薛 菲，張宗健，鄭 陽，趙 博，甘 勇

(1.桂林電子科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，廣西桂林 541000;2.中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院 無損檢測(cè)與評(píng)價(jià)國家市場(chǎng)監(jiān)管重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029)

0 引言

腐蝕是工業(yè)設(shè)備在役過程中最常見的問題，在腐蝕的長(zhǎng)期作用下，易形成腐蝕減薄、腐蝕開裂、穿孔等缺陷[1-2]，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備失效，產(chǎn)生安全隱患，造成環(huán)境污染，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至引發(fā)重大的安全事故[3]。由于在役設(shè)備腐蝕是一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展和長(zhǎng)期積累的過程，常規(guī)的定期檢測(cè)方式難以對(duì)設(shè)備腐蝕進(jìn)行連續(xù)、完整地評(píng)估，因此發(fā)展腐蝕在線監(jiān)測(cè)方法獲取設(shè)備本體的腐蝕動(dòng)態(tài)演化數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和事故預(yù)測(cè)、預(yù)防具有非常重要的意義。

想到這里，我說，你既然是自由人，我也還你一個(gè)自由人。我有一個(gè)女朋友，但并沒有婚約，所以咱們做什么都是不受限制的。

為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備腐蝕在線監(jiān)測(cè)，國內(nèi)外學(xué)者們提出了多種方法，主要包括侵入式和非侵入式兩類，其中侵入式監(jiān)測(cè)主要包括金屬掛片法[4]、電阻探針法[5]等，這類方法需要在設(shè)備上開孔，通過特制的法蘭安裝測(cè)試裝置，大多只能監(jiān)測(cè)均勻腐蝕，無法獲取設(shè)備本體的腐蝕信息，且會(huì)破壞設(shè)備的完整性，帶來一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于非侵入式監(jiān)測(cè)而言，應(yīng)用最為廣泛的是超聲波壁厚監(jiān)測(cè)法，目前主要采用壓電超聲探頭結(jié)合波導(dǎo)技術(shù)進(jìn)行設(shè)備本體腐蝕在線監(jiān)測(cè)[6-10]，但該方法需要在被監(jiān)測(cè)設(shè)備上焊接波導(dǎo)桿，會(huì)對(duì)設(shè)備造成一定損傷，且波導(dǎo)桿溫度的變化會(huì)對(duì)超聲波聲速產(chǎn)生較大的影響,進(jìn)而影響腐蝕監(jiān)測(cè)結(jié)果。

電磁超聲檢測(cè)技術(shù)具有非接觸、無需耦合劑、對(duì)檢測(cè)表面要求不高等特點(diǎn)[11-13]，相比于傳統(tǒng)的壓電超聲，在高低溫在線檢測(cè)和不打磨檢測(cè)等方面具有突出的優(yōu)勢(shì)[14]，并且其重復(fù)檢測(cè)穩(wěn)定性和可靠性高，在非侵入長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。為此，本文采用電磁超聲傳感器對(duì)腐蝕進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，研究連續(xù)腐蝕過程中電磁超聲監(jiān)測(cè)信號(hào)的演化規(guī)律；搭建加速腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)不同面積大小的腐蝕進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)研究,分析在動(dòng)態(tài)腐蝕過程中影響電磁超聲監(jiān)測(cè)信號(hào)的因素，進(jìn)一步分析和提取電磁超聲換能器(Electromagnetic Acoustic Transducer，EMAT)在連續(xù)監(jiān)測(cè)過程中的腐蝕特征信號(hào)，以準(zhǔn)確獲取材料的動(dòng)態(tài)腐蝕速率，為工程上實(shí)現(xiàn)電磁超聲腐蝕在線監(jiān)測(cè)建立一定的基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)與方法

1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)

