一种疲劳损伤电化学检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种疲劳损伤电化学检测装置，包括腐蚀电位检测传感器、腐蚀电位检测仪和数据采集机记录系统，腐蚀电位检测传感器包括传感器主体、一个参比电极和若干个检测电极以及用于存储电解液的多孔材料；参比电极和检测电极的尾端与传感器主体之间设有压力弹簧，多孔材料设置在检测电极的前端，多孔材料中充满电解液。同时，本发明专利技术还公开了疲劳损伤电化学检测方法。本发明专利技术首次以电化学腐蚀电位(V)变化程度作为评定疲劳寿命特征参量，通过试验研究确定不同类型金属材料的电化学腐蚀电位(V)与疲劳寿命(N)之间的函数关系，通过本发明专利技术提出的试验装置检测某时刻腐蚀电位变化与特征曲线比较，定量判断疲劳损伤的发展程度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种疲劳损伤电化学检测装置，包括腐蚀电位检测传感器、腐蚀电位检测仪和数据采集机记录系统，腐蚀电位检测传感器包括传感器主体、一个参比电极和若干个检测电极以及用于存储电解液的多孔材料；参比电极和检测电极的尾端与传感器主体之间设有压力弹簧，多孔材料设置在检测电极的前端，多孔材料中充满电解液。同时，本专利技术还公开了疲劳损伤电化学检测方法。本专利技术首次以电化学腐蚀电位(V)变化程度作为评定疲劳寿命特征参量，通过试验研究确定不同类型金属材料的电化学腐蚀电位(V)与疲劳寿命(N)之间的函数关系，通过本专利技术提出的试验装置检测某时刻腐蚀电位变化与特征曲线比较，定量判断疲劳损伤的发展程度。【专利说明】
本专利技术属于一种用于金属材料疲劳损伤及缺陷检测与寿命评估领域，具体是针对在疲劳载荷作用下金属材料及废旧工程机械产品，采用电化学原理方法进行局部疲劳损伤检测与寿命评估。
技术介绍
疲劳断裂是指材料、零件或构件在交变载荷作用下，材料表面局部出现塑性累积损伤、形成微裂纹及裂纹逐渐扩展导致最终破坏的一种失效现象。动载荷作用下金属材料的疲劳断裂是构件破坏的主要失效形式之一。据统计，工程机械零部件60%-90%以上的失效都是疲劳断裂引起的。疲劳断裂理论认为金属材料的疲劳过程失效主要分为三个阶段:疲劳损伤积累及裂纹萌生阶段、疲劳裂纹扩展阶段和快速扩展断裂。其中疲劳损伤积累到形成可以检测的微裂纹阶段属于疲劳裂纹萌生阶段，占整个疲劳寿命的90%以上。研究和开发金属材料的疲劳损伤有效检测和评估方法是工程界普遍关注和迫切需要解决的重要课题。疲劳损伤的检测与评估主要有两类研究内容:一是疲劳损伤及过程的检测技术；二是针对再制造工程中废旧工程机械产品的疲劳损伤检测与评估技术，即在未知工程机械产品的使用工况下，如何开发一种检测方法评估已使用过产品材料的疲劳损伤程度，这对再制造工程中废旧产品毛坯的剩余寿命和再制造性评估具有极为重要意义。目前已开发了许多金属材料的疲劳损伤与缺陷检测与评估方法，如疲劳传感器法、密度法、超声波法、电阻法、红外热成像法和磁记忆法等。疲劳传感器法采用疲劳计粘贴于可能发生疲劳破坏的局部位置，通过疲劳计的损伤过程监测和记录构件疲劳损伤发展过程与程度，该方法已在工程结构的疲劳破坏的诊断与评估中获得应用，但不能用于废旧工程机械产品的疲劳损伤评定。超声法是工业上常用的缺陷监测和评估技术，但该方法主要用于检测疲劳损伤后期形成宏观微裂纹阶段，对于裂纹形成初期的疲劳损伤过程与程度分辨能力很低，因此很难用于疲劳累积损伤的检测。目前金属磁记忆法是用金属材料与废旧工程机械零部件疲劳损伤检测与评估的一种可行方法，但由于设备成本高、加载工况及材料类型等各种复杂因素影响，该方法目前还处于实验室机理研究的初步阶段。
技术实现思路
本专利技术针对金属材料、构件及废旧工程机械产品基于电化学腐蚀原理提出，首次将电化学腐蚀电位变化与疲劳损伤结合起来，通过检测电化学腐蚀电位变化从而实现对金属材料及构件局部疲劳损伤检测与寿命评估。本专利技术首次以电化学腐蚀电位(V)变化程度作为评定疲劳寿命特征参量，通过试验研究确定不同类型金属材料的电化学腐蚀电位(V)与疲劳寿命(N)之间的函数关系，通过本专利技术提出的试验装置检测某时刻腐蚀电位变化与特征曲线比较，定量判断疲劳损伤的发展程度。为了解决上述技术问题，本专利技术一种疲劳损伤电化学检测装置，包括腐蚀电位检测传感器、腐蚀电位检测仪和数据采集机记录系统，所述腐蚀电位检测传感器包括传感器主体、一个参比电极和若干个检测电极以及用于存储电解液的多孔材料；所述参比电极为石墨材料，所述检测电极为紫铜丝，所述参比电极和检测电极的尾端与传感器主体之间设有压力弹簧，所述多孔材料设置在所述检测电极的前端，所述多孔材料中充满电解液。