無人機(jī)空中檢查-應(yīng)力腐蝕開裂：原因、檢測和預(yù)防

應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）存在固定模式：將特定金屬置于高拉伸應(yīng)力與腐蝕劑環(huán)境中，一段時間后（往往過快），這種組合刺激就會致使金屬內(nèi)部或表面的裂紋擴(kuò)展。無論應(yīng)力腐蝕裂紋大小、形狀是圓形還是分支狀、處于表面還是深層，都會嚴(yán)重?fù)p害資產(chǎn)的結(jié)構(gòu)完整性。本文將闡述這一現(xiàn)象的本質(zhì)以及緩解辦法。

應(yīng)力腐蝕開裂的成因

1. 材料敏感性：因合金元素的差異，部分材料比其他材料更易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂。含鎳量 35% 的合金抗應(yīng)力腐蝕開裂性能出色，而鎳含量超 45% 的合金幾乎不受此缺陷影響。并且，不同金屬（甚至其不同等級）對不同介質(zhì)的敏感性或抵抗力各異。例如，奧氏體不銹鋼極易遭受氯化物導(dǎo)致的損壞；相反，像 LDX 2101 這類精益雙相不銹鋼，在 ASTM G39 U 型彎頭應(yīng)力腐蝕測試中對氯化物的抵抗力更強(qiáng)。此外，SAF™ 3207 和 SAF™ 2707 HD Sandvik 等級能成功抵御氯化物引發(fā)的 SCC。銅合金在氨中通常會開裂，但在海水中腐蝕程度較輕。鈦合金（主要是 2 級和 4 級）對堿性、鹽液和有機(jī)酸抵抗力強(qiáng)，但在無水甲醇溶液中易斷裂?？傊罁?jù)環(huán)境來選擇材料。

2. 操作環(huán)境：應(yīng)力腐蝕引發(fā)的開裂只有在特定化學(xué)物質(zhì)存在時才會出現(xiàn)?；瘜W(xué)物質(zhì)暴露可能來自外部（如管道埋置處土壤中的硫污染物），也可能來自內(nèi)部（如儲存罐中的甲醇）。根據(jù) API 571，以下是常見腐蝕性物質(zhì)及其易受影響材料的表格：[此處可插入相關(guān)表格]。另外，一些額外觸發(fā)因素會加速 SCC，如高溫、pH 值、濕度、氧氣水平以及其他污染物的存在。而且，部分合金與其他金屬接觸時更易損壞。例如，2 級和 4 級鈦在接觸鎘或液態(tài)汞時會發(fā)生 SCC。

3. 拉伸應(yīng)力和腐蝕應(yīng)力：拉伸應(yīng)力是指拉伸或拉開材料所需的力，通常由直接施加的壓力、機(jī)械載荷，或者焊接、機(jī)械加工和冷加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力導(dǎo)致。因此，拉伸應(yīng)力在熱交換器元件、制冷機(jī)組、水冷式冷凝器、加氫處理設(shè)備和工業(yè)鍋爐中較為常見。一般而言，金屬抗拉強(qiáng)度良好，在破裂前能承受較大變形（如不銹鋼可承受高達(dá) 690 MPa 的變形）。然而，當(dāng)面對特定化學(xué)劑和溫度時，敏感材料在較低拉伸應(yīng)力水平下也會破裂，這就是堿性應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生的原因。堿性應(yīng)力腐蝕源于堿性環(huán)境中的施加應(yīng)力和殘余應(yīng)力，堿性環(huán)境通常指化學(xué)物質(zhì)暴露在高溫（一般是堿性氫氧化物溶液）下。在溫度下，堿性裂紋數(shù)小時內(nèi)就會擴(kuò)散。通常，堿性應(yīng)力腐蝕發(fā)生在未消除應(yīng)力的資產(chǎn)中。

   
   

   

應(yīng)力腐蝕開裂的檢測與測試方法

1. 目視檢查：目視檢查能夠發(fā)現(xiàn)較大且明顯的應(yīng)力腐蝕裂紋，可通過手動或借助照相機(jī)、潛望鏡、放大鏡等光學(xué)設(shè)備進(jìn)行。通常，目視檢查是所有其他測試方法的前置步驟，主要用于初步檢查或現(xiàn)場準(zhǔn)備。影響視覺測試對 SCC 評估的因素包括裂紋大小、照明條件、測試速度、相機(jī)分辨率和表面特性。商業(yè)檢查無人機(jī)在檢測此類問題時很有幫助。若裂紋出現(xiàn)在高架資產(chǎn)、密閉空間或危險(xiǎn)化學(xué)品附近，工業(yè)檢查無人機(jī)是最佳檢查幫手。其結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)動性強(qiáng)，能接觸任何組件，拍攝詳細(xì)圖像和視頻，便于從各個角度檢查損壞情況。

