應(yīng)力集中和腐蝕檢測(cè)實(shí)習(xí)

1、創(chuàng)新實(shí)習(xí)報(bào)告題目名稱(chēng)應(yīng)力集中檢測(cè)與腐蝕檢測(cè)實(shí)習(xí)學(xué) 院（系）機(jī)械工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)材料成型及控制工程班學(xué)生姓名指導(dǎo)教師日期2017年1月2號(hào) 至2017年 1 月 19 號(hào)應(yīng)力集中與腐蝕檢測(cè)實(shí)習(xí)目錄應(yīng)力集中實(shí)習(xí)1應(yīng)力集中的概念 .32何種結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中 .33應(yīng)力集中的測(cè)試方法 .34磁記憶應(yīng)力集中測(cè)試原理與儀器.44.1磁記憶檢測(cè)原理 .44.2 磁記憶應(yīng)力集中測(cè)試的儀器構(gòu)造.54.2.1壓電雙晶片探頭 .54.2.2霍爾傳感器 .65測(cè)試方法創(chuàng)新.85.1磁場(chǎng)線(xiàn)圈方法 .85.2磁場(chǎng)傳感器方法 .86測(cè)試結(jié)果分析.107應(yīng)力集中測(cè)試探頭設(shè)計(jì) .11腐蝕檢測(cè)實(shí)習(xí)1腐蝕的概念 .122何種結(jié)

2、構(gòu)容易產(chǎn)生腐蝕 .133腐蝕的檢測(cè)方法 .133.1漏磁通法 .133.2超聲波法 .143.3金屬腐機(jī)械井徑法 .143.4電磁法 .144.金屬腐蝕測(cè)試原理與儀器 .154.1超聲檢測(cè)的原理 .154.2超聲探傷儀器 .175.測(cè)試結(jié)果分析 .17第 2 頁(yè)共 19頁(yè)應(yīng)力集中與腐蝕檢測(cè)實(shí)習(xí)應(yīng)力集中應(yīng)力集中的概念彈性力學(xué)中的一類(lèi)問(wèn)題，指物體中應(yīng)力局部增高的現(xiàn)象，一般出現(xiàn)在物體形狀急劇變化的地方，如缺口、孔洞、溝槽以及有剛性約束處。應(yīng)力集中能使物體產(chǎn)生疲勞裂紋，也能使脆性材料制成的零件發(fā)生靜載斷裂。在應(yīng)力集中處，應(yīng)力的最大值（峰值應(yīng)力）與物體的幾何形狀和加載方式等因素有關(guān)。 局部增高的應(yīng)力隨與

3、峰值應(yīng)力點(diǎn)的間距的增加而迅速衰減。 由于峰值應(yīng)力往往超過(guò)屈服極限 （見(jiàn)材料的力學(xué)性能） 而造成應(yīng)力的重新分配， 所以，實(shí)際的峰值應(yīng)力常低于按彈性力學(xué)計(jì)算得到的理論峰值應(yīng)力。何種結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中截面急劇變化的位置，如構(gòu)件中的油孔，鍵槽，缺口，臺(tái)階等。集中力作用的位置，如齒輪輪齒間的接觸點(diǎn)，火車(chē)車(chē)輪與鋼軌的接觸點(diǎn)。材料本身不連續(xù)的位置，如材料中的夾渣，氣孔。構(gòu)件由于裝配，焊接，冷加工，磨削而產(chǎn)生的裂紋。構(gòu)件在制造或裝配過(guò)程中，由于強(qiáng)拉伸，冷加工，熱處理，焊接等而形成的殘余應(yīng)力，這些殘余應(yīng)力疊加上工作應(yīng)力后，有可能出現(xiàn)較大的應(yīng)力集中。構(gòu)件在加工或運(yùn)輸過(guò)程中的意外撞傷和刮痕。應(yīng)力集中的測(cè)試方法傳統(tǒng)

4、的應(yīng)力測(cè)量方法，如機(jī)械法、光測(cè)法、衍射法等，其優(yōu)勢(shì)在于理論體系完備，檢測(cè)方法成熟， 可以精確測(cè)量構(gòu)件表面的主應(yīng)力大小與方向， 給出應(yīng)力分布圖， 但檢測(cè)周期長(zhǎng)，對(duì)構(gòu)件表面光潔程度要求高，大多采用接觸式測(cè)量方法，操作過(guò)程復(fù)雜。例如，機(jī)械法對(duì)被檢測(cè)對(duì)象有破壞，只能逐點(diǎn)測(cè)量，精度受應(yīng)變片柵長(zhǎng)限制 ；多點(diǎn)測(cè)量時(shí)，需反復(fù)安裝應(yīng)變片，多次調(diào)整檢測(cè)電路 ；光測(cè)法對(duì)光學(xué)元件及光路調(diào)整要求較高，對(duì)被測(cè)件表面質(zhì)量要求也很高， 并且受檢測(cè)設(shè)備的限制， 許多工業(yè)結(jié)構(gòu)無(wú)法安裝光路；對(duì)于內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻的構(gòu)件，制造模型困難，難以應(yīng)用光測(cè)方法分析應(yīng)力。因此，目前這些較為成熟的應(yīng)力定量檢測(cè)方法都很難適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的要求， 在