本专利技术疲劳损伤电化学检测方法，包括以下步骤:步骤一、通过标准疲劳试验获得各类被检测金属材料的电化学腐蚀电位与疲劳寿命特征曲线，通过数据处理，去除所得曲线中的干扰与波动，得到标准电化学腐蚀电位与疲劳寿命V-N特征曲线，并作为材料性能存储在疲劳损伤评定数据库中；步骤二、将上述疲劳损伤电化学检测装置中的检测电极的前端与被检测疲劳金属构件待测区域的表面接触，实时检测被检测疲劳金属构件待测区域或记录被检测疲劳金属构件的实际腐蚀电位与时间的关系数据；步骤三、根据步骤二实时检测所得被检测疲劳金属构件的电化学腐蚀电位与疲劳寿命V-N曲线与疲劳损伤评定数据库中的标准电化学腐蚀电位与疲劳寿命V-N特征曲线进行比对，得出被检测疲劳金属构件的疲劳损伤发展状况，并以此为依据对被检测疲劳金属构件的疲劳寿命作出评定。进一步讲，所述被检测疲劳金属构件为废旧金属零部件，实时检测过程中将腐蚀电位传感器在废旧金属零部件的表面上移动，将废旧金属零部件不同部位表面的电化学腐蚀电位与疲劳损伤评定数据库中的标准电化学腐蚀电位与疲劳寿命V-N特征曲线比对，得出该废旧金属零部件不同部位的疲劳损伤程度，以此为依据对该废旧金属零部件的疲劳寿命作出评定。本专利技术中涉及到的被检测疲劳金属构件不只为废旧零件，即被检测疲劳金属构件有两类:1.一类是新的金属构件，记录它的实际腐蚀电位与时间的关系，据此监控此构件的疲劳损伤发展情况；2.另一类为废旧金属零部件，检测它的腐蚀电位，并与标准V-N特征曲线对比，可以得到些废旧零件不同部位的疲劳损伤程度。与目前现有的疲劳损伤检测方法比较，该方法具有以下明显特征:1、本专利技术检测方法即可用于各种交变载荷下构件的疲劳损伤检测，也可用于废旧工程机械产品的疲劳损伤检测与寿命评估，为再制造毛坯寿命评估提供基础。2、本专利技术检测方法检测装置成本低、检测过程稳定、操作简单、能耗低及易于实现自动化评估，结构简单可靠，使用寿命长，可实现对复杂结构疲劳损伤过程及程度的长期检测及疲劳损伤检测与寿命评估。3、与现有的技术相比，本专利技术的另一个重要的有益效果是本技术方法灵敏度高，在构件待测部位疲劳裂纹萌生的初期即可检测到。除此之外本专利技术所涉及的疲劳损伤电化学检测方法应用前景广阔，具有良好的技术转化基础。【专利附图】【附图说明】图1是金属材料典型电化学腐蚀电位(V)与疲劳寿命(N)的特征曲线；其中V。为电化学腐蚀参考电位；N。为疲劳损伤孕育寿命；Nd为疲劳裂纹萌生寿命；Nf为整个疲劳寿命及疲劳断裂寿命；图2是本专利技术疲劳损伤电化学检测方法示意图；图3-1是本专利技术中腐蚀电位检测传感器结构立体图；图3-2是图3-1所示腐蚀电位检测传感器结构端向图；图4是腐蚀电位检测传感器与是被检测疲劳金属构件相互位置示意图；图5是本专利技术实施例中材质为42CrMo钢的被检测疲劳金属构件的V-N特征曲线。图中:1_腐蚀电位检测传感器，2-被检测疲劳金属构件，3-连线，4-腐蚀电位检测仪，5-数据采集及记录系统，11-检测电极，12-参比电极，13-传感器主体。【具体实施方式】下面结合【具体实施方式】对本专利技术作进一步详细地描述。如图2所示，本专利技术一种疲劳损伤电化学检测装置，包括腐蚀电位检测传感器、腐蚀电位检测仪和数据采集机记录系统,所述腐蚀电位检测传感器包括传感器主体13、一个参比电极12和若干个检测电极11以及用于存储电解液的多孔材料；其中，检测电极11的数量及位置没有特定限制，可根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种疲劳损伤电化学检测装置，包括腐蚀电位检测传感器、腐蚀电位检测仪和数据采集机记录系统，其特征在于，所述腐蚀电位检测传感器包括传感器主体（13）、一个参比电极（12）和若干个检测电极（11）以及用于存储电解液的多孔材料；所述参比电极（12）为石墨材料，所述检测电极（11）为紫铜丝，所述参比电极（12）和检测电极（11）的尾端与传感器主体（13）之间设有压力弹簧，所述多孔材料设置在所述检测电极（11）的前端，所述多孔材料中充满电解液。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李冬晓，杨新岐，高志明，张国胜，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：