2. 超聲波檢測：超聲波檢測（UT）利用高頻聲波檢測細(xì)小的外部裂紋、內(nèi)部缺陷或材料退化。UT 需要高精度設(shè)備，包括傳感器、探傷儀、厚度計(jì)以及用于難以到達(dá)區(qū)域的無人機(jī)。但需注意，UT 沒有通用解決方案。傳統(tǒng)傳感器能檢測 SCC 的某些方向，但無法確定每個孤立裂紋的大小或它們之間的距離。多波束模型可檢測中壁或較深裂紋的精確深度。導(dǎo)波傳感器在精確定位缺陷位置方面表現(xiàn)出色。此外，可能需要借助其他軟件擴(kuò)展 UT 數(shù)據(jù)，如 SAFT 算法，以檢測裂紋長度。因此，要根據(jù)具體用例選擇 UT 設(shè)備。例如，當(dāng)需要檢測難以觸及資產(chǎn)的表面開裂和材料損失時，配備 UT 有效載荷的 Voliro T 檢查無人機(jī)是不錯的選擇。該無人機(jī)可執(zhí)行 A 掃描，測量 2 - 150 毫米 / 0.08 - 5.9 英寸之間的材料厚度，分辨率達(dá) 0.06 毫米 / 0.002 英寸，有助于找到易出現(xiàn)裂紋的區(qū)域。特別是在存在拉伸應(yīng)力的氯化物或腐蝕性環(huán)境中，材料變薄先于實(shí)際裂紋出現(xiàn)。還有一種 UT 探頭是高溫探頭，可可靠測量加熱至 0 - 260°C/32 - 500°F 的資產(chǎn)厚度。

3. 聲發(fā)射測試：受拉伸應(yīng)力的資產(chǎn)會發(fā)出聲發(fā)射（AE），即由材料變形或缺陷形成引發(fā)的應(yīng)力波?，F(xiàn)代 AE 傳感器工作頻率范圍為 50 kHz 至 1 MHz。將其附著在表面時，能分析高頻聲波并檢測裂紋擴(kuò)展。通過在不同位置放置多個 AE 傳感器，可對發(fā)射源進(jìn)行三角測量，精確定位開裂位置。聲發(fā)射測試的主要優(yōu)勢在于能在微裂紋產(chǎn)生初期就檢測到。AE 傳感器與資產(chǎn)監(jiān)控軟件集成后，可發(fā)送信號并快速捕捉變化。另一個應(yīng)用是將模式識別算法應(yīng)用于聲發(fā)射記錄，以識別精確的開裂特征。例如，某研究小組嘗試使用線性回歸技術(shù)分析從 304H 不銹鋼板連續(xù)監(jiān)測中獲得的 AE 數(shù)據(jù)，編寫了迭代算法來識別 AE 信號的精確位置和信號特征。

4. 慢應(yīng)變速率測試（SSRT）：慢應(yīng)變速率測試是將材料浸入模擬腐蝕環(huán)境中，以恒定速率直接施加應(yīng)變的過程。測試結(jié)果可確定物體的抗拉強(qiáng)度、腐蝕裂紋閾值和失效時間。SSRT 是評估應(yīng)力腐蝕開裂的標(biāo)準(zhǔn)方法，由 ASTM G129 - 21 規(guī)范。其主要優(yōu)點(diǎn)包括設(shè)置簡單、模塊化、成本低于斷裂力學(xué)測試，且篩選速度相對較快。然而，該方法也有局限性。近期一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，SSRT 無法準(zhǔn)確預(yù)測鎳銅高溫合金中材料對氫致脆性的敏感性，因?yàn)闅錈o法深入晶間結(jié)構(gòu)。

   
   

5. 