EMAT腐蝕監(jiān)測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)由電磁超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及電化學(xué)腐蝕裝置和試塊組成，如圖1所示。其中，電磁超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由電磁超聲監(jiān)測(cè)儀、EMAT 和計(jì)算機(jī)PC1組成；電化學(xué)腐蝕裝置主要由電化學(xué)工作站、腐蝕溶液、電解池、電極和計(jì)算機(jī)PC2等組成。為了便于腐蝕監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，電解池設(shè)置于試塊上表面指定的待腐蝕區(qū)域，用于盛放腐蝕液；EMAT設(shè)置于試塊下表面位于腐蝕區(qū)域的正下方，用于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)試塊腐蝕狀態(tài)。試驗(yàn)時(shí)，將配置好的腐蝕溶液加入電解池，設(shè)置好各電極，控制電化學(xué)工作站，實(shí)現(xiàn)對(duì)試塊電化學(xué)腐蝕；同時(shí)，電磁超聲監(jiān)測(cè)儀連接EMAT，由PC1控制監(jiān)測(cè)儀實(shí)現(xiàn)超聲波的激勵(lì)和接收，實(shí)現(xiàn)試塊腐蝕動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

目前人們的收入水平大大提升，而且穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)環(huán)境也讓很多家庭的積蓄得到大大地增加，所以年輕人的生活費(fèi)用也因此得以增多。但是多數(shù)人不僅沒有站在更加有利的物質(zhì)環(huán)境下，實(shí)施正確、客觀的經(jīng)濟(jì)行為，反而在很多不合理因素的影響下，做出許多不合理的消費(fèi)行為。既造成了零花錢的浪費(fèi)，久而久之也形成了不正確的消費(fèi)心理。因此，現(xiàn)代年輕人作為我國未來的接班人，更要有正確的消費(fèi)理念，并且具備合理、健康的消費(fèi)方式，從而實(shí)現(xiàn)身心的健康成長(zhǎng)。從經(jīng)濟(jì)影響角度看，年輕人自身的消費(fèi)心理狀況也對(duì)社會(huì)消費(fèi)風(fēng)氣產(chǎn)生了一定影響，所以其自身要對(duì)不健康的消費(fèi)心理加深認(rèn)識(shí)，積極實(shí)行綠色消費(fèi)模式。

圖1 EMAT腐蝕監(jiān)測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)原理Fig.1 Schematic diagram of EMAT corrosion monitoring experimental system

通過對(duì)歌詞內(nèi)容提問，讓學(xué)生在腦子里初步形成感知。通過實(shí)踐體驗(yàn)給每一位體驗(yàn)者大腦皮層留下深刻的印象。在體驗(yàn)中，學(xué)生心靈更加放松，感悟也會(huì)在大腦中越來越清晰。層層遞進(jìn)的問題引得學(xué)生對(duì)主題的感悟一步步深入、明晰。詩歌的跟進(jìn)使班會(huì)達(dá)到了高潮，學(xué)生們內(nèi)心燃起了共鳴，達(dá)到了老師預(yù)期的教育效果！

圖2 EMAT腐蝕監(jiān)測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)

1.2 試驗(yàn)方法

湖北省63種藥品價(jià)格、藥品流通成本現(xiàn)狀調(diào)查與規(guī)范價(jià)格政策研究 ……………………………………… 王 競(jìng)等（8）：1019

圖3 局部腐蝕和均勻腐蝕示意Fig.3 The schematic diagram of local corrosion and uniform corrosion

根據(jù)第1.2節(jié)所述的試驗(yàn)方法對(duì)大面積的均勻腐蝕進(jìn)行了19 h的連續(xù)腐蝕監(jiān)測(cè)，并采集腐蝕監(jiān)測(cè)信號(hào)，圖9為?30 mm腐蝕區(qū)域在不同試驗(yàn)時(shí)刻的監(jiān)測(cè)信號(hào)。對(duì)比不同時(shí)刻的監(jiān)測(cè)信號(hào)可以看出，對(duì)于直徑30 mm的腐蝕區(qū)域而言，EMAT在不同時(shí)刻的監(jiān)測(cè)信號(hào)波形幾乎不變，這是由于該腐蝕區(qū)域面積大于監(jiān)測(cè)EMAT換能面積，相對(duì)于監(jiān)測(cè)EMAT為均勻腐蝕；隨著腐蝕時(shí)間增加，監(jiān)測(cè)回波信號(hào)在時(shí)間軸上逐漸前移，表明腐蝕深度在逐步增加；與此同時(shí)可以觀察到監(jiān)測(cè)信號(hào)的回波幅值在逐步降低，結(jié)合圖7(c)的腐蝕表面狀態(tài)分析可知，隨著腐蝕時(shí)間推移，腐蝕表面產(chǎn)生了大量的麻點(diǎn)，使得EMAT激發(fā)的超聲波在腐蝕表面發(fā)生較為明顯的散射現(xiàn)象，導(dǎo)致腐蝕監(jiān)測(cè)回波幅值逐步降低[17]。

