲取庫文件中m個與匹配應變量-時間曲線圖對應的應力腐蝕時間txl，tX2，，，以及對應的加速比值XI，X2,，，Xm ;從而根據第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。 Xl X2 Xm
3.根據權利要求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、切割標準試樣并固定在夾具上，浸沒于腐蝕溶液A，將頻率為f、最大表面應力為N的彎曲交變應力作用于該標準試樣，時間T后取出該標準試樣并清潔干燥； 步驟b、在標準試樣的第一指定位置安裝應變片，利用噴槍對標準試樣的第二指定位置進行多次水流噴射，噴射的流速分別為Pl，P2，…，Pn,同時通過應變片采集各流速下的應變數據，生成應變量-時間曲線圖，附加應力腐蝕時間信息后，存入庫文件，所述應力腐蝕時間是指到當前為止該標準試樣經受應力腐蝕的時間； 步驟C、重復步驟a和步驟b，直至標準試樣表面產生應力腐蝕開裂，記錄該標準試樣的腐蝕開裂時間； 步驟d、將標準試樣的腐蝕開裂時間和該試樣標準材料在海洋中應力腐蝕開裂時間相t匕，獲得在腐蝕加速比值。
4.根據權利要求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，米用最大表面應力分別為N1,N2,..., Nn的交變應力分別對數塊標準試樣進行作用，獲取不同交變應力下不同噴射流速下各應力腐蝕階段海洋工程用金屬材料的應變量-時間曲線圖、與曲線圖對應的應力腐蝕時間，以及不同交變應力下的腐蝕開裂時間和腐蝕加速比值。
5.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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時間不低于5秒。
8.根據權利要求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域；所述第一指定位置圍繞第二指定位置進行布置。
9.根據權利要求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:所述彎曲交變應力通過對稱分布在夾具縱向兩側的兩對液壓推桿施加，驅動所述液壓推桿的液壓驅動裝置受控于計算機。
10.海洋工程用金屬材料抗應力腐蝕檢測方法，其特征在于:使用權利要求1所述方法得到待測樣品的使用壽命，與標準樣品在海洋環境中的的應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 優先權日:2014年6月17日
【發明者】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