5、應(yīng)用中可將光測(cè)法與機(jī)械法相結(jié)合， 可顯著提高應(yīng)力測(cè)量精度。 衍射法能對(duì)應(yīng)力進(jìn)行準(zhǔn)確的定量檢測(cè)， 但儀器較大且設(shè)備昂貴， 不適合現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜條件下的應(yīng)力檢測(cè)。 超聲波法和納米壓痕法因其操作的簡(jiǎn)便性， 而具有廣闊的應(yīng)用前景， 但超聲波法只能測(cè)試一第 3 頁(yè)共 19頁(yè)應(yīng)力集中與腐蝕檢測(cè)實(shí)習(xí)定距離內(nèi)的平均應(yīng)力， 無(wú)法對(duì)單點(diǎn)做定量檢測(cè)， 納米壓痕法的理論模型尚不成熟， 還有待做進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。在工業(yè)生產(chǎn)檢驗(yàn)中，目前應(yīng)用最廣泛的無(wú)損檢測(cè)的方法主要有渦流檢測(cè)法、液體滲透法、磁粉檢測(cè)法、射線(xiàn)檢測(cè)法和超聲波檢測(cè)法 , 它們被稱(chēng)作為五大常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法。這些傳統(tǒng)的檢測(cè)方法技術(shù)成熟 , 在質(zhì)量控制、安全保障、事故預(yù)防

6、等方面發(fā)揮了重要作用 , 但仍存在以下一些不足之處 :均是尋找已經(jīng)存在的缺陷 , 不能發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)將要發(fā)生缺陷的部位 , 無(wú)法解決設(shè)備突發(fā)性破壞問(wèn)題；需要對(duì)被檢對(duì)象表面進(jìn)行清理和一些預(yù)處理；一般需要被檢測(cè)對(duì)象停止工作；檢測(cè)易受工件形狀、結(jié)構(gòu)和檢測(cè)人員技術(shù)水平等因素的制約 , 檢測(cè)結(jié)果的可靠性受到影響；檢測(cè)效率低。設(shè)備的零部件和金屬構(gòu)件發(fā)生損壞的主要原因是各種微觀和宏觀機(jī)械應(yīng)力集中。在應(yīng)力集中區(qū)域 , 疲勞、腐蝕和蠕變過(guò)程的發(fā)展尤為劇烈。 因此 , 有效地評(píng)價(jià)應(yīng)力變形狀況 , 特別是導(dǎo)致?lián)p傷的臨界應(yīng)力變形狀況便成為評(píng)價(jià)設(shè)備和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與可靠性的一個(gè)重要依據(jù)。為了及時(shí)準(zhǔn)確地找出最大機(jī)械應(yīng)力變形區(qū)域 ,

7、 就必須開(kāi)發(fā)新的無(wú)損檢測(cè)方法。上世紀(jì)九十年代后期 , 以杜波夫?yàn)榇淼亩砹_斯學(xué)者率先提出了一種嶄新的金屬無(wú)損診斷方法一一金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)。該方法的原理是基于鐵制工件在運(yùn)行時(shí),受工作載荷和地球磁場(chǎng)的共同作用, 在應(yīng)力和變形集中區(qū)域內(nèi)會(huì)發(fā)生具有磁致伸縮性質(zhì)的磁疇組織定向和不可逆的重新取向, 而且這種磁狀態(tài)的不可逆變化在工作載荷消除后不僅會(huì)保留 , 還與最大作用應(yīng)力有關(guān)系。金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)作為一種新興的檢測(cè)手段 , 與其它傳統(tǒng)的檢測(cè)方法相比, 有著其自身所特有的一些優(yōu)點(diǎn), 彌補(bǔ)了傳統(tǒng)無(wú)損檢測(cè)方法的一些不足 :可準(zhǔn)確可靠地探測(cè)出被檢對(duì)象上以應(yīng)力集中區(qū)為特征的危險(xiǎn)部件和部位 , 是迄今為止對(duì)金屬部件

8、進(jìn)行早期診斷的唯一行之有效的無(wú)損檢測(cè)方法；不需要專(zhuān)門(mén)的磁化設(shè)備 , 而是利用地磁場(chǎng)這一天然磁場(chǎng)源對(duì)工件進(jìn)行磁化 , 從而能對(duì)鐵制工件進(jìn)行可靠的檢測(cè)；不需要對(duì)被檢工件的表面進(jìn)行清理或其他預(yù)處理 , 對(duì)工件表面的檢測(cè)可在線(xiàn)進(jìn)行；檢測(cè)重復(fù)性和可靠性好；能實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè) , 提高了檢測(cè)效率。金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)為無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域提供了一種嶄新的無(wú)損探傷手段, 有著很高的實(shí)用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景 , 在其檢測(cè)原理和診斷方法方面還有很多工作需要作進(jìn)一步的探索和完善。第 4 頁(yè)共 19頁(yè)應(yīng)力集中與腐蝕檢測(cè)實(shí)習(xí)磁記憶應(yīng)力集中測(cè)試原理與儀器4.1 磁記憶效應(yīng)機(jī)械零部件和金屬構(gòu)件發(fā)生損壞的一個(gè)重要原因 , 是各種微觀和宏