(3)考慮到試驗(yàn)為加速腐蝕試驗(yàn)，因此在連續(xù)監(jiān)測(cè)過程中設(shè)定每隔15 min進(jìn)行一次電磁超聲監(jiān)測(cè)信號(hào)數(shù)據(jù)采集，并且每次重復(fù)采集3組監(jiān)測(cè)信號(hào)，采樣間隔不計(jì)更換腐蝕溶液的時(shí)間。

在設(shè)備服役過程中，腐蝕一般會(huì)經(jīng)歷由小到大、由淺到深的動(dòng)態(tài)發(fā)展過程，并且存在大面積的均勻腐蝕和小面積的局部腐蝕。考慮到試驗(yàn)所采用EMAT具有一定的換能面積，即EMAT的監(jiān)測(cè)范圍是有限的，因此在試驗(yàn)研究過程中，為了對(duì)比研究不同大小腐蝕的電磁超聲監(jiān)測(cè)信號(hào)演化規(guī)律，在試塊上不同位置分別設(shè)置大于和小于EMAT換能面積的腐蝕區(qū)域，對(duì)應(yīng)模擬較大面積的均勻腐蝕和小面積的局部腐蝕，具體而言，較大面積腐蝕區(qū)域直徑為30 mm，較小面積的腐蝕區(qū)域直徑為10 mm，如圖3所示。

(2)在電解池中加入上述pH值為2的NaCl溶液作為腐蝕溶液，開始對(duì)待腐蝕區(qū)域進(jìn)行腐蝕，在連續(xù)腐蝕試驗(yàn)過程中，每間隔4 h清理一次電解池中的腐蝕溶液和腐蝕產(chǎn)物，更換新的腐蝕溶液，并拍照記錄腐蝕區(qū)域狀況，在整個(gè)腐蝕過程中保持腐蝕溶液的配比不變。

2.2.2 EMAT監(jiān)測(cè)局部腐蝕的信號(hào)演化規(guī)律

心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)測(cè)得峰值攝氧量，可客觀準(zhǔn)確評(píng)估心肺耐力，較低水平的心肺耐力即使無心血管疾病，其死亡風(fēng)險(xiǎn)亦增加。絕大多數(shù)白領(lǐng)人群心肺耐力較低，重要影響因素有女性、肥胖和體力活動(dòng)不足。重要的是，體力活動(dòng)和肥胖可以被矯正，只要意識(shí)到它的重要性，積極改變生活方式，加強(qiáng)長(zhǎng)期規(guī)律的體力活動(dòng)，減輕體重，可大大提高心肺耐力水平，預(yù)防心血管病發(fā)生，降低潛在死亡風(fēng)險(xiǎn)。

(1)設(shè)定監(jiān)測(cè)儀器參數(shù)：EMAT激勵(lì)信號(hào)的頻率為3.5 MHz，激勵(lì)周期為3個(gè)周期的正弦波，平均次數(shù)為128次，檢測(cè)電壓500 V。在整個(gè)連續(xù)腐蝕監(jiān)測(cè)過程中保持上述監(jiān)測(cè)參數(shù)不變,并采集腐蝕前的電磁超聲檢測(cè)信號(hào)，作為分析腐蝕監(jiān)測(cè)信號(hào)演化規(guī)律的基準(zhǔn)。

圖2為試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物圖。其中電磁超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由自研的電磁超聲監(jiān)測(cè)儀和EMAT構(gòu)成，EMAT的換能器線圈為外徑18.25 mm的環(huán)形線圈。電化學(xué)工作站采用美國ParStat4000電化學(xué)工作站，試驗(yàn)時(shí)連接APC-7.5KB穩(wěn)壓電源使用。腐蝕溶液為pH值為2的NaCl溶液，試驗(yàn)試塊為240 mm×220 mm×16 mm的Q245R壓力容器用鋼。

(4)對(duì)采集的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，分析連續(xù)腐蝕過程中電磁超聲監(jiān)測(cè)信號(hào)的演化規(guī)律以及影響電磁超聲監(jiān)測(cè)信號(hào)的因素。

