薄兩段的厚度幾何尺寸，計(jì)算試樣厚度隨時間的變化。
[0048]根據(jù)圖1所示，給變截面的試樣兩端連接電流電極1，在試樣的厚壁c和薄壁d段各分別安裝參比電極2和直流電壓降(Direct Current Potential Drop，簡稱“DCPD”)電極3共兩對電極。其中直流電流電極I 一般焊接在試樣端部的中心部位，參比信號和DCPD信號線分別在試樣的厚壁段和薄壁段按照圖1所示對稱布置，每對電極中的極間間距相同，但具體位置根據(jù)試樣的實(shí)際尺寸確定，一般距離邊緣0.1?0.2倍的試樣寬度或直徑。在電流電極上加載恒定的直流電流，這樣電流串聯(lián)流過試樣的厚壁和薄壁兩段，即兩段的電流相同，但截面尺寸不同。測量試樣上厚壁和薄壁兩段上的電壓降，得到參比電壓降和DCPD電壓降。
[0049]安裝時，試樣需要與試驗(yàn)裝置或者其它金屬設(shè)備絕緣，最好保證正常工作時試樣與周圍設(shè)備的直流電阻在20kD以上。當(dāng)在線檢測金屬減薄速率時，首先要量出試樣的初始厚壁和薄壁段的壁厚幾何尺寸，如圖1中的a和g，作為初始厚度；然后，當(dāng)?shù)竭_(dá)試驗(yàn)工況或運(yùn)行工況后，設(shè)定好注入電流，記錄厚壁和薄壁兩段上參比信號和DCPD信號的電壓降值，并采用多點(diǎn)平均的方法，獲得上述兩個信號的準(zhǔn)確測量值，分別記錄為試樣的初始參比和 DCPD 電壓降 Vreftltl和 Vacic1
[0050]在試驗(yàn)過程中，或者設(shè)備正常運(yùn)行過程中，試樣的測量面不斷減薄，假設(shè)試樣的厚壁段和薄壁段單面減薄均勻，且減薄速率相同。保持與初始測量時相同的電流，通過多點(diǎn)平均的方法測量參比信號和DCPD信號線上的電壓降，得到過程中VMfjP V ^隨運(yùn)行時間的變化規(guī)律。
[0051]壁厚的計(jì)算采用過程信號與初始信號對比的方法進(jìn)行計(jì)算，反推得到壁厚隨時間變化曲線。
[0052]計(jì)算方法可采用如下:
[0053]首先，將過程電測信號與參比信號相比，獲得無量綱的DCPD信號初始信號Vatl和過程信號和Va:
[0054]Va0= V aoo/VrefooVa= V al/Vrefl； (I)
[0055]然后，假設(shè)在試驗(yàn)時間點(diǎn)t的減薄量為X，試樣上厚薄兩段的電阻率相同，試樣寬度相同，則通過壁厚與無量綱DCPD信號的推導(dǎo)計(jì)算，可得到壁厚減薄與過程中VJP V a(l的關(guān)系:
[0056]X = a(Va/Va0-l)/[(Va/Va0).(a/g)-1].(2)
[0057]將減薄量X與時間做圖，得到x-t曲線。由于在實(shí)驗(yàn)時間內(nèi)，試樣壁厚變化量比較小，因而可以認(rèn)為壁厚變化與時間t呈線性變化關(guān)系，既X = kt。因而可得到擬合直線斜率k即為減薄速率。
[0058]—般情況下，金屬減薄速率較慢，Va/Va(l~ 1，如果a/g>>l，則:
[0059]X ^ g (Va/Va0-1)⑶
[0060]對于圓管或者略復(fù)雜的試樣，如圖2所示，可根據(jù)圖紙，利用有限元分析軟件(例如ANSYS)進(jìn)行電學(xué)模擬計(jì)算，計(jì)算得出電勢分布，選擇合適的電勢測量點(diǎn)。直流電壓降測量點(diǎn)的原則為:測量的結(jié)果數(shù)值盡量大，電流分布盡量均勻。選取好測量點(diǎn)之后，可以根據(jù)測點(diǎn)計(jì)算出壁厚減薄與DCro信號的關(guān)系，建立減薄量與測量(無量綱)數(shù)據(jù)關(guān)系曲線，在測量過程中，根據(jù)關(guān)系曲線通過插值獲得測量值與減薄量的關(guān)系。
[0061]獲得減薄量與時間關(guān)系曲線后，通過線性擬合，最后計(jì)算減薄速率k。