9、觀機(jī)械應(yīng)力集中 , 在零部件的應(yīng)力集中區(qū)域 , 腐蝕、疲勞和蠕變過(guò)程的發(fā)展最為激烈。 機(jī)械應(yīng)力與鐵磁材料的自磁化現(xiàn)象和殘磁狀況有直接的聯(lián)系 , 在地磁作用的條件下 , 用鐵磁材料制成的機(jī)械零件的缺陷或應(yīng)力集中處會(huì)產(chǎn)生磁導(dǎo)率減小 , 工件表面的漏磁場(chǎng)增大的現(xiàn)象 , 鐵磁性材料這一特性稱(chēng)為磁機(jī)械效應(yīng)。 磁機(jī)械效應(yīng)的存在使鐵磁性金屬工件的表面磁場(chǎng)增強(qiáng) , 同時(shí) , 這增強(qiáng)了的磁場(chǎng) “記憶”著部件的缺陷或應(yīng)力集中的位置 , 這就是所謂的磁記憶效應(yīng)4.2 磁記憶檢測(cè)原理根據(jù)“能量最小原理 ”，鐵磁體在外應(yīng)力作用下為了保持自身能量體系最低， 其內(nèi)部必然會(huì)發(fā)生磁致伸縮性質(zhì)的磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)， 從而改變其自發(fā)磁化方向

10、， 增加磁彈性能來(lái)抵消應(yīng)力能的增加。但是由于金屬內(nèi)部存在內(nèi)耗效應(yīng)（粘彈性，位錯(cuò)內(nèi)耗等） ，使得外應(yīng)力消除后， 加載時(shí)形成的應(yīng)力集中區(qū)得以保留， 且具有很高的應(yīng)力能， 此時(shí)磁疇的重新取向會(huì)保留下來(lái)， 在表面形成畸變的漏磁場(chǎng)。 當(dāng)構(gòu)件被施加拉應(yīng)力時(shí)， 應(yīng)力集中部位產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)可以用帶磁偶極子產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)等效。在應(yīng)力集中部位漏磁場(chǎng)發(fā)生畸變， 磁記憶信號(hào)表現(xiàn)為漏磁場(chǎng)水平分量 Hpx具有最大值，法向分量值 Hpy 改變符號(hào)并過(guò)零點(diǎn)， 其原理如圖 1 所示，因此可以利用應(yīng)力集中區(qū)域磁記憶信號(hào)的這一特點(diǎn)診斷構(gòu)件內(nèi)部以應(yīng)力集中為特點(diǎn)的早期損傷。第 5 頁(yè)共 19頁(yè)應(yīng)力集中與腐蝕檢測(cè)實(shí)習(xí)4.2 磁記憶應(yīng)力集中測(cè)

11、試的儀器構(gòu)造振動(dòng)法測(cè)量法向磁場(chǎng)梯度。4.2.1 壓電雙晶片探頭最早的壓電材料是壓電單晶體， 壓電陶瓷直到 19 世紀(jì) 40 年代才發(fā)現(xiàn)，但由于性能優(yōu)良，制作方便，價(jià)格便宜等，發(fā)展十分迅速。壓電陶瓷的研究和應(yīng)用以逆壓電效應(yīng)為主（在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，當(dāng)去掉外加電場(chǎng)時(shí)，電介質(zhì)的變形隨之消失。 這種將電能轉(zhuǎn)化換為機(jī)械能的現(xiàn)象， 就稱(chēng)為“逆壓電效應(yīng) ”）。壓電雙晶片的基片上下表面都粘有壓電陶瓷片， 當(dāng)在電極施加電壓時(shí)， 利用逆壓電效應(yīng)，兩片壓電陶瓷片的作用相反，一片伸長(zhǎng)時(shí)，另一片縮短，使整個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生彎曲變形。壓電雙晶片采用懸臂梁支撐方式，一端固定，另一端為自由端。當(dāng)施加交流電壓

12、時(shí)，壓電雙晶片就會(huì)發(fā)生與驅(qū)動(dòng)電壓頻率同頻率的振動(dòng)，如圖二所示。給壓電雙晶片加上高壓正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 自由端的位移就隨電壓的變化而變化。 將霍爾傳感器粘貼到自由端并彎曲 90 ，使檢測(cè)時(shí)，霍爾傳感器的半導(dǎo)體薄片平面與試件表面平行。當(dāng)壓電雙晶片振動(dòng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)掃描法測(cè)量磁場(chǎng)，如圖3 所示。第 6 頁(yè)共 19頁(yè)應(yīng)力集中與腐蝕檢測(cè)實(shí)習(xí)4.2.2 霍爾傳感器根據(jù)本課題的要求， 待測(cè)磁記憶信號(hào)是弱磁信號(hào)， 并且傳感器是要固定在壓電雙晶片的自由端，所以選用的傳感器必須符合體積小、成本低、靈敏度高等條件。比較三種常見(jiàn)的磁傳感器 ：線(xiàn)圈、霍爾傳感器、 巨磁阻傳感器。 線(xiàn)圈感知的是磁場(chǎng)變化率，其測(cè)量結(jié)果與檢測(cè)速度直接相