(5)根據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析提取腐蝕特征信號(hào)，計(jì)算腐蝕深度，獲取并分析材料的腐蝕速率。

(6)在連續(xù)腐蝕監(jiān)測(cè)試驗(yàn)結(jié)束后，清洗腐蝕區(qū)域，然后采用德國dentCHECK(工件表面質(zhì)量的非接觸式光學(xué)檢測(cè)儀器)測(cè)量最終腐蝕區(qū)域的表面形貌，與EMAT監(jiān)測(cè)的腐蝕深度進(jìn)行對(duì)比分析。

2 結(jié)果分析與討論

采用第1.1節(jié)所述的試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)試塊設(shè)定的腐蝕區(qū)域進(jìn)行電磁超聲腐蝕監(jiān)測(cè)試驗(yàn)研究，監(jiān)測(cè)過程中設(shè)定電磁超聲激勵(lì)信號(hào)為頻率3.5 MHz的3周期正弦波，采集腐蝕前的EMAT檢測(cè)信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)，如圖4所示?？梢钥闯?，該基準(zhǔn)信號(hào)具有清晰可辨的多次表面回波，且信噪比良好。

圖4 腐蝕前EMAT檢測(cè)信號(hào)Fig.4 EMAT detection signal before corrosion

因試驗(yàn)試塊為電化學(xué)工作站的工作電極，故為了探究電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)是否會(huì)干擾電磁超聲在線監(jiān)測(cè)信號(hào)，將腐蝕開始時(shí)的監(jiān)測(cè)信號(hào)與未腐蝕前的基準(zhǔn)信號(hào)做對(duì)比，從圖5可以看出兩個(gè)狀態(tài)下的信號(hào)完全重合，故電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)不會(huì)對(duì)EMAT在線監(jiān)測(cè)信號(hào)產(chǎn)生影響，可保證下述試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

圖5 未腐蝕前信號(hào)與腐蝕開始時(shí)信號(hào)對(duì)比Fig.5 Comparison of the signal before corrosion and the signal at the beginning of corrosion

大多數(shù)工業(yè)中金屬腐蝕是發(fā)生在鈍化狀態(tài)下的[15]，為模擬真實(shí)的腐蝕環(huán)境，試驗(yàn)分為鈍化和加速腐蝕兩個(gè)階段，第一個(gè)小時(shí)為鈍化階段[16]。以大面積的均勻腐蝕區(qū)域?yàn)槔瑘D6為其鈍化前后包絡(luò)信號(hào)，通過對(duì)比可觀察到，各次回波信號(hào)位置均未變化，故在鈍化過程中試塊壁厚并未發(fā)生腐蝕變薄的情況。但對(duì)比鈍化前后的信號(hào)幅值，經(jīng)過1 h的鈍化后，監(jiān)測(cè)信號(hào)的幅值有些許的降低，表明試塊表面的鈍化膜會(huì)在一定程度上影響EMAT檢測(cè)信號(hào)的幅值。

誤差傳遞建模的研究將多工序系統(tǒng)作為動(dòng)態(tài)時(shí)序過程，零件特征作為動(dòng)態(tài)過程的狀態(tài)變量，不同工序作為動(dòng)態(tài)過程的不同時(shí)間點(diǎn)。零件特征隨工序變化而變化的過程，視為狀態(tài)變量隨時(shí)間變化而變化的過程。狀態(tài)空間方程描述了狀態(tài)變量在狀態(tài)空間中隨時(shí)間變化的過程，可利用狀態(tài)空間方法解決多工序制造誤差傳遞問題。

圖6 鈍化前后包絡(luò)信號(hào)對(duì)比Fig.6 Comparison of envelope signal before and after passivation

