一种检测金属表面缺陷的电化学无损检测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无损检测技术领域，具体是通过传感电极探头束采集金属表面的电位信号进行绘图得到表面的电位分布图，进而分析试样表面的缺陷分布。
【背景技术】
[0002]无损检测现在已经是一项成熟的技术，主要包括(1)渗透检测(PT)；⑵涡流检测(ET) ；(3)超声波检测(UT) ；(4)射线检测(RT) ；(5)磁记忆检测。每一种检测手段都有它自己的优点和缺点。比如:超声相控阵检测:扫描速度快，精确度较高，可进行全方位扫描，适用于测定内部缺陷和有一定深度的表面缺陷，不仅可测得缺陷位置，还可以测定缺陷的形状、大小。但易受主客观因素影响，对工作表面要求平滑；磁记忆检测:表面、内部缺陷均可检测。检测部位的金属表面不必进行清理和其他预处理，较超声法检测灵敏度高且重复性好，可检测微小缺陷应力集中区，因此，对金属损伤的早期诊断与故障的排除及预防具有较高的敏感性和可靠性。但仅可以检测磁性材料。而且，上述检测手段都是纯物理手段。本文主要想采用一种腐蚀电化学测试方法得到电位分布来检测金属表面缺陷，该手段无需对待测表面进行处理，操作简单，可测试各种形状表面，且与上述物理手段所得结果想吻合。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种检测金属表面缺陷的电化学无损检测装置，其通过检测待测金属试样表面的电位分布，从而判断出表面缺陷的大小、位置。
[0004]本发明的目的在于提供一种检测金属表面疲劳和裂纹等缺陷的新的电化学无损检测方法。此方法通过检测金属表面的电位分布，从而判断出表面缺陷的大小、位置。
[0005]本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
[0006]一种检测金属表面缺陷的电化学无损检测装置，包括待测金属试样，离子导通膜，参比电极，多通道电极探头以及电化学测量装置，所述多通道电极探头设置在所述待测金属试样的上表面，所述多通道电极探头由酚醛树脂和金属电极棒组成，所述金属电极棒呈Μ行Ν列等距的分布在所述酚醛树脂中，所述Μ大于等于5小于等于20，所述Ν大于等于5小于等于20，且在所述多通道电极探头的底端(即探头检测端)和所述待测金属试样的上表面之间设置有所述离子导通膜，所述离子导通膜分别与所述多通道电极探头的底端和所述待测金属试样的上表面紧密接触，所述参比电极设置在所述待测金属试样的上方且与所述离子导通膜紧密接触，所述多通道电极探头的顶端(即信号接头端)、所述参比电极和所述待测金属试样的底面分别通过导线与所述电化学测量装置的工作端、标定参比电极端和接地端相连，所述电化学测量装置内设置有运算放大器或者零电阻电路。
[0007]在上述技术方案中，对于表面形状复杂的检测表面，则电极棒每根分别涂刷酚醛树脂，密封电极棒非工作面，只露出头部工作面，将电极棒束工作面构成适合于测试工件表面形状的曲面束。
[0008]在上述技术方案中，选用饱和甘汞电极作为参比电极。
[0009]在上述技术方案中，所述离子导通膜为能够导通离子，但无法导通电子，例如海绵、木材、滤纸、竹子，优选浸有3.5% NaCl溶液的滤纸作为离子导通膜。
[0010]在上述技术方案中，所述多通道电极探头的金属电极棒材质为Q235型号的碳钢，所述Q235型号的碳钢棒的直径为0.3-0.7mm,优选0.5mm。
[0011]其中，以多通道电极由100根Q235型号的碳钢棒等间距固定在酚醛树脂中为例，金属电极棒呈10行10列，等间隔3mm排列于所述酚醛树脂中，电化学测量装置的信号采集端包括100个信号采集接点。
[0012]多通道电极探头的顶端与电化学测量装置的信号采集端的具体连接方式为:多通道电极探头的100根金属电极棒通过100根导线分别与电化学测量装置的工作端的100个信号采集接点连接。
[0013]电化学测量装置由嵌入其中的单片机控制，根据100根金属电极棒的位置，依次顺序采集100个信号采集点的电位信号。
[0014]本发明的工作过程如下:
[0015]连接好整个装置后，使待测金属试样与电化学测试装置接地端导通，参比电极与电化学测量装置的标定参比电极端导通，通过电化学测量装置内嵌的单片机控制，使多通道电极探头的各个金属电极棒分别在不同时刻与电化学测量装置工作端接通并与待测金属试样成为等电位点，电化学测量装置通过参比电极依次采集电位信号，此时电化学工作站通过参比电极采集的电位信号即为所对应的金属电极棒指向的待测金属试样表面位置的电位，再利用电化学测量装置并对采集的电位信号进行分析处理，输出电位分布图。通过电位分布图坐标能很好的找到电极，从而确定该电极所测试的部位，电极电位低的地方，表示容易充当阳极，为缺陷的可能性大，进而确定试样表面的缺陷。
[0016]一种检测金属表面缺陷的电化学无损检测方法，按照下述步骤进行:
[0017]步骤1:将浸有电解质溶液的离子导通膜置于由酚醛树脂和金属电极棒组成的多通道电极探头与待测金属试样之间，所述离子导通膜分别与所述多通道电极探头的底端和所述待测金属试样的上表面紧密接触，所述金属电极棒通过所述离子导通膜有序的排放在所述待测金属试样上表面，所述金属电极棒呈Μ行N列等距的分布在所述酚醛树脂中，所述Μ大于等于5小于等于20，所述Ν大于等于5小于等于20，参比电极表面处理备用；
[0018]步骤2:所述参比电极与所述离子导通膜紧密接触，采用具有运算放大器或者零电阻电路的所述电化学测量装置采集电位信号，其中所述多通道电极探头与所述电化学测量装置工作端相连，所述参比电极与所述电化学测试装置内设置的参比电极端相连，且所述待测金属试样下表面与所述电化学测试装置接地端相连；连接好整个装置后，使待测金属试样与电化学测试装置接地端导通，参比电极与电化学测量装置的标定参比电极端导通，通过电化学测量装置内嵌的单片机控制，使多通道电极探头的各个金属电极棒分别在不同时刻与电化学测量装置工作端接通并与待测金属试样成为等电位点，电化学测量装置通过参比电极依次采集电位信号，此时电化学工作站通过参比电极采集的电位信号即为所对应的金属电极棒指向的待测金属试样表面位置的电位；
[0019]步骤3:对采集的电位信号进行分析处理，输出电位分布图。在电位分布图中，每一根电极都对应着一个二维坐标，即电位分布图展现呈Μ行Ν列等距分布的金属电极棒阵列所对应的待测金属试样表面的电位分布，，通过电位分布图坐标分辨电极电位低的坐标对应的待测金属试样表面的位置，即为试样表面缺陷；如第一根电极对应着坐标(1，1)，第二根电极对应坐标(1，2),—直到第十根电极对应坐标(1,10);但从第^ 根电极开始横坐标进行改变，对应着坐标(2，1)，同理一直到第二十根电极对应坐标(2，10)，然后横坐标又改变。即每隔十根电极，横坐标改变一次，一直到第100根电极对应(10，10)。电位坐标根据待测样品情况调整，通过电位分布图坐标能很好的找到电极，从而确定该电极所测试的部位，电极电位低的地方，