[发明专利]基于四端子实验信号和数值仿真的局域电导率测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及固态材料电导率测定的技术领域，具体涉及一种基于四端子实验信号和数值仿真的局域电导率测定方法。

背景技术

在核电结构中，广泛采用奥氏体不锈钢和高镍合金等应力腐蚀感受性材料，这些机械构件普遍存在加工装配产生的残余拉伸应力和运行中工作拉应力，同时又处在轻水腐蚀环境中，因此应力腐蚀裂纹的存在不可避免。应力腐蚀裂纹常导致不锈钢容器、管道等构件在较低应力、没有明显宏观变形的情况下出现渗漏甚至断裂，隐蔽性强，危害性大，对核电站等大型机械结构的正常运行和人员安全构成严重威胁，各国核电标准都要求对核电关键结构的应力腐蚀裂纹进行定期无损检测以确保结构完整性。

为了减小应力腐蚀裂纹导致的核电设备利用率低，在保证结构安全的前提下减少维修时间和次数，各国均导入了核电设备维护技术标准，允许含裂纹系统经评价安全时继续运行。核电设备维护技术标准主要包括缺陷检测、进展评价和维修方法三个部分，其中定量无损检测是检测的主要内容，也是裂纹进展评价的前提。核电设备应力腐蚀裂纹的定量无损检测主要采用超声检测(UT)方法。由于不锈钢焊部柱状晶各向异性和表面回波效应，超声方法对焊接部位和浅应力腐蚀裂纹的定量检测存在不足。考虑到材料电导率特性较少依赖焊部各向异性且涡电流存在趋肤效应，涡流检测方法(ECT)对焊部应力腐蚀裂纹的 定量检测具有独特优势，在核电设备应力腐蚀裂纹定量无损检测中已成为超声方法的有力补充。但由于应力腐蚀裂纹不同于一般的人工裂纹，存在着弱于基体材料的部分导电性，然而到目前为止，其导电率测定方法尚不成熟，电导率分布特性尚不明确，严重影响了涡流检测定量精度的提高。目前的四端子电导率测定方法，仅限于测量无限大试件，即试件厚度与探针间距之比L/s＝∞，无法准确的测量厚度与探针间距相当的试样的电导率。

鉴于此，本发明提出了利用四端子直流电位实验测定结果和数值仿真信号对比分析的新方法，可以实现应力腐蚀裂纹电导率分布的测定。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于四端子实验信号和数值仿真的局域电导率测定方法，能够完成对固体材料应力裂纹电导率分布的测定，具有操作简单，易实现，数据量小的优点，可广泛用于核电等机械结构中应力腐蚀裂纹电导率的定量评估。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于四端子实验信号和数值仿真的局域电导率测定方法，包括如下步骤：

步骤1：基于四端子方法实验测量应力裂纹不同深度处的电位差/电流的比值R，具体步骤如下：

1)将待测应力腐蚀裂纹试件表面进行打磨处理以使四端子探针的四个端子与试件表面良好有效的接触，将打磨处理后的试件放置在扫描台上，将四端子探针安装在扫描台上，并确定试件待测区域；

2)步骤1)中所述的四端子探针的外侧两个电极端子为电流的加载端子，内侧两个电极端子为电位差的测量端子，在检测实验时，将四端子探针置于试 件待测区域并沿着设定的采样线进行扫描实验，采样线与裂纹长度方向垂直，在每个测量点处均要确保探针的四个端子都与试件良好接触，在探针外侧的两个电极端子上施加一恒定电流，在中间两个电极端子间就会产生电位差，在每个扫描点处，通过四端子电阻率检测仪读取电位差与施加电流的比值，在此将其称之为电阻R＝V_BC/I₀；

3)提取每条采样线上的电阻最大值R_i，即裂纹处的R_i值并求取平均值将该平均值作为与下面仿真结果进行对比分析的表面层最终实验测定信号

4)将试件的表面层测量结束后，将试件表层沿裂纹深度方向多次机械打磨掉预设厚度，然后采用上述步骤1)-3)的方法分别进行多次实验检测，获得距离裂纹表面不同深度裂纹处的每条采样线上的电阻最大值R_i，即裂纹处的R_i值并求取平均值将该平均值作为与下面仿真结果进行对比分析的不同深度层最终实验测定信号

步骤2：基于数值模拟结果和实验测定信号综合比对分析的不同裂纹深度的电导率评估，具体步骤如下：

1)根据实际的应力腐蚀裂纹试件，采用有限元软件，先建立尺寸一致的数值仿真模型，然后划分网格进行有限元离散，保证步骤1中的每个实验点都对应为数值模型中的一个节点，以便于电流的加载和电位差的数值计算；