2.1 腐蝕產(chǎn)物對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)的影響

在試驗(yàn)過程中，隨著腐蝕時(shí)間的推移，腐蝕區(qū)域會(huì)產(chǎn)生大量的腐蝕產(chǎn)物，并附著于材料表面。在試驗(yàn)更換腐蝕溶液期間，對(duì)腐蝕區(qū)域狀態(tài)進(jìn)行拍照記錄，圖7(a)示出清理腐蝕溶液后的狀態(tài)，可以觀察到大量的腐蝕產(chǎn)物堆積于腐蝕區(qū)表面，圖7(b)(c)分別示出用蒸餾水沖洗過后帶有微量腐蝕產(chǎn)物的表面狀態(tài)和用除銹劑清洗過后無腐蝕產(chǎn)物的表面狀態(tài)。為了分析腐蝕產(chǎn)物對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)的影響，以較大面積的均勻腐蝕為例，在試驗(yàn)進(jìn)行至第5,9,13,19 h時(shí)，提取以上3個(gè)不同處理狀態(tài)下監(jiān)測(cè)信號(hào)的一次回波幅值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖8所示。試驗(yàn)表明，腐蝕產(chǎn)物將影響EMAT檢測(cè)信號(hào)的回波幅值，且腐蝕產(chǎn)物的堆積量越多，信號(hào)衰減越嚴(yán)重。

圖7 腐蝕產(chǎn)物不同狀態(tài)下的腐蝕區(qū)域Fig.7 Corrosion area under different conditions of corrosion products

圖8 腐蝕產(chǎn)物不同狀態(tài)下的回波幅值對(duì)比Fig.8 Comparison of echo amplitudes under different conditions of corrosion products

2.2 不同面積大小腐蝕區(qū)EMAT連續(xù)監(jiān)測(cè)信號(hào)演化規(guī)律

2.2.1 EMAT監(jiān)測(cè)均勻腐蝕的信號(hào)演化規(guī)律

腐蝕試驗(yàn)時(shí)，電化學(xué)工作站的工作電極為上述試驗(yàn)試塊，試塊表面非腐蝕區(qū)域覆蓋塑料膜進(jìn)行保護(hù)，對(duì)設(shè)置的待腐蝕區(qū)域進(jìn)行表面預(yù)處理，即采用砂紙打磨去除氧化皮，電解池與試塊表面連接處使用硅膠密封，防止腐蝕溶液泄露。EMAT設(shè)置于待腐蝕區(qū)域正下方，并且在整個(gè)連續(xù)監(jiān)測(cè)過程中，保持EMAT相對(duì)腐蝕區(qū)域的位置固定不變。具體腐蝕監(jiān)測(cè)試驗(yàn)方法如下。

圖9 均勻腐蝕不同時(shí)刻的監(jiān)測(cè)信號(hào)Fig.9 Monitoring signals of uniform corrosion at different moments

對(duì)連續(xù)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行后處理，通過獲取相鄰回波的時(shí)間差計(jì)算腐蝕深度，即提取各時(shí)刻腐蝕回波信號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)間代入式(1)中進(jìn)行求解。

3.切實(shí)發(fā)揮好四個(gè)作用。黨員領(lǐng)導(dǎo)干部在市場(chǎng)開拓中要發(fā)揮好“管理協(xié)調(diào)”作用，在經(jīng)營創(chuàng)收中要發(fā)揮好“引領(lǐng)激勵(lì)”作用，在安全穩(wěn)定中要發(fā)揮好“控制防范”作用，在精細(xì)管理中要發(fā)揮好“執(zhí)行表率”作用。切實(shí)引導(dǎo)全體干部員工把思想?yún)R聚到打造一流上、智慧集聚到打造一流上、力量凝聚到打造一流上，切實(shí)為公司發(fā)展挑重?fù)?dān)、負(fù)責(zé)任，為員工當(dāng)先鋒、作表率。

(1)

式中，hT為T時(shí)刻的腐蝕深度，mm;h0為試塊厚度,mm，h0=16 mm;t0,t1分別為T時(shí)刻的一次回波和二次回波時(shí)間，s;v為試驗(yàn)試塊中的超聲橫波聲速,m/s,v=3 258 m/s。

圖10 ?30 mm腐蝕區(qū)域的腐蝕時(shí)間-腐蝕深度曲線Fig.10 Corrosion time-corrosion depth curve of ?30 mm corrosion area

