[发明专利]声发射探测缆索镀层腐蚀疲劳裂纹萌生和扩展的试验方法

摘要

声发射探测缆索镀层腐蚀疲劳裂纹萌生和扩展的试验方法，包括步骤为：镀层缆索试样制作、临界断裂拉力寻找、腐蚀介质配置、腐蚀介质装填、镀层缆索试样装夹、疲劳试验、记录裂纹萌生时刻、裂纹扩展试验、裂纹扩展速率评估、绘制S‑N曲线及寻找最佳镀层厚度。本发明的试验方法能够有效监测镀层缆索试样的裂纹萌生时刻和裂纹扩展速率，并能寻找到不同应力幅下的最佳薄膜厚度，延长缆索镀层使用寿命，减少经济损失。

主权项

一种声发射探测缆索镀层腐蚀疲劳裂纹萌生和扩展的试验方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，镀层缆索试样制作：取五种不同镀层厚度的镀层缆索试样若干根，其中，每根镀层缆索试样的长度相等，每根缆索钢基体的尺寸和形状相同；步骤2，临界断裂拉力寻找：将步骤1制作完成的五种不同镀层厚度的镀层缆索试样各取1‑3根，采用疲劳试验机，按照设定的固定位移值，分别进行静力拉伸试验，得到每种镀层断裂时的临界断裂拉力；由于五种不同镀层厚度镀层缆索试样的临界断裂拉力相差较小，故取静力拉伸试验所得的所有临界断裂拉力的均值作为所需寻找的临界断裂拉力NL；步骤3，腐蚀介质配置：配置浓度范围为4‑6%，PH值范围为6.5‑7.2的Nacl溶液；步骤4，腐蚀介质装填：腐蚀介质装填，包括如下两个步骤：步骤41，套装耐腐蚀套管：取三根耐腐蚀套管，在每根耐腐蚀套管的内壁面上均固设一个与计算机相连接的电子内窥镜；接着，将三根耐腐蚀套管的一端分别用橡胶塞密封封堵；然后，取步骤1制作的其中一种镀层厚度的镀层缆索试样三根，接着将三根镀层缆索试样依次穿过橡胶塞后，装入耐腐蚀套管，并使耐腐蚀套管垂直放置，且密封封堵有橡胶塞的一端位于底部；步骤42，装填腐蚀介质：将步骤2配置的腐蚀介质依次装入步骤31中的三根耐腐蚀套管内，装满后，再用橡胶塞穿过镀层缆索试样顶端后，将三根耐腐蚀套管顶端均密封封堵；步骤5，镀层缆索试样装夹：将步骤3腐蚀介质装填完成的三根镀层缆索试样，分别相互平行地固定在上拉伸固定头和下拉伸固定头之间；然后，在位于耐腐蚀套管外的每根镀层缆索试样上各安装一个声发射探头，并将所有声发射探头均与声发射采集装置相连接，声发射采集装置与计算机相连接；步骤6，疲劳试验：疲劳试验，包括如下步骤：步骤61，弹性波发射：先开启与计算机相连接的声发射装置，声发射装置开始向步骤4装夹完成的三根镀层缆索试样发射弹性波；步骤62，应力幅水平设置：应力幅水平数量设置不少于6个，分别为：NL/2、（NL/2±NL/10）、（NL/2±2NL/10）、（NL/2±3NL/10）……；步骤63，疲劳应力加载：疲劳试验机工作，并对步骤4装夹完成的三根镀层缆索试样进行疲劳试验，其中，疲劳试验机的加载波形为正弦波，加载应力比为0.1，应力幅水平选择为NL/2；步骤64，声发射反馈曲线形成：疲劳试验过程中，声发射采集装置通过三个声发射探头，分别采集三根镀层缆索试样的声发射反馈信号，并形成声发射反馈曲线，声发射反馈曲线包括声发射振铃曲线和声发射能量曲线，其中，声发射振铃曲线为声发射采集装置采集的振铃计数或累计计数随时间的变化曲线，声发射能量曲线为声发射采集装置采集的声发射信号的能量值随时间的变化曲线；步骤65，裂纹识别与长度计算：在声发射反馈曲线形成的同时，电子内窥镜将实时对位于耐腐蚀套管内的镀层缆索试样表面进行摄像并传送给计算机，计算机按固定间隔时间进行一次图片拍摄，并对拍摄的图片进行裂纹识别判断及裂纹长度计算；步骤7，记录裂纹萌生时刻：在步骤64形成的声发射反馈曲线中，当振铃激增，也即声发射信号急剧增加时，所对应的时间点即为镀层的裂纹萌生时刻；步骤8，裂纹扩展试验：当步骤7记录到裂纹萌生时刻后，疲劳试验机继续按照步骤63的方式进行加载试验，直至镀层缆索试样表面出现裂纹饱和为止；裂纹扩展试验中，仍需继续采集并记录三根镀层缆索试样的声发射反馈曲线；当裂纹达到饱和时，所施加的应力循环次数即为该种厚度镀层缆索试样在应力幅为NL/2时的镀层腐蚀疲劳寿命；步骤9，裂纹扩展速率评估：采用如下所述评估方法中的任一种或组合进行裂纹扩展速率的评估：评估方法一，裂纹扩展速率定性评估：对步骤8中记录的声发射反馈曲线中的声发射振铃曲线，通过声发射振铃计数或累计振铃数随时间的疏密变化情况，对裂纹扩展的快慢程度进行定性评估；评估方法二，裂纹扩展速率定量评估一：根据疲劳理论中的Paris公式，裂纹扩展速率即为载荷循环一次的裂纹增长量；评估方法三，裂纹扩展速率定量评估二：对步骤8中记录的声发射反馈曲线中的声发射能量曲线，裂纹扩展速率即为载荷循环一次的声发射能量变化量；步骤10，绘制S‑N曲线：在镀层厚度、加载波形和加载应力比均不变的情况下，按照步骤3至步骤9的方法，对步骤63选择的每种应力幅分别获取裂纹萌生时刻、裂纹扩展速率以及镀层腐蚀疲劳寿命值；并根据所有的应力幅值和镀层腐蚀疲劳寿命值，绘制该种镀层厚度所对应的S‑N曲线；步骤11，最佳镀层厚度寻找：将步骤1中的另外四种不同镀层厚度的镀层缆索试样各取若干根，对每种镀层厚度的镀层缆索试样分别按照步骤3至步骤10的方法进行操作，并分别记录每种镀层厚度在各个应力幅水平时所对应的裂纹萌生时刻、裂纹扩展速率和S‑N曲线，将五种不同镀层厚度所对应的裂纹萌生时刻、裂纹扩展速率和S‑N曲线进行比较，获取每种应力幅水平下所对应的最佳镀层厚度。