[发明专利]残余应力作用下的应力腐蚀裂纹多频涡流定量评价方法

说明书

本发明公开了残余应力作用下的应力腐蚀裂纹多频涡流定量评价方法，首先采用直流电位检测和涡流检测方法建立残余应力与材料电导率、磁导率的对应关系，然后利用多频涡流检测方法测取应力腐蚀裂纹周围各个选定测试点处的残余应力值，并明确不同裂纹尺寸的应力腐蚀裂纹附近区域残余应力分布规律，最后采用反问题研究策略，将多频涡流检测实验数据作为目标信号，考虑裂纹附近残余应力分布对材料电导率、磁导率的影响，实现对应力腐蚀裂纹尺寸的定量无损评价；本发明方法可以对残余应力作用下的应力腐蚀裂纹进行准确有效的定量评估，具有操作简单，易实现，数据量小的优点，可以广泛应用于实际工程结构部件真实状态下应力腐蚀裂纹尺寸的定量无损评价，具有较大的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及一种应力腐蚀裂纹的定量评估方法，具体涉及一种残余应力作用下的应力腐蚀裂纹多频涡流定量评价方法。

背景技术

随着人类对能源的需求量日益增长，核电获得了大力发展，然而由于反应堆内部包含大量放射性核燃料和反应生成物，核电站运行安全问题是一个人类必须长期关注解决的重大问题。而应力腐蚀裂纹等缺陷的发生和发展极有可能导致核级管道和容器的泄漏甚至破裂，对堆芯安全造成威胁。有研究对近年来发生的200多起核电设备失效案例并整理分析，结果表明应力腐蚀开裂是焊接接头的主要失效形式。为此，对核电站的关键部件和材料进行定期无损检测发生缺陷时，就迫切需要对检出的缺陷进行定量无损评估。

由于核电结构应力腐蚀裂纹主要发生在奥氏体不锈钢及高温合金结构的焊接部位，焊接部位的柱状晶各向异性会对超声检测信号产生严重影响，导致其检测能力和定量精度的降低，对于表面浅裂纹，超声检测也有很大的局限性。而涡流检测对浅裂纹的定量有独特优势，并且对材料的各向异性不敏感，因此涡流定量检测在解决核电结构中应力腐蚀裂纹定量问题上有望成为超声检测的一个有效补充。另外，涡流检测还具有很多其他优点，例如，检测速度快、信号易于自动化处理等优势，同时它属于非接触检测，不需要对表面进行特殊处理，检测成本低。多频涡流检测在具备上述涡流检测优点的同时，其检测信号还含有更为丰富的检测对象信息，有效使用这些信息可以大幅度地降低噪声影响，提高定量评价精度。

值得注意的是，应力腐蚀裂纹是由于材料退化引起的，从其萌生和发展的条件亦可看出在其附近区域必然存在残余应力，因此应力腐蚀裂纹往往不是单纯的存在，而是与残余应力相伴相生，在残余应力作用下的应力腐蚀裂纹，相比于单纯的应力腐蚀裂纹，更具有普遍性，且裂纹更容易扩展、危害性更大，因此对无损检测的定量精度要求更高。更为重要的是，残余应力的存在会引起材料电磁参数(主要为磁导率和电导率)的变化，在很大程度上增加了应力腐蚀裂纹的定量无损评价难度，并严重影响了其定量评价精度。

发明内容

为了解决上述现有的应力腐蚀裂纹定量评估存在的问题，本发明的目的在于提供一种考虑残余应力影响的应力腐蚀裂纹无损定量评价方法，该方法通过测定应力腐蚀裂纹及其周围区域的多频涡流检测信号，基于反问题研究策略，结合裂纹区域应力分布规律，实现对应力腐蚀裂纹尺寸的定量无损评价；该方法具有操作简单，数据量小，易实现的优点，可广泛应用于实际工程结构部件真实状态下应力腐蚀裂纹尺寸的定量无损评价中。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

考虑残余应力影响的应力腐蚀裂纹进行无损定量评价的方法，包括如下步骤：

步骤1：建立应力与材料电导率、磁导率的对应关系，具体为：

1)设计加工多个不锈钢标准拉伸试件，对各个不锈钢标准拉伸试件施加不同的载荷使试件处于不同应力水平，利用涡流检测探头对处于不同应力水平的不锈钢标准拉伸试件进行直流电位检测和多频涡流检测，获取直流电位检测和多频涡流检测实验数据；

2)分析步骤1)中获取的直流电位检测实验数据，通过公式(1)计算得到处于不同应力水平的各个不锈钢标准拉伸试件的电导率，进而建立应力大小与材料电导率的对应关系，