13、關(guān) ；霍爾傳感器與巨磁阻傳感器相比， 其測(cè)量范圍較寬，但其頻率響應(yīng)帶寬較窄， 功耗也較大。 巨磁阻傳感器雖然具有較小的測(cè)量噪聲， 但無(wú)法測(cè)量磁場(chǎng)的方向。 霍爾傳感器的原理是霍爾效應(yīng)。 如圖 4 所示的金屬或半導(dǎo)體薄片，若在它的兩端通以控制電流 I ，并在薄片的垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的磁場(chǎng)。那么，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上 （即霍爾輸出端之間）將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) Uh（霍爾電勢(shì)或稱(chēng)霍爾電壓），這種現(xiàn)象叫霍爾效應(yīng)。第 7 頁(yè)共 19頁(yè)應(yīng)力集中與腐蝕檢測(cè)實(shí)習(xí)基于以上原理，便可以找出具體的應(yīng)力集中部位，對(duì)于所獲得的信息進(jìn)行進(jìn)一步的處理，就可以定量的分析應(yīng)力集中部位的具體問(wèn)題了。如圖 5 所示為金屬

14、磁記憶檢測(cè)儀的原理框圖。主要包括帶屏蔽外殼的振動(dòng)掃描探頭、 正弦波參考信號(hào)發(fā)生電路、 壓電雙晶片驅(qū)動(dòng)電路、電源電路、檢測(cè)信號(hào)預(yù)處理電路、正交矢量鎖相放大電路、微處理器接口轉(zhuǎn)換電路以及以 ARM微處理器為核心的硬件電路等。信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生峰峰值為 2V 的正弦波信號(hào)，經(jīng)過(guò)升壓驅(qū)動(dòng)電路后產(chǎn)生可以驅(qū)動(dòng)探頭振動(dòng)的信號(hào)。 傳感器采集到的磁記憶信號(hào)首先經(jīng)過(guò)預(yù)處理電路， 再通過(guò)兩路相敏檢波電路和電平轉(zhuǎn)化電路送入到微處理器接口并可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?PC 機(jī)處理。磁記憶應(yīng)力集中檢測(cè)儀的硬件電路如圖所示：第 8 頁(yè)共 19頁(yè)應(yīng)力集中與腐蝕檢測(cè)實(shí)習(xí)測(cè)試方法創(chuàng)新由于當(dāng)構(gòu)件被施加拉應(yīng)力時(shí)， 應(yīng)力集中部位產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)可以用帶磁

15、偶極子產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)等效，所以對(duì)于應(yīng)力集中的問(wèn)題也就變成了一個(gè)檢測(cè)漏磁場(chǎng)的問(wèn)題。5.1 磁場(chǎng)線(xiàn)圈方法如上式可知只要人為控制好線(xiàn)圈匝數(shù)， 線(xiàn)圈面積，線(xiàn)圈旋轉(zhuǎn)速度便可以通過(guò)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的變化探知到漏磁場(chǎng)的變化， 但是此方法只能探測(cè)到漏磁場(chǎng)水平方向和豎直方向上的磁場(chǎng)變化， 需要進(jìn)一步數(shù)理分析才能確定應(yīng)力集中的位置并可進(jìn)一步分析出應(yīng)力集中水平。5.2 磁場(chǎng)傳感器方法Hall 效應(yīng)磁場(chǎng)傳感器第 9 頁(yè)共 19頁(yè)應(yīng)力集中與腐蝕檢測(cè)實(shí)習(xí)此方式與第四節(jié)所用的霍爾元器件非常相似， 也都是檢測(cè)霍爾元器件產(chǎn)生的電壓，區(qū)別只是在霍爾元器件另兩側(cè)施加電場(chǎng)。 如今，以此種方式制造的集中應(yīng)力檢測(cè)器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商品化。 除此之

16、外，還有多種元器件可以感知漏磁場(chǎng)的變化， 探測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理，只要能分析出磁場(chǎng)方向的改變，都可以分析出集中應(yīng)力情況。第 10頁(yè)共 19頁(yè)應(yīng)力集中與腐蝕檢測(cè)實(shí)習(xí)測(cè)試結(jié)果分析圖 9：應(yīng)力集中測(cè)試試樣：剪刀第 11頁(yè)共 19頁(yè)應(yīng)力集中與腐蝕檢測(cè)實(shí)習(xí)圖 10：應(yīng)力集中測(cè)試試樣與測(cè)試結(jié)果如圖所示，我使用軟件用的是2 通道， 0.4 的采樣頻率，曲線(xiàn)圖，采集路徑是從左到右，可以看到，剛開(kāi)始時(shí)應(yīng)力集中很平穩(wěn)，值較小，這是因?yàn)檫@一段金屬是一段無(wú)曲折的鋼板。 隨后有一段應(yīng)力變化跟波動(dòng)都非常大的地方，是因?yàn)榧舻兜膬蓚€(gè)剪片重合了，其后，由于刀鋒開(kāi)刃，應(yīng)力集中更加明顯。應(yīng)力集中測(cè)試探頭設(shè)計(jì)第 12頁(yè)共 19頁(yè)應(yīng)力集中與