[0062]在加載恒定電流后，電勢測點(diǎn)兩端的電流近似均勻，根據(jù)歐姆定律得到電勢測點(diǎn)之間管狀試樣的電阻值R = U/I (U是電勢測點(diǎn)間的電勢差，I為加載的恒定電流)。具有規(guī)則形狀的均勻材料的電阻值可以通過R= pL/S(p為材料在所處環(huán)境下的電阻率，跟環(huán)境溫度等有關(guān)山為電勢測點(diǎn)間的水平距離4為管狀試樣的橫截面積)得到。因此，測量得到的電勢差U= IpL/S，其中1、L為常數(shù)，P在具體的環(huán)境中由材料性質(zhì)決定。因此，通過測量電勢差就可以反映出厚度的變化，實(shí)現(xiàn)在線測量。
[0063]以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種在線檢測金屬減薄速率的試樣，其特征在于，所述試樣具有壁厚不同的兩段，其中壁厚較厚的厚壁段作為參比段，壁厚較薄的薄壁段作為測試段，直流恒流電通過直流電流電極串聯(lián)通入試樣的厚壁段和薄壁段，在厚壁段和薄壁段上分別安裝參比電極和直流電壓降電極，分別測量兩段上的電壓降，并結(jié)合厚度幾何尺寸，得到試樣厚度隨時間的變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線檢測金屬減薄速率的試樣，其特征在于，所述試樣呈片狀，其底面為試驗(yàn)面，焊接電極面為測量面，或者，所述試樣呈管狀，其內(nèi)壁為試驗(yàn)面，外壁為測量面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線檢測金屬減薄速率的試樣，其特征在于，所述直流電流電極焊接在試樣端部的中心部位，參比電極和直流電壓降電極分別在試樣的厚壁段和薄壁段上對稱布置，每對電極中的兩個極間距相同或不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在線檢測金屬減薄速率的試樣，其特征在于，所述參比電極和直流電壓降電極位置分別位于其所在的厚壁段和薄壁段的對角線上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在線檢測金屬減薄速率的試樣，其特征在于，所述參比電極和直流電壓降電極位置距離邊緣0.1?0.2倍的試樣寬度或直徑。
6.一種在線檢測金屬減薄速率的方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1所述的試樣完成，包括步驟如下: 1)、將試樣與其周圍設(shè)備絕緣放置； 2)、量出試樣的初始厚壁段和薄壁段的壁厚幾何尺寸a和g，作為初始厚度； 3)、當(dāng)?shù)竭_(dá)試驗(yàn)工況或運(yùn)行工況后，設(shè)定好注入電流，記錄厚壁段和薄壁段上的參比信號和直流電壓降信號的電壓降值； 4)、采用多點(diǎn)平均的方法，獲得上述兩個信號的準(zhǔn)確測量值，分別記錄為試樣的初始參比信號和直流電壓降信號1_和V 5)、在試驗(yàn)或者設(shè)備正常運(yùn)行過程中，試樣的測量面不斷減薄，假設(shè)試樣的厚壁段和薄壁段單面減薄均勻，且減薄速率相同，保持與初始測量時相同的電流，通過多點(diǎn)平均的方法測量參比信號和直流電壓降信號線上的電壓降，得到試驗(yàn)過程中Vrefl和Val隨運(yùn)行時間的變化規(guī)律； 6)、壁厚的計(jì)算采用過程信號與初始信號對比的方法進(jìn)行計(jì)算，反推得到壁厚隨時間變化曲線，得到減薄速率k。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的在線檢測金屬減薄速率的方法，其特征在于，所述試樣為片狀時，所述步驟6)的計(jì)算方法如下: 首先，將過程電測信號與參比信號相比，獲得無量綱的DCro信號初始信號Vatl和過程信號和Va:va0=va00/v refOO Va=V a!