應(yīng)力腐蝕開裂緩解策略

1. 保護(hù)涂層：應(yīng)用保護(hù)涂層、油漆和粘合劑能在金屬表面與腐蝕劑之間形成屏障。例如，環(huán)氧樹脂和氯化橡膠涂料與金屬結(jié)合力強(qiáng)，即使在地下環(huán)境也能減少金屬與有害化學(xué)物質(zhì)的接觸。石墨基涂層可保護(hù)核反應(yīng)堆中的鋯合金免受應(yīng)力腐蝕開裂。同時，MAO 陶瓷涂層顯示出保護(hù)鎂合金的潛力。不過，由于日常磨損，涂層可能變薄或出現(xiàn)孔洞。定期檢查能幫助主動發(fā)現(xiàn)這些變化，在裂紋侵入金屬前重新涂抹涂層。在 Voliro，可使用專用干膜厚度（DFT）探頭加快檢查速度。DFT 測量儀有兩種模式，可檢查黑色金屬和有色金屬上的涂層，能測量高達(dá) 1.5 毫米 / 0 - 60 密耳的油漆厚度，無論新舊漆。

2. 熱處理：熱處理（如固溶退火或硬化）可通過釋放殘余應(yīng)力，使某些合金更耐應(yīng)力腐蝕開裂。例如：

• 冷軋 316L 不銹鋼：在 650°C 下熱處理 10 小時，可使開裂幾率降低 50%。

• 182 合金焊縫：在 600°C、620°C 或 650°C 下熱處理 10 小時，可增強(qiáng)抗裂性能。

• 316 L 不銹鋼：在 1066°C 和 1150°C 下進(jìn)行固溶退火會降低抗 SCC 性能，而硬化處理可降低 SCC 敏感性。

• AISI 304 奧氏體不銹鋼：低溫表面滲碳降低了氯誘導(dǎo) SCC 的可能性。

3. 持續(xù)狀態(tài)監(jiān)測：持續(xù)的狀況監(jiān)測有助于早期發(fā)現(xiàn) SCC。該策略涉及持續(xù)實(shí)時數(shù)據(jù)收集，并與基線測量值對比。借助機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）算法，可增強(qiáng)對狀況數(shù)據(jù)的分析，以預(yù)測 SCC 的發(fā)生。為實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測預(yù)防 SCC，需投入：

• 物聯(lián)網(wǎng)傳感器，用于收集資產(chǎn)的聲波、振動、轉(zhuǎn)子速度、工作溫度、濕度和腐蝕性化學(xué)物質(zhì)存在等信息。

• 光學(xué)設(shè)備，如安裝高清和變焦攝像頭的無人機(jī)，用于對易受 SCC 影響的部件進(jìn)行定期目視檢查。

• 無損檢測設(shè)備，如超聲波傳感器或 EMAT，用于發(fā)現(xiàn)任何微小的表面裂紋、結(jié)構(gòu)變薄和涂層損失。

結(jié)論

行業(yè)無人機(jī)機(jī)載大腦 —— 面向高校、科研院所的低空經(jīng)濟(jì)解決方案

• 以象科技由西安光機(jī)所光學(xué)博士團(tuán)隊(duì)，行業(yè)資深專家，光譜軟件算法團(tuán)隊(duì)，光學(xué)應(yīng)用博士等相關(guān)人員共同發(fā)起成立的科技型公司，目前投產(chǎn)市場可見光、近紅外、短波中紅外高光譜相機(jī)，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，突破進(jìn)口技術(shù)壁壘，打破進(jìn)口短波紅外高光譜相機(jī)的技術(shù)限制。

  以象科技是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的科技型公司。目前經(jīng)營產(chǎn)品有激光共聚焦，激光散斑血流成像儀，光譜儀，高光譜相機(jī)等光學(xué)產(chǎn)品。研發(fā)中心設(shè)立于西安，銷售網(wǎng)絡(luò)、完善售后服務(wù)機(jī)構(gòu)設(shè)立覆蓋全國。

  以象科技作為一家由西安光機(jī)所光學(xué)博士團(tuán)隊(duì)、行業(yè)資深專家、光譜軟件算法團(tuán)隊(duì)以及光學(xué)應(yīng)用博士等多元專業(yè)力量共同發(fā)起創(chuàng)立的科技型企業(yè)，在光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域展現(xiàn)出了非凡的潛力與強(qiáng)勁的實(shí)力，正逐步成為行業(yè)內(nèi)的一顆璀璨新星。