17、腐蝕檢測(cè)實(shí)習(xí)腐蝕檢測(cè)腐蝕的概念金屬在腐蝕過(guò)程中所發(fā)生的化學(xué)變化，從根本上來(lái)說(shuō)就是金屬單質(zhì)被氧化形成化合物。這種腐蝕過(guò)程一般通過(guò)兩種途徑進(jìn)行：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕：金屬表面與周?chē)橘|(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。電化學(xué)腐蝕：金屬材料（合金或不純的金屬）與電解質(zhì)溶液接觸, 通過(guò)電極反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕。 金屬材料腐蝕的情況多種多樣，常分為以下幾類(lèi)：(1 ）點(diǎn)蝕，點(diǎn)蝕又稱(chēng)坑蝕和小孔腐蝕。點(diǎn)蝕有大有小，一般情況下，點(diǎn)蝕的深度要比其直徑大的多。 點(diǎn)蝕經(jīng)常發(fā)生在表面有鈍化膜或保護(hù)膜的金屬上。由于金屬材料中存在缺陷、雜質(zhì)和溶質(zhì)等的不均一性，當(dāng)介質(zhì)中含有某些活性陰離子（如 Cl ）時(shí)，這些活性陰離子首先被

18、吸附在金屬表面某些點(diǎn)上， 從而使金屬表面鈍化膜發(fā)生破壞。一旦這層鈍化膜被破壞又缺乏自鈍化能力時(shí)，金屬表面就發(fā)生腐蝕。（2）縫隙腐蝕，在電解液中，金屬與金屬或金屬與非金屬表面之間構(gòu)成狹窄的縫隙，縫隙內(nèi)有關(guān)物質(zhì)的移動(dòng)受到了阻滯，形成濃差電池，從而產(chǎn)生局部腐蝕，這種腐蝕被稱(chēng)為縫隙腐蝕。3）腐蝕開(kāi)裂，應(yīng)力腐蝕材料在特定的腐蝕介質(zhì)中和在靜拉伸應(yīng)力（包括外加載荷、熱應(yīng)力、冷加工、熱加工、焊接等所引起的殘余應(yīng)力，以及裂縫銹蝕產(chǎn)物的楔入應(yīng)力等）下，所出現(xiàn)的低于強(qiáng)度極限的脆性開(kāi)裂現(xiàn)象，稱(chēng)為應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。（4）腐蝕疲勞，腐蝕疲勞是在腐蝕介質(zhì)與循環(huán)應(yīng)力的聯(lián)合作用下產(chǎn)生的。 這種由于腐蝕介質(zhì)而引起的抗腐蝕疲勞性能的降

19、低，稱(chēng)為腐蝕疲勞。（5）晶間腐蝕，晶間腐蝕是金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中， 沿著材料的晶粒間界受到腐蝕，使晶粒之間喪失結(jié)合力的一種局部腐蝕破壞現(xiàn)象。（6）均勻腐蝕，均勻腐蝕是指在與環(huán)境接觸的整個(gè)金屬表面上幾乎以相同速度進(jìn)行的腐蝕。在應(yīng)用耐蝕材料時(shí)， 應(yīng)以抗均勻腐蝕作為主要的耐蝕性能依據(jù)，在特殊情況下才考慮某些抗局部腐蝕的性能。（7）磨損腐蝕（沖蝕），由磨損和腐蝕聯(lián)合作用而產(chǎn)生的材料破壞過(guò)程叫磨損腐蝕。磨損腐蝕可發(fā)生在高速流動(dòng)的流體管道及載有懸浮摩擦顆粒流體的泵、 管道等處。有的過(guò)流部件，如高壓減壓閥中的閥瓣（頭）和閥座、離心泵的葉輪、風(fēng)機(jī)中的葉片等，在這些部位腐蝕介質(zhì)的相對(duì)流動(dòng)速度很高， 使鈍化

20、型耐蝕金屬材料表面的鈍化膜，因受到過(guò)分的機(jī)械沖刷作用而不易恢復(fù)， 腐蝕率會(huì)明顯加劇， 如果腐蝕介質(zhì)中存在著固相顆粒，會(huì)大大加劇磨損腐蝕。（8）氫脆，金屬材料特別是鈦材一旦吸氫，就會(huì)析出脆性氫化物，使機(jī)械強(qiáng)度劣化。在腐蝕介質(zhì)中， 金屬因腐蝕反應(yīng)析出的氫以及制造過(guò)程中吸收的氫， 是金屬中氫的主要來(lái)源。 金屬的表面狀態(tài)對(duì)吸氫有明顯的影響， 研究表明，鈦材的研磨表面吸氫量最多，其次為原始表面， 而真空退火和酸洗表面最難吸氫。 鈦材在大氣中氧化處理能有效防止吸氫。第 13頁(yè)共 19頁(yè)應(yīng)力集中與腐蝕檢測(cè)實(shí)習(xí)何種結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生腐蝕（ 1）金屬材料中存在缺陷、雜質(zhì)和溶質(zhì)等的不均一性，當(dāng)介質(zhì)中含有某些活性陰離子時(shí)

