[发明专利]检测关于金属的主体的壁厚的、随时间变化的热机械应力和/或应力梯度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种方法，其用于检测关于金属的主体(特别是管道)的壁厚的、随时间变化的热机械应力和/或应力梯度，其中在主体外表面的至少一个测量点上对表面温度进行测量，由此确定在内表面与外表面之间的温度曲线。

特别是在核电站、常规电站和太阳热能发电厂、化工厂或者风力发电厂的管道上，检测随时间变化的热机械应力和/或应力梯度的意义重大，因为从应力或应力梯度的时间变化，也称之为应力时间序列，可推断出相应元件的疲劳状态。但最大应力，其关于元件的老化，通常出现在管道或所连接的元件的内表面上，例如由于管道中流动的介质快速的温度变化所导致，从而使得直接测量在技术上是不可能的或只有通过不成比例的巨大成本才可行。

背景技术

例如从J.Rudolph等人在2012年3月21日在由韩国科学技术研究院(KAIST)核电和量子工程系的Dr.Soon Heung Chang编辑且出版商为InTech的《Nuclear Power Plants(核电站)》中第293至316页发表的“AREVA Fatigue Concept–A Three Stage Approach to the Fatigue Assessment of Power Plant Components(AREVA疲劳概念–电站部件疲劳评定的三阶段法)”一文中已知的是，对管道或其它主体的疲劳现象进行监控，通过测量管道外表面上的表面温度推断出所要求组件中的应力时间序列。在这种情况下，通过有限元法根据表面温度的测量计算出局部应力。

但是通过此类技术，因测量原理方面的原因不能对某些快速的应变结果进行检测且从而不能对其进行评估，所述应变结果例如可能会通过管道中冷热流的瞬态混合过程产生，并导致管道内表面上发生高循环的温度变化。然而，此类高频的混合过程在运行过程中，因为低应变振幅的相关发生频率也可导致疲劳应力高甚至是穿透壁的裂缝。

从WO 2011/138027 A1中已知一种用于非破坏性的材料检验的方法，通过所述方法可在产生由应力引起的疲劳损伤方面对工件(所述工件受到高的机械应力和热应力，例如发电厂、化工厂或炼油厂的管道)进行检验。对于此方法，使用了两个按照分离的发射-接收-布置的电磁超声换能器，以便将偏振的超声波发射进工件中，并以脉冲-回波-技术和透射技术来测量超声波的飞行时间和振幅。这种情况下也实施涡流阻抗测量，以便将测量变量与相应的参考数据进行比较。通过与参考数据进行比较，继而可以识别出工件壁的微观结构中的可能变化。但此处所描述的方法不能够检测关于管道的壁厚的、随时间变化的热机械应力梯度。

WO 2004/109222 A2描述了一种用于检测金属的主体，特别是铁路轨道的材料特性的方法，对于所述方法，用电磁超声换能器来进行测量，以确定材料特性，特别是材料的应力、密度或刚度。另外还对测量点的温度进行了测量，以便由于可能的温度效应而对超声测量进行校准。

US 5 570 900 A描述了一种借助电磁超声换能器来确定工件上应力的方法。在该公开内容中主要涉及测量装置的机械结构，超声换能器通过其附着在工件上。

本发明的目的在于，提出一种检测关于金属的主体(特别是管道)的壁厚的、随时间变化的热机械应力和/或应力梯度的方法，通过所述方法也可从外表面检测快速源自主体内部的、关于壁厚的应力变化。

发明内容

所述目的通过权利要求1所述的方法得以实现。该方法的有利实施形式是从属权利要求的内容或者可以从以下说明书或实施例获悉。

在提出的用于检测关于金属的主体的壁厚(关于主体的横截面或关于管道壁的厚度)的、随时间变化的热机械应力和/或应力梯度的方法中组合了两种不同的测量方法。一方面测量了主体外表面上的表面温度，由此确定内表面与外表面之间的温度曲线。另一方面除了用电磁超声换能器进行的测量之外，还在外表面的至少一个测量点上进行测量，以便通过所测定的温度和从中确定的温度曲线根据附加测量来确定关于主体的壁厚的应力和/或应力梯度的时间曲线。在这种情况下，确定应力和/或应力梯度所需的信息在从温度测量中获得的信息与测量数据的组合中获得，所述测量数据用电磁超声换能器获得。应力和/或应力梯度优选通过分析超声飞行时间的、超声振幅的和/或涡流阻抗的测量并结合温度测量来确定。