与真实裂纹形态一致的人工应力腐蚀裂纹制备新方法与流程

本发明涉及应力腐蚀裂纹模拟试件的制备领域，具体涉及一种与真实裂纹形态一致的人工应力腐蚀裂纹制备新方法。

背景技术：

核电站中广泛采用对应力腐蚀敏感的奥氏体不锈钢材料，而且核电结构中拉应力和腐蚀环境的存在，使应力腐蚀裂纹广泛的存在于核电站的关键部位，如炉芯隔筒、再循环管和主冷却管焊接部位等。应力腐蚀裂纹的存在对核电结构的安全运行产生了巨大的威胁，另外考虑到经济效益，需要对裂纹的大小进行评测，因此对应力腐蚀裂纹的定量无损检测无比重要。目前，国际上提出检测能力认证制度，针对特定的检测目标对检测仪器系统和检测人员进行一体化认证。我国也在积极探讨引入针对应力腐蚀裂纹定量无损检测的检测能力认证制度，然而其技术关键之一就必须拥有大量典型的应力腐蚀裂纹试件。应力腐蚀裂纹不同于其他裂纹，其开裂过程非常复杂，而且其裂纹区域具有弱于基体材料的部分电导率，现存的人工制作方法不仅耗时费力花销大，而且难以控制裂纹的大小，更无法实现具有电导率裂纹的人工制备。综上所述，开发尺寸可控、裂纹区域具有电导率的应力腐蚀裂纹试件制备方法，对应力腐蚀裂纹定量无损检测能力认证制度体系具有重要的实用价值。

鉴于此，本发明提出了与真实裂纹形态一致的人工应力腐蚀裂纹制备新方法，可以实现对已知裂纹大小、形状和电导率的裂纹进行大量复制，制备的应力腐蚀裂纹试件可以用于涡流定量无损评价能力认证制度中。

技术实现要素：

为了解决上述现有的人工应力腐蚀裂纹试件制备困难、所制备裂纹的大小不可控和裂纹区域电导率未知的问题，本发明的目的在于提供一种与真实裂纹形态一致的人工应力腐蚀裂纹制备新方法，可以对已知裂纹大小和电导率的应力腐蚀裂纹进行大量复制，该方法具有操作简单，易实现，花费少，模拟裂纹大小和电导率已知的优点，可广泛应用于应力腐蚀裂纹定量无损检测能力认证体系中。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

与真实裂纹形态一致的人工应力腐蚀裂纹制备新方法，包括如下步骤：

步骤1：真实应力腐蚀裂纹形态测定，具体步骤如下：

1)对真实应力腐蚀裂纹试件进行机械加工，切除不包含裂纹的部分，方便用工业ct进行扫描成像；

2)将步骤1)加工的真实应力腐蚀裂纹试件利用工业ct进行三维扫描成像，获得应力腐蚀裂纹形态图并导出；

步骤2：基于3d打印技术的人工应力腐蚀裂纹制备，具体步骤如下：

1)选取不锈钢粉末，并将不锈钢粉末薄层铺放于基体平板上，利用激光加热使不锈钢粉末融化，从而形成一个薄试件横截面；

2)按照真实应力腐蚀裂纹形态，设置每次铺放不锈钢粉末的形状，重复步骤2步骤1)的操作，直至制备试件的大小达到设计尺寸；

3)对步骤2步骤2)制备完成的试件表面进行打磨处理，使表面粗糙度与常规不锈钢构件的粗糙度一致，即获得了基于3d打印技术制备的与真实裂纹形态一致的应力腐蚀裂纹试件。