21、，這些活性陰離子首先被吸附在金屬表面某些點(diǎn)上， 從而使金屬表面鈍化膜發(fā)生破壞。2）金屬與金屬或金屬與非金屬表面之存在狹窄的縫隙，如法蘭的連接處，墊圈、襯板、纏繞與金屬重疊處縫隙內(nèi)，有關(guān)物質(zhì)的移動(dòng)受到了阻滯，形成濃差電池，從而產(chǎn)生局部腐蝕。3）應(yīng)力腐蝕材料在特定的腐蝕介質(zhì)中和在靜拉伸應(yīng)力（包括外加載荷、熱應(yīng)力、冷加工、熱加工、焊接等所引起的殘余應(yīng)力，以及裂縫銹蝕產(chǎn)物的楔入應(yīng)力等）下，出現(xiàn)的低于強(qiáng)度極限的脆性開(kāi)裂現(xiàn)象。4）腐蝕介質(zhì)與循環(huán)應(yīng)力的同時(shí)存在。5）晶間腐蝕是金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中，沿著材料的晶粒間界受到腐蝕，使晶粒之間喪失結(jié)合力的一種局部腐蝕破壞。6）有磨損和腐蝕聯(lián)合作用。腐蝕的檢測(cè)方

22、法發(fā)生腐蝕后 , 通常表現(xiàn)為金屬表面變薄 , 出現(xiàn)局部的凹坑和麻點(diǎn)。腐蝕檢測(cè)技術(shù)主要是針對(duì)金屬表面變化來(lái)進(jìn)行測(cè)量和分析的。 在不能影響金屬整體結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行腐蝕檢測(cè) , 一般采用漏磁通法、 超聲波法、渦流檢測(cè)法、 激光檢測(cè)法和電視測(cè)量法等。其中 , 激光檢測(cè)法和電視測(cè)量法需和其它方法配合 , 才能得出有效準(zhǔn)確的腐蝕數(shù)據(jù)。 而渦流檢測(cè)法雖然可適用于多種黑色金屬和有色金屬 , 。例如探測(cè)濁孔、裂紋、全面腐蝕和局部腐蝕 , 但渦流對(duì)于鐵磁材料的穿透力很弱 , 只能用來(lái)檢查表面腐蝕。 而且如果在金屬表面的腐蝕產(chǎn)物中有磁性垢層或存在磁性氧化物。 就可能給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)難以避免的誤差。另外 , 由于渦流法

23、的檢測(cè)結(jié)果與被測(cè)金屬的電導(dǎo)率有密切關(guān)系。為了提高測(cè)量精度 , 還要求被測(cè)體系最好保持恒溫。 所以 , 現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外使用較為廣泛的金屬腐蝕檢測(cè)方法是漏磁通法和超聲波檢測(cè)法。3.1 漏磁通法漏磁通法檢測(cè)的基本原理是建立在鐵磁材料的高磁導(dǎo)率這一特性之上 , 金屬腐蝕缺陷處的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)小于鋼管的磁導(dǎo)率 , 金屬在外加磁場(chǎng)作用下被磁化 , 當(dāng)鋼管中無(wú)缺陷時(shí) , 磁力線(xiàn)絕大部分通過(guò)鋼管。此時(shí)磁力線(xiàn)均勻分布 ；當(dāng)金屬內(nèi)部有缺陷時(shí) , 磁力線(xiàn)發(fā)生彎曲 , 并且有一部分磁力線(xiàn)泄漏出鋼管表面。檢測(cè)被磁化鋼管表面逸出的漏磁通 , 就可判斷缺陷是否存在。漏磁通法適用于檢測(cè)中小型管道 , 可以對(duì)各種管壁缺陷進(jìn)行檢驗(yàn) , 檢

24、測(cè)時(shí)無(wú)需耦合劑 , 也不會(huì)發(fā)生漏檢。但漏磁通法只限于材料表面和近表面的檢測(cè), 被測(cè)的金屬不能太厚 , 抗干擾能力差 , 空間分辨力低。另外 , 小而深的管壁缺陷處的第 14頁(yè)共 19頁(yè)應(yīng)力集中與腐蝕檢測(cè)實(shí)習(xí)漏磁信號(hào)要比形狀平滑但很?chē)?yán)重的缺陷處的信號(hào)大得多 , 所以漏磁檢測(cè)數(shù)據(jù)往往需要經(jīng)過(guò)校驗(yàn)才能使用。檢測(cè)過(guò)程中當(dāng)金屬材料材料混有雜質(zhì)時(shí) , 還會(huì)出現(xiàn)虛假數(shù)據(jù)。3.2 超聲波法超聲波檢測(cè)法主要是利用超聲波的脈沖反射原理來(lái)測(cè)量金屬腐蝕后的厚度。檢測(cè)時(shí)將探頭垂直向管道內(nèi)壁發(fā)射超聲脈沖 , 探頭首先接收到由管壁內(nèi)表面的反射脈沖 , 然后超聲探頭又會(huì)接收到來(lái)自管壁外表面的反射脈沖 , 這個(gè)脈沖與內(nèi)表面反射

