[发明专利]通过超声表面波检测材料氢损伤的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料的无损探伤技术领域，具体而言，涉及通过超声表面波检测（金属）材料氢损伤的装置及方法，尤其是通过超声表面波检测奥氏体材料早期氢损伤的检测方法。

背景技术

金属的氢损伤包括氢脆、氢鼓泡以及氢致开裂等情况，其中，氢脆是可以恢复的，而氢鼓泡和氢致开裂是永久性的，因此，在金属氢损伤的初期就能够评价氢损伤的程度具有非常重要的意义。目前，评价金属材料氢蚀程度的方法通常采用材料力学性能检测法，由于该方法属于破坏性的方法，对于在役设备是不采用此方法进行检测的，需要采用无损检测技术对临氢设备氢损伤的程度进行评价，并发展一种能在线实时直接检测临氢设备氢损伤程度的方法，因此，所述无损检测技术和方法对保证临氢设备安全可靠的运行具有十分重要的意义。

现有的超声波检测方法主要集中在体波（即纵波和横波）对于氢损伤程度的表征。在这方面，Watanabe等人通过使用纵波波速和横波波速，发现这两个指标比无损伤的材料波速减少了至少10%和7%。由O’Connell、Budiansky以及Temple（等人）的理论研究表明：材料中的微观裂纹会影响整体弹性模量，从而降低纵波波速V_L和横波波速V_S，他们曾预测：V_L 的减少比Vs 的减少要多。所以，氢蚀将增加V_L/V_S 。由于                                                ，也就是说：检测氢蚀可通过横波纵波传播时间之比来检测有无氢腐蚀，而不需要知道受检材料的厚度。金属在没有氢损伤的情况下，横波在钢中的传播速度为3230 m/s，纵波在钢中的传播速度为5900 m/s，将之代入以上公式，得到纵横波比为0.5477，此为未受到氢损伤材料的比值。这方面Watanabe总结到：如果V_S/V_L 大于0.55时就认为金属中产生了氢腐蚀。但是，从实际情况看，此种方法适用于检测发生严重氢损伤的材料。

 

目前，超声波检测氢损伤技术的发展主要集中在体波的检测方法方面，但是，由于体波表征材料厚度方向上的整体材料属性，而实际临氢环境中又具有一定的氢浓度梯度，所以材料的损失情况会不尽相同。如果采用体波去表征，需要知道材料的壁厚，而材料在使用过程中有时候会产生壁厚减薄的情况，不便于实施体波的检测。而采用纵横波比方法判定，只能判定材料严重氢损伤和未损伤，而对于材料的氢损伤初期则不能较好地判定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过超声表面波检测材料氢损伤的装置，它能检测加氢设备和临氢设备氢损伤的情况，避免因氢损伤而导致事故的发生；本发明的再一目的是，根据所述的装置，提供一种通过超声表面波检测材料氢损伤的方法，该方法具有方案简单，操作方便的优点，可实现对加氢设备、临氢设备以及材料氢损伤程度的无损评估，对化工炼油设备的安全以及设备的维护具有非常积极的作用。

为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案。

一种通过超声表面波检测材料氢损伤的装置， 其特征是，包含高频超声表面波发射、接收系统和便携式工控机；所述高频超声表面波发射接收系统包括高频超声表面波发射探头、高频超声表面波接收探头、基板、导轨和定位螺母，所述高频超声表面波发射探头、高频超声表面波接收探头设置在基板中间的导轨上，由定位螺母卡位固定，所述基板放置在待测设备或材料上；所述便携式工控机包括数据采集模块、发射模块、信号处理模块、功率放大模块、 A/D转换模块、信号发生模块、软件控制平台及其连接线，所述软件控制平台通过信号发生模块、功率放大模块、发射模块向高频超声表面波发射探头输出信号，发射模块的输出与高频超声表面波发射探头的输入端相连；所述高频超声表面波接收探头的输出与所述数据采集模块的输入端相连，所述数据采集模块自高频超声表面波接收探头接收的信号通过信号处理模块、A/D转换模块将处理的信号输入软件控制平台，由便携式工控机进行操作与控制。

进一步，所述高频超声表面波发射探头、高频超声表面波接收探头设置在基板中间同一个导轨上，由不同的定位螺母固定它们彼此在同一个导轨上的距离。

进一步，所述高频超声表面波发射探头、高频超声表面波接收探头设置在基板中间不同的导轨上，由不同的定位螺母固定它们在不同导轨上的距离。

进一步，所述高频超声表面波发射探头、高频超声表面波接收探头都与楔块相配合，从而产生由纵波到表面波的波形模式转换。