/Vref I; (I) 然后，假設(shè)在試驗(yàn)時間點(diǎn)t的減薄量為X，試樣上厚薄兩段的電阻率相同，試樣寬度相同，則通過壁厚與無量綱DCPD信號的推導(dǎo)計(jì)算，得到壁厚減薄與過程中VJP Vatl的關(guān)系:X = a (Va/Va0-1)/[(Va/Va0).(a/g)-l], (2) 將減薄量X與時間做圖，得到x_t曲線，由于在實(shí)驗(yàn)時間內(nèi)，試樣壁厚變化量較小，壁厚變化與時間t呈線性變化關(guān)系，即X = kt，因而得到擬合直線斜率k即為減薄速率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的在線檢測金屬減薄速率的方法，其特征在于，在金屬減薄速率較慢時，Va/Va0^ 1，如果a/g?l，則減薄量X: X ^ g (VaAa0-1) (3)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的在線檢測金屬減薄速率的方法，其特征在于，所述試樣為管狀時，所述步驟6)是利用有限元分析軟件進(jìn)行電學(xué)模擬計(jì)算，得出電勢分布，選擇合適的電勢測量點(diǎn)，選取好測量點(diǎn)之后，根據(jù)測點(diǎn)計(jì)算出壁厚減薄與直流電壓降信號的關(guān)系，建立減薄量與測量數(shù)據(jù)關(guān)系曲線，在測量過程中，根據(jù)關(guān)系曲線通過插值算法獲得測量值與減薄量的關(guān)系，再通過線性擬合，計(jì)算出減薄速率k。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的在線檢測金屬減薄速率的方法，其特征在于，在加載恒定電流后，電勢測點(diǎn)兩端的電流近似均勻，根據(jù)歐姆定律得到電勢測點(diǎn)之間管狀試樣的電阻值R=U/I，u是電勢測點(diǎn)間的電勢差，I為加載的恒定電流，具有規(guī)則形狀的均勻材料的電阻值通過R= PL/S得到，P為材料在所處環(huán)境下的電阻率，跟環(huán)境溫度等有關(guān)；L為電勢測點(diǎn)間的水平距離4為管狀試樣的橫截面積，因此，測量得到的電勢差U = Ip L/S，其中1、L為常數(shù)，P在具體的環(huán)境中由材料性質(zhì)決定，通過測量電勢差能夠反映出厚度的變化，實(shí)現(xiàn)在線測量。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種在線檢測金屬減薄速率的試樣及方法，所述試樣具有壁厚不同的兩段，其中壁厚較厚的厚壁段作為參比段，壁厚較薄的薄壁段作為測試段，直流恒流電通過直流電流電極串聯(lián)通入試樣的厚壁段和薄壁段，在厚壁段和薄壁段上分別安裝參比電極和直流電壓降電極，分別測量兩段上的電壓降，通過記錄試樣上兩厚度段上初始電壓降和運(yùn)行過程中的電壓降對比，計(jì)算得出無量綱的電壓降信號，根據(jù)兩個厚度上的電壓降無量綱參數(shù)和試樣上厚薄兩段的厚度幾何尺寸，計(jì)算試樣厚度隨時間的變化。本發(fā)明不僅在低溫低壓環(huán)境可以使用，在高溫高壓等環(huán)境下也可實(shí)現(xiàn)金屬材料的在線減薄速率測量，提高測試精度。
【IPC分類】G01N3-56, G01B7-06, G01N1-28
【公開號】CN104568629
【申請?zhí)枴緾N201410820618
【發(fā)明人】張樂福, 賴平
【申請人】上海交通大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月19日