25、脈沖之間的間距反映了管壁的厚度。 這種檢測(cè)方法是管道腐蝕缺陷深度和位置的直接檢測(cè)方法, 檢測(cè)原理簡(jiǎn)單 , 對(duì)管道材料的敏感性小 , 檢測(cè)時(shí)不受金屬材料雜質(zhì)的影響 , 能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)進(jìn)行精確檢測(cè) , 不受厚度限制 , 還能分辨管道的內(nèi)外壁腐蝕、 管道的變形、應(yīng)力腐蝕破裂和管壁內(nèi)的缺陷 , 如夾渣等。此外 , 超聲波法的檢測(cè)數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單準(zhǔn)確 , 無(wú)需校驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)非常適合作為管道最大允許輸送壓力的計(jì)算 , 為檢測(cè)后確定金屬的使用期限和維修方案提供了極大的方便。 這種方法的不足之處是超聲波在空氣中衰減很快。 檢測(cè)時(shí)一般要有聲波的傳播介質(zhì) , 如油或水等。3.3 金屬腐機(jī)械井徑法在輸油管道的腐蝕檢測(cè)額中還有機(jī)械

26、井徑法測(cè)量法是接觸式測(cè)量，通過(guò)測(cè)量臂與套管內(nèi)壁接觸， 將套管內(nèi)徑變化轉(zhuǎn)為測(cè)量臂徑向位移，再通過(guò)測(cè)量臂的內(nèi)部機(jī)械轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，將得到的徑向位移轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的垂直位移。套管內(nèi)徑的變化將引起連桿滑鍵在可變電阻上的移動(dòng)， 這就將套管內(nèi)徑變化轉(zhuǎn)換成電位信號(hào)，通過(guò)放大由地面儀器記錄轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的井徑值和曲線(xiàn)，利用多條曲線(xiàn)形態(tài)確定套管的腐蝕及其類(lèi)型。機(jī)械井徑儀測(cè)量精度很高， 可以測(cè)量垂直管道的內(nèi)壁腐蝕，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)可以三維成像， 缺點(diǎn)是由于井徑儀器的測(cè)量壁過(guò)多而出現(xiàn)刮砂遇卡現(xiàn)象，尤其是在套管變形部位， 儀器容易遇卡遇阻，如果測(cè)量臂過(guò)少則容易出現(xiàn)漏測(cè)現(xiàn)象，而且這種方法不能識(shí)別外壁腐蝕，對(duì)于異常情況不明顯的井或者對(duì)套損情況

27、深入分析時(shí)，需要結(jié)合其它測(cè)井方法來(lái)來(lái)綜合判斷。3.4 電磁法作為一種重要的無(wú)損檢測(cè)方法，電磁法廣泛應(yīng)用于航空航天、核工業(yè)以及石油等領(lǐng)域。在套管腐蝕檢測(cè)方面， 電磁法屬于非接觸式測(cè)量， 不受套管內(nèi)介質(zhì)、 套管結(jié)垢、管壁附著物的影響， 不但能發(fā)現(xiàn)套管的各種異常， 而且能測(cè)量剩余壁厚。 電磁探傷方法可分為漏磁檢測(cè)法、 常規(guī)渦流檢測(cè)法和遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)。 漏磁檢測(cè)法是利用強(qiáng)磁場(chǎng)將管道磁化，管壁存在缺陷將改變管道中的磁通分布， 導(dǎo)致內(nèi)部磁力線(xiàn)逸出被檢對(duì)象形成漏磁場(chǎng)，再利用霍爾效應(yīng)測(cè)量管壁的磁通密度大小及變化來(lái)檢測(cè)管道的腐蝕和缺陷。常規(guī)渦流法依據(jù)電磁感應(yīng)原理， 利用發(fā)射線(xiàn)圈產(chǎn)生交變的電磁場(chǎng)， 在套管壁上產(chǎn)生環(huán)

28、狀渦流，當(dāng)套管存在腐蝕缺陷時(shí)，因?yàn)槭苋毕莸淖韪?，感生電流流?jīng)途徑發(fā)生變化，第 15頁(yè)共 19頁(yè)應(yīng)力集中與腐蝕檢測(cè)實(shí)習(xí)線(xiàn)圈的等效阻抗也隨之變化， 測(cè)出載流線(xiàn)圈阻抗變化即可得知管道缺陷情況。 該方法可以檢測(cè)大規(guī)模腐蝕、垂直裂縫、孔和多層管道，但是受趨膚效應(yīng)的影響，常規(guī)渦流檢測(cè)技術(shù)難以檢測(cè)出管道外表面的缺陷。 漏磁檢測(cè)法對(duì)與磁通矢量無(wú)正交的缺陷不敏感，而渦流法對(duì)與渦流矢量無(wú)正交的缺陷不敏感。 兩種檢測(cè)方法的不敏感區(qū)域相互正交，聯(lián)合使用可保證檢測(cè)沒(méi)有盲區(qū)。遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)法 與常規(guī)渦流法不同，遠(yuǎn)場(chǎng)渦流法的檢測(cè)線(xiàn)圈不是緊靠著激勵(lì)線(xiàn)圈， 而是在距離激勵(lì)線(xiàn)圈 2倍管內(nèi)徑以外的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。在此遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)中， 隨著兩線(xiàn)圈間

