[发明专利]一种基于自然裂纹模型检测自然裂纹形状的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测自然裂纹形状的方法，尤其是涉及一种基于自然裂纹模型检测自然裂纹形状的方法。

背景技术

涡流检测是一种使用很广泛的无损检测技术，它具有检测速度快、对表面缺陷反应灵敏等优异性能。目前，涡流检测法已在蒸汽发生器管道、核电站热交换管道等许多关键设备的在役检测中发挥着重要的作用。随着对设备结构安全要求的进一步加强，在评估裂纹扩展趋势及其严重程度时，需要从涡流检测信号中获取裂纹的位置和形状信息，这就必需首先有精确的裂纹模型。

实际检测中发现的主要裂纹类型有应力腐蚀裂纹与疲劳裂纹，由于两种裂纹在材料表面开口形状差别不大，所以很难从裂纹的表面区分这两种裂纹。但由于二者产生和发展的机理不同，所以在微观结构上差别很大。疲劳裂纹在它的横截面上通常显示出近似直线的形状；而应力腐蚀裂纹在裂纹分支表面之间间距较小，且在同一个裂纹深度有多个裂纹分支存在，表现出一种体积型结构。另外，从两种裂纹的导电特性来看，由于疲劳裂纹面之间的分离很明显且少有分支，所以裂纹面之间有空气阻隔使得裂纹面之间不导电，因此涡电流不能流过疲劳裂纹。但由于应力腐蚀裂纹表面之间存在很多搭接，使得裂纹区域有一定导电性。因此两种裂纹特性不同，它们的裂纹模型也有所不同。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种接近真实的裂纹长度、误差小的基于自然裂纹模型检测自然裂纹形状的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于自然裂纹模型检测自然裂纹形状的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

11)建立自然裂纹样本形状与检测信号数据库；

12)利用步骤11)中建立的自然裂纹样本形状与检测信号训练神经网络；

13)建立待检测自然裂纹的估计模型，并改进待检测自然裂纹的估计模型使其接近真实裂纹形状；

14)从步骤13)中得到的自然裂纹模型中相应点信息获得真实自然裂纹的形状。

所述步骤11)中的建立自然裂纹样本形状与检测信号数据库方法如下：

21)模拟自然环境制作自然裂纹试样；

22)对自然裂纹试样首先进行涡流检测并采集信号，然后进行破坏性检测，沿垂直裂纹方向对自然裂纹试样进行等间隔切割，获得多个自然裂纹试样真实形状剖面的裂纹真实形状，并获得自然裂纹试样的真实总长度；

23)根据自然裂纹试样的真实总长度以及在该真实总长度上获得的全部自然裂纹试样真实形状剖面上的裂纹真实形状，确定自然裂纹模型上采样点的水平位置和深度，并由自然裂纹试样的真实总长度确定自然裂纹两端的位置，将采样点用直线顺序连接起来构成该自然裂纹试样的真实形状并得到检测信号数据库。

所述步骤21)中自然裂纹试样的数量可以为50-1000个；所述步骤22)中对自然裂纹试样进行等间隔切割的间隔距离可以为0.5mm-3mm；所述步骤22)的多个自然裂纹试样真实形状剖面可以为10-100个自然裂纹试样真实形状剖面。

所述步骤13)中建立的待检测自然裂纹的估计模型为疲劳裂纹模型，忽略该模型中疲劳裂纹模型宽度，在二维平面上考虑裂纹模型长度和不同位置的裂纹模型深度。

所述步骤13)中建立的待检测自然裂纹的估计模型为应力腐蚀裂纹模型，在三维平面上考虑该模型中应力腐蚀裂纹模型长度、裂纹模型宽度和不同位置的裂纹模型深度。

所述的裂纹模型宽度用与真实裂纹在涡电流通过效果上相同且电导率小于基体材料的体积型金属的宽度来近似。

所述裂纹模型深度的确定方法如下：

71)根据精度要求将自然裂纹区域在长度和深度方向划分成50-5000个矩形单元；

72)根据探头沿自然裂纹方向扫描时信号采样点的间距，确定自然裂纹模型各个深度点在水平方向的间距；

73)根据每个采样点的信号重构该点深度，然后在自然裂纹模型上根据水平位置和深度坐标标出该点；

74)将所有采样点在自然裂纹模型中标出后，将各个采样点依次用直线连接，构成了自然裂纹模型的近似深度的形状。

所述的步骤13)中改进待检测自然裂纹的估计模型使其接近真实裂纹形状包括以下步骤：

81)设置自然裂纹模型的初始估计值；

82)将获得的初始估计值经神经网络计算得到自然裂纹模型的预测信号A；

83)对待检测自然裂纹进行测量，得到待检测自然裂纹的测量信号B；