  其團(tuán)隊(duì)成員憑借深厚的學(xué)術(shù)造詣與豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建起了一座堅(jiān)實(shí)的技術(shù)堡壘。西安光機(jī)所光學(xué)博士團(tuán)隊(duì)深入鉆研光學(xué)核心原理，在光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化以及創(chuàng)新方面持續(xù)發(fā)力，致力于打造出具有性能與高精度的光學(xué)基礎(chǔ)架構(gòu)。行業(yè)資深專家則猶如敏銳的市場領(lǐng)航員，他們憑借對行業(yè)發(fā)展脈絡(luò)的精準(zhǔn)把握以及對市場需求變化的前瞻性洞察，為公司的產(chǎn)品戰(zhàn)略布局指明方向，確保每一款產(chǎn)品都能精準(zhǔn)對接市場痛點(diǎn)，在激烈的市場競爭中脫穎而出。光學(xué)應(yīng)用博士則專注于探索光學(xué)技術(shù)在各個實(shí)際領(lǐng)域的落地應(yīng)用，他們深入挖掘產(chǎn)品在不同場景下的潛在用途，從生物醫(yī)學(xué)到工業(yè)制造，從環(huán)境監(jiān)測到農(nóng)業(yè)科技，不斷拓展產(chǎn)品的應(yīng)用邊界，讓光學(xué)技術(shù)真正造福于人類社會的各個角落。

  在產(chǎn)品層面，以象科技目前已成功投產(chǎn)并推向市場的可見光、近紅外、短波中紅外高光譜相機(jī)，無疑是其技術(shù)實(shí)力的集中體現(xiàn)。這不僅為國內(nèi)相關(guān)行業(yè)提供了更為可靠、性價(jià)比更高的光學(xué)設(shè)備選擇，還在一定程度上推動了我國光學(xué)技術(shù)自主創(chuàng)新的進(jìn)程，提升了我國在全球光學(xué)產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈中的地位。

  此外，公司經(jīng)營的激光共聚焦、激光散斑血流成像儀、光譜儀等光學(xué)產(chǎn)品，也均在各自的領(lǐng)域內(nèi)展現(xiàn)出了的優(yōu)勢與性能。激光共聚焦以其超高的分辨率和清晰的成像效果，在生物醫(yī)學(xué)微觀成像領(lǐng)域成為科研人員探索生命奧秘的得力助手；激光散斑血流成像儀能夠精準(zhǔn)地監(jiān)測微循環(huán)血流變化，為醫(yī)學(xué)臨床診斷和疾病研究提供了重要的參考依據(jù)；光譜儀則憑借其對物質(zhì)光譜特性的精確分析能力，在材料成分分析、環(huán)境污染物監(jiān)測以及食品安全檢測等領(lǐng)域發(fā)揮著作用。

  以象科技秉持著集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的全產(chǎn)業(yè)鏈運(yùn)營模式，展現(xiàn)出了強(qiáng)大的綜合實(shí)力與協(xié)同效應(yīng)。其研發(fā)中心坐落于西安這充滿科技活力與創(chuàng)新氛圍的城市，依托當(dāng)?shù)刎S富的科研資源與人才優(yōu)勢，持續(xù)不斷地投入大量資源進(jìn)行技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新，為公司的產(chǎn)品迭代升級和技術(shù)突破提供了源源不斷的動力源泉。

  與此同時，公司精心構(gòu)建的銷售網(wǎng)絡(luò)如同一張緊密交織的大網(wǎng)，全面覆蓋全國各個地區(qū)，確保了產(chǎn)品能夠快速、高效地觸達(dá)每一位客戶手中。而完善的售后服務(wù)機(jī)構(gòu)則像是一位貼心的守護(hù)者，隨時為客戶提供多層次的技術(shù)支持與售后服務(wù)保障，讓客戶在使用產(chǎn)品的過程中無后顧之憂，進(jìn)一步增強(qiáng)了客戶對公司品牌的信任度與忠誠度。
  

  以象科技憑借其團(tuán)隊(duì)、創(chuàng)新的產(chǎn)品以及完善的運(yùn)營模式，在光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域正穩(wěn)步前行，未來有望在國內(nèi)乃至全球市場上取得更為輝煌的成就，為推動光學(xué)科技的進(jìn)步與應(yīng)用普及做出更多的貢獻(xiàn)。