29、距的增大， 場(chǎng)強(qiáng)衰減速度變緩， 出現(xiàn)第二種能量傳遞方式。在遠(yuǎn)場(chǎng)能量傳遞路徑上的內(nèi)外缺陷都能在檢測(cè)線(xiàn)圈中引起信號(hào)幅值和相位的變化，通過(guò)測(cè)量遠(yuǎn)場(chǎng)檢測(cè)線(xiàn)圈中的二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小及相移來(lái)檢測(cè)管道的腐蝕和缺陷。4.金屬腐蝕測(cè)試原理與儀器傳統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)方法包括超聲檢測(cè)、射線(xiàn)檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、禍流檢測(cè)和滲透檢測(cè)等。超聲檢測(cè)是廣泛用于材料無(wú)損檢測(cè)的常用方法， 研究表明， 超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)于裂紋等面積型缺陷的檢出率遠(yuǎn)高于射線(xiàn)檢測(cè)從超聲波被用來(lái)檢測(cè)固體金屬的內(nèi)部缺陷起，超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)己經(jīng)成為一種歷史悠久的材料檢測(cè)手段， 并普遍應(yīng)用于工程實(shí)踐中。常規(guī)超聲檢測(cè)利用的是聲波傳播過(guò)程中遇到缺陷時(shí)波的反射、 散射和對(duì)超

30、聲能量吸收等線(xiàn)性特征進(jìn)行缺陷檢測(cè)和評(píng)價(jià)， 對(duì)與被檢測(cè)介質(zhì)具有明顯的聲阻抗差別的、大的（與波長(zhǎng)相比）體積型缺陷和具有幵放式裂紋的缺陷敏感，能夠解決常規(guī)問(wèn)題。4.1 超聲檢測(cè)的原理超聲波探傷是利用材料及其缺陷的聲學(xué)性能差異對(duì)超聲波傳播波形反射情況和穿透時(shí)間的能量變化來(lái)檢驗(yàn)材料內(nèi)部缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法。脈沖反射法在垂直探傷時(shí)用縱波，在斜射探傷時(shí)用橫波。 脈沖反射法有縱波探傷和橫波探傷。在超聲波儀器示波屏上，以橫坐標(biāo)代表聲波的傳播時(shí)間，以縱坐標(biāo)表示回波信號(hào)幅度。對(duì)于同一均勻介質(zhì)，脈沖波的傳播時(shí)間與聲程成正比。因此可由缺陷回波信號(hào)的出現(xiàn)判斷缺陷的存在；又可由回波信號(hào)出現(xiàn)的位置來(lái)確定缺陷距探測(cè)面的距離，實(shí)現(xiàn)

31、缺陷定位 ；通過(guò)回波幅度來(lái)判斷缺陷的當(dāng)量大小。按聲波類(lèi)型區(qū)分，超聲檢測(cè)可以分為連續(xù)波法和脈沖波法，連續(xù)波法中又分為透射法和諧振法；在脈沖波法中可以分為脈沖反射法和脈沖透射法兩種。下面簡(jiǎn)單介紹兩種較常用的檢測(cè)方法。1）脈沖反射法工作原理：脈沖反射法是利用超聲脈沖波入射到兩種不同介質(zhì)交界面上發(fā)生反射的原理進(jìn)行第 16頁(yè)共 19頁(yè)應(yīng)力集中與腐蝕檢測(cè)實(shí)習(xí)檢測(cè)。采用同一換能器兼作發(fā)射和接收， 接收信號(hào)顯示在熒光屏上。 基本原理和波形如圖 2 所示。 當(dāng)工件中無(wú)缺陷時(shí)， 接收波形如圖 1a 所示，熒光屏上只有始波 T 和底波 B；當(dāng)有小于聲束截面的缺陷時(shí)，有缺陷波 F 出現(xiàn)， F 波在時(shí)基軸上的位置取決于缺陷聲程 Lf ，可由此確定缺陷在試件中的位置。缺陷回波的高度，取決于缺陷的反射面積和方向角的大小， 借此可評(píng)價(jià)缺陷的當(dāng)量大小。 由于缺陷使部分聲能反射， 從而使底波高度下降，如圖 1b 所示；當(dāng)有大于聲束截面的大缺陷時(shí)，全部聲能將被缺陷反射，屆時(shí)將僅有始波和大的缺陷波出現(xiàn)在熒光屏上。完美試樣缺陷試樣2）脈沖透射法工作原理：脈沖透射法是將發(fā)射、接收探頭分別置于被檢試件的兩側(cè)，并使兩個(gè)探頭的聲軸處在同一條直線(xiàn)上， 同時(shí)保證探頭與試件之間有良好的聲耦合， 這樣就可以根據(jù)超聲波穿透試件后的能量變化情況來(lái)判斷試件內(nèi)部質(zhì)量。 當(dāng)試件中無(wú)缺陷時(shí)，熒光屏上顯示