步骤2的1)中所述的不锈钢粉末粒径为1-5μm。

步骤2的1)中所述的薄试件横截面的厚度为10-20μm。

和现有技术相比，本发明的优点如下：

1)本发明方法可以对已知大小、电导率的真实应力腐蚀裂纹进行大量复制，本方法具有操作简单，易实现，加工成本低等优点；

2)本发明制备的应力腐蚀裂纹试件具有裂纹大小和电导率与真实应力腐蚀裂纹一致的特点，能广泛用于应力腐蚀裂纹定量无损检测能力认证制度中，具有普遍适用性。

附图说明

图1为本发明利用3d打印技术制备与真实裂纹形态一致的人工应力腐蚀裂纹的流程图。

图2为真实应力腐蚀裂纹试件。

图3为真实应力腐蚀裂纹工业ct三维扫描结果图。

具体实施方式

如图1所示为本发明利用3d打印技术制备与真实裂纹形态一致的人工应力腐蚀裂纹的流程图，首先对真实应力腐蚀裂纹试件进行切割加工，通过工业ct对加工后的应力腐蚀裂纹进行三维扫描成像，获得应力腐蚀裂纹形态图，然后利用3d打印技术加工制备与真实裂纹形态一致的人工应力腐蚀裂纹试件。

下面将结合图2和图3对本发明方法做进一步的详细描述。

步骤1：真实应力腐蚀裂纹形态测定，具体步骤如下：

1)对如图2所示的真实应力腐蚀裂纹试件进行机械加工，切除不包含裂纹的部分，剩下只包含应力腐蚀裂纹的部分，方便用工业ct进行扫描成像；

2)将步骤1)加工的真实应力腐蚀裂纹试件利用xylon工业ct进行三维扫描成像，扫描时采用的射线管为折射管，射线管电压和电流分别为220kv和0.02ma，二维图像的像素大小为5.2μm，对于三维图像像素大小则为10.5μm，放大倍数为20.49倍，积分时间设置为1000ms，图像重构选取720张二维图像，探测器像素矩阵为1020×1020，获得应力腐蚀裂纹形态图并导出，如图3所示，裂纹宽度最大为25μm。

步骤2：基于3d打印技术的人工应力腐蚀裂纹制备，具体步骤如下：

1)根据真实应力腐蚀裂纹大小选取合适的不锈钢粉末，选用的不锈钢粉末粒径为5μm，将不锈钢粉末薄层铺放于基体平板上，利用激光强度为200w的激光对不锈钢粉末薄层进行加热使其融化，冷却后即可形成一个厚度约为15μm的试件横截面；

2)按照如图3所示的真实应力腐蚀裂纹形态，设置每次铺放不锈钢粉末的形状，重复步骤2步骤1)的操作，直至制备试件的大小达到设计尺寸；

3)对步骤2步骤2)制备完成的试件表面进行打磨处理，使表面粗糙度为ra＝0.04μm，与常规不锈钢构件表面粗糙度相一致，即获得了基于3d打印技术制备的与真实裂纹形态一致的应力腐蚀裂纹试件。

需要说明的是：在步骤2步骤1)加工制备过程中，对不锈钢粉末选取要根据具体的实际要求和真实应力腐蚀裂纹大小选用不同牌号、直径的不锈钢粉末。

技术特征：

技术总结
与真实裂纹形态一致的人工应力腐蚀裂纹制备新方法，首先利用工业CT对真实应力腐蚀裂纹试块进行扫描成像，获得应力腐蚀裂纹形态图，利用该应力腐蚀裂纹形态图，结合3D打印技术，直接3D打印获得与真实应力腐蚀裂纹形态一致的人工应力腐蚀裂纹；本发明方法制备的试件可以对实际结构中自然应力腐蚀裂纹进行可重复加工和制备，具有裂纹形貌与真实裂纹一致、可大批量制备的优点，能够广泛应用于应力腐蚀裂纹涡流定量无损检测方法的检测能力认证制度中。

技术研发人员：蔡文路;陈振茂;邱金星;李萌;姜北燕;马建国
受保护的技术使用者：西安交通大学;淮南新能源研究中心
技术研发日：2018.11.30
技术公布日：2019.04.05