通過計(jì)算得到不同時(shí)刻下的腐蝕深度，然后在整個(gè)腐蝕試驗(yàn)時(shí)間歷程上對(duì)腐蝕深度變化進(jìn)行分析，如圖10所示，實(shí)線為對(duì)其進(jìn)行分段擬合后的結(jié)果，P為鈍化階段，Π11和Π12為加速腐蝕階段。分析可知，當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，EMAT檢測(cè)的最后腐蝕深度為1.71 mm。用除銹劑完全清除腐蝕產(chǎn)物后，使用dentCHECK檢測(cè)儀對(duì)最終的腐蝕形貌進(jìn)行圖像分析，如圖11所示。從圖像分析獲取到均勻腐蝕的最大深度約為1.74 mm。通過對(duì)比EMAT監(jiān)測(cè)獲得的腐蝕深度值與dentCHECK檢測(cè)的腐蝕深度值可知，兩者獲得的腐蝕深度相當(dāng)，表明EMAT腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。進(jìn)一步對(duì)EMAT連續(xù)腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過腐蝕深度的變化獲得該區(qū)域的加速腐蝕階段Π11,Π12的腐蝕速率分別約為0.10,0.06 mm/h。

圖11 均勻腐蝕表面形貌Fig.11 Uniform corrosion surface morphology

新課程改革的逐漸深入，為職業(yè)高中的教學(xué)開辟了許多新路徑，其中會(huì)計(jì)教學(xué)在素質(zhì)教育的推動(dòng)下，成為核心實(shí)踐研究的目標(biāo)。需要職業(yè)高中教師，運(yùn)用合理的手段和創(chuàng)新理念，不斷提升學(xué)生的專業(yè)技能水平以及知識(shí)層面。更重要的是，在實(shí)際教學(xué)中，教師要有效提高職業(yè)高中生的會(huì)計(jì)職業(yè)素養(yǎng)，以滿足企業(yè)發(fā)展對(duì)財(cái)務(wù)人員的更高要求。

對(duì)小面積的局部腐蝕進(jìn)行了21.5 h的連續(xù)腐蝕監(jiān)測(cè)，并采集腐蝕監(jiān)測(cè)信號(hào)，圖12示出其不同時(shí)刻的監(jiān)測(cè)信號(hào)。通過信號(hào)對(duì)比，可觀察到不同時(shí)刻的監(jiān)測(cè)信號(hào)波形發(fā)生不同的變化：從最初的波包變寬，再逐漸分離出新波包。該現(xiàn)象是由于腐蝕面積小于EMAT換能面積，EMAT不僅能接收到腐蝕表面的回波信號(hào)，而且可以接收到試塊底面回波。腐蝕剛發(fā)生時(shí)，深度較淺，回波難與試塊底面回波分離，兩波包重疊在一起，故觀察到的波包數(shù)量只有一個(gè)。隨著腐蝕深度的增加，腐蝕回波足以與試塊底面回波分離時(shí)，便可觀察到時(shí)域圖中有新的波包產(chǎn)生。對(duì)比腐蝕回波和試塊底面回波的幅值，發(fā)現(xiàn)腐蝕回波的幅值從最初小于試塊底面回波幅值逐漸增長(zhǎng)至超過底面回波的幅值。這是由于腐蝕過程中，一方面，腐蝕區(qū)域的深度在逐漸增加，導(dǎo)致底面回波逐漸減??；另一方面，腐蝕區(qū)域的大小也發(fā)生了擴(kuò)展，結(jié)合圖13腐蝕監(jiān)測(cè)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)腐蝕區(qū)形貌可以看出，經(jīng)過連續(xù)腐蝕，該區(qū)域形成了一個(gè)外寬內(nèi)窄的腐蝕區(qū)，即在深度方向上腐蝕與試塊表面之間形成了類似斜面的腐蝕表面，該表面的形成也會(huì)使聲波散射，進(jìn)而導(dǎo)致底面回波能量逐漸減弱。此外，從連續(xù)監(jiān)測(cè)信號(hào)中可以看出，該區(qū)域的監(jiān)測(cè)信號(hào)能量整體隨腐蝕時(shí)間推移而逐漸減弱，這主要是由于腐蝕表面不規(guī)則且存在腐蝕麻點(diǎn)所導(dǎo)致。由于該區(qū)域局部腐蝕的監(jiān)測(cè)信號(hào)中腐蝕回波和試塊底面回波同時(shí)存在，如圖14所示，難以直接使用傳統(tǒng)的相鄰兩次回波時(shí)間計(jì)算腐蝕深度，需對(duì)監(jiān)測(cè)的腐蝕特征信號(hào)進(jìn)行提取分析。

圖12 局部腐蝕不同時(shí)刻的監(jiān)測(cè)信號(hào)Fig.12 Monitoring signals of local corrosion at different moments

圖13 局部腐蝕表面形貌Fig.13 Local corrosion surface morphology

通過信號(hào)分析，計(jì)算得到不同時(shí)刻下的局部腐蝕深度，繪制成圖15的腐蝕時(shí)間-腐蝕深度圖，并對(duì)其進(jìn)行分段擬合，圖中P為鈍化階段，Π21,Π22,Π23為加速腐蝕階段。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，EMAT檢測(cè)的最后腐蝕深度為3.31 mm。再次將清除腐蝕產(chǎn)物后的試塊使用dentCHECK檢測(cè)儀對(duì)其最終的形貌進(jìn)行圖像分析，如圖15所示。從圖像分析獲得均勻腐蝕的最大深度約為3.31 mm，兩者獲得的腐蝕深度相當(dāng)，故對(duì)局部腐蝕也可使用EMAT監(jiān)測(cè)獲取其深度變化值。進(jìn)一步對(duì)EMAT連續(xù)腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過最大腐蝕深度獲得加速腐蝕試驗(yàn)過程中試塊上該局部腐蝕區(qū)域的1～5 h(Π21階段)的最大腐蝕速率約為0.37 mm/h，5～16 h(Π22階段)的最大腐蝕速率約為0.13 mm/h，16～21.5 h(Π23階段)最大的腐蝕速率約為0.10 mm/h。通過上述腐蝕速率可知，隨著腐蝕的進(jìn)行，腐蝕速率會(huì)逐漸變緩慢，這主要是由于腐蝕過程中會(huì)產(chǎn)生腐蝕產(chǎn)物，腐蝕產(chǎn)物的逐漸堆積附著影響了腐蝕作用過程，導(dǎo)致腐蝕速率下降，同時(shí)腐蝕區(qū)域面積和形貌的變化也會(huì)對(duì)腐蝕速率產(chǎn)生一定影響。此外，本文采用的是加速模擬腐蝕試驗(yàn)方法，材料的腐蝕速率與實(shí)際腐蝕工況會(huì)存在一定差異。

圖14 局部腐蝕的監(jiān)測(cè)信號(hào)Fig.14 Monitoring signal for local corrosion

圖15 ?10 mm腐蝕區(qū)域的腐蝕時(shí)間-腐蝕深度曲線Fig.15 Corrosion time-corrosion depth curve of ?10 mm corrosion area

3 結(jié)論

為研究連續(xù)腐蝕過程中電磁超聲監(jiān)測(cè)信號(hào)的演化規(guī)律，利用電化學(xué)工作站搭建了加速腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)裝置，并采用EMAT對(duì)不同面積大小的腐蝕進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)研究。通過對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)的分析，得到以下結(jié)論。

(1)在動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過程中，相對(duì)于EMAT換能面積不同大小的腐蝕，其監(jiān)測(cè)信號(hào)表現(xiàn)出不同的演化規(guī)律：當(dāng)腐蝕面積大于EMAT換能面積時(shí)，監(jiān)測(cè)回波的波形未產(chǎn)生任何畸變，但回波的幅值由于受到腐蝕表面的影響逐漸減?。划?dāng)腐蝕面積小于EMAT換能面積時(shí)，隨著腐蝕深度的增加，試塊底面回波的波包先變寬，再逐漸分離出一個(gè)小波包，該分離出的新波包為腐蝕的回波。

(2)腐蝕表面的狀況和腐蝕產(chǎn)物的存在均會(huì)在不同程度上影響電磁超聲監(jiān)測(cè)信號(hào)的幅值，腐蝕表面的鈍化膜使得監(jiān)測(cè)回波幅值降低，腐蝕表面附著的腐蝕產(chǎn)物也會(huì)使EMAT監(jiān)測(cè)信號(hào)幅值降低，且附著的量越多、回波信號(hào)衰減越嚴(yán)重。

(3)不同大小的腐蝕區(qū)域EMAT的連續(xù)監(jiān)測(cè)信號(hào)波形變化較為復(fù)雜，但通過腐蝕特征信號(hào)提取，可分析其和換能面積的相對(duì)大小，并計(jì)算腐蝕深度，從而獲取到材料的腐蝕速率。