一种石墨件性能检测方法及系统与流程

本发明涉及石墨件检测。更具体地，本发明涉及一种石墨件性能检测方法及系统。

背景技术：

1、石墨件因优异的导电、导热及耐高温性能，被广泛应用于半导体晶体生长热场、高温冶金等极端工况领域。由于其服役环境伴随高温及剧烈热冲击，出厂前的内部微观完整性检测对防止其早期断裂失效至关重要。

2、现有技术通常在常温无应力状态下进行超声波无损检测。具体为：在石墨件表面涂抹声学耦合剂，利用超声探头发射单频超声波，通过计算透射声速和能量衰减系数，并将其与常温标准合格阈值进行对比，以此判定内部是否存在孔隙或裂纹缺陷。

3、然而，上述手段存在明显的局限性，石墨件在实际服役中长期处于高温热应力状态，而常温无应力状态下，石墨材料内部残留的层间微裂纹和微孔隙往往处于机械闭合状态。此时，闭合裂纹对超声波的声学散射截面极小，超声信号极易顺利穿透，难以引起显著的声速降低或能量衰减，导致无法有效激发并暴露微观缺陷在热膨胀作用下的动态演化特征，这使得判定合格的石墨件在投入高温服役后，闭合裂纹会在剧烈热应力下迅速张开并失稳扩展，导致早期失效。

技术实现思路

1、本发明提供一种石墨件性能检测方法及系统，旨在解决相关技术中如何克服常温检测难以识别闭合缺陷的局限，以准确评估石墨件在高温热应力状态下的内部微观缺陷劣化倾向的问题。

2、在第一方面中，本发明提供了石墨件性能检测方法，包括：s1、对石墨件的检测区域表面施加瞬态热流加载以诱发出热应力；s2、在热流加载期间采集石墨件内部产生的动态声发射信号，并提取其表征缺陷动态扩展活跃度的声发射特征向量；s3、在热流加载停止后的热应力保载状态下，向石墨件内部发射宽带超声波信号，采集透射的宽带超声波信号并提取其相速度随频率变化的超声频散特征向量；s4、将声发射特征向量与超声频散特征向量组合，得到待测联合特征向量；将待测联合特征向量与预先建立的标准无缺陷样本库对应的基准联合特征分布进行比较，得到用于表征石墨件热应力作用下劣化程度的综合劣化倾向特征值；s5、将综合劣化倾向特征值与预设的分级阈值进行比对，以确定石墨件的综合性能等级。

3、进一步地，施加瞬态热流加载，包括：计算目标热传导距离的平方值与石墨材料的热扩散率的比值，得到理论热扩散时间，其中，目标热传导距离为石墨件管壁厚度的二分之一；基于理论热扩散时间在预设偏差范围内划定时间窗口区间，并在时间窗口区间内获取预设加热持续时间。

4、将预设加热持续时间限制在基于理论值的时间窗口内，既能确保热应力波在壁厚方向上形成最大温度梯度以充分暴露隐微缺陷，又能防止加热时间过长导致石墨件整体均温（热应力消失）或表面发生局部高温氧化。

5、进一步地，热应力保载状态，包括：在瞬态热流加载停止后，等待预设的延迟触发时间以使内部热应力达到预设的维持水平。

6、通过设定预设的延迟触发时间，利用热弹性耦合规律使内部热应力在加载停止后处于相对稳定的保载区间。此时微裂纹在持续热应力支撑下维持最大张开度，极大地增强了声学散射截面，从而提高了后续宽带超声频散检测的信噪比与敏感度。

7、进一步地，提取其相速度随频率变化的超声频散特征向量，包括：对透射的宽带超声波信号进行时频联合分析，获取预设高频段与预设低频段的相速度，并将高频段的相速度与低频段的相速度之间的衰减变化率作为超声频散特征向量。

8、该频散特征向量敏感地反映了不同波长声波在遇到张开缺陷时的散射敏感度差异，能客观表征内部微裂纹与微孔隙的空间尺寸分布。

9、进一步地，还包括：在常温无应力状态下采集背景环境噪声信号，并根据背景环境噪声信号的频域能量包络设定自适应带通滤波算法参数；对采集到的动态声发射信号使用自适应带通滤波算法参数进行滤波处理。

10、进一步地，将待测联合特征向量与预先建立的标准无缺陷样本库对应的基准联合特征分布进行比较，包括：计算待测联合特征向量与标准无缺陷样本库的基准均值向量之间的马氏距离，作为综合劣化倾向特征值；其中，马氏距离的计算还基于标准无缺陷样本库的特征协方差矩阵的逆矩阵。

11、采用马氏距离作为综合劣化倾向特征值，引入了协方差矩阵的逆矩阵，从而自动排除了声发射特征与超声频散特征之间可能存在的共线性干扰（相关性），并消除了不同物理量纲的影响，使最终得出的单一劣化度指标更具客观性与统计学合理性。

12、进一步地，建立标准无缺陷样本库，包括：获取多个基准石墨件作为测试样本，对各测试样本重复执行步骤s1至s3，提取得到基准联合特征向量集；计算基准联合特征向量集的均值向量作为基准均值向量，并计算其协方差矩阵作为特征协方差矩阵。

13、通过对多个无缺陷基准样本进行重复试验构建标准库，获取了无缺陷石墨件特征的统计均值和协方差分布，从而在后续检测中能够自动包容由于石墨材料自身天然非均匀性带来的固有批次差异，大幅降低了品质判定过程中的误报率。

14、进一步地，确定预设的分级阈值，包括：对具有不同综合劣化倾向特征值的历史批次石墨件进行高温加速疲劳寿命试验，将石墨件的失效周期数与综合劣化倾向特征值进行映射，以标定分级阈值。

15、在第二方面中，还提供了一种石墨件性能检测系统，包括处理器和存储器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序以实现以上任一项的石墨件性能检测方法。

16、有益效果：通过施加瞬态热流加载促使石墨件内部常温闭合的微观缺陷主动张开和滑移，有效解决了传统常温无应力检测对闭合缺陷难以激发和识别的问题；在此基础上，协同采集热流加载期的动态声发射特征与热应力保载期的超声频散特征，并结合自适应环境消噪以及基于马氏距离的特征级科学融合算法，降低了工业背景干扰与异构特征量纲的冗余影响，实现了对缺陷动态演化与静态形貌的多维融合表征；最终，基于加速疲劳寿命试验标定分级阈值，建立了无损检测指标与真实服役可靠性的科学映射，提升了极端工况下石墨件质量分级检测的精确性。

1.一种石墨件性能检测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1的石墨件性能检测方法，其特征在于，施加瞬态热流加载，包括：

3.根据权利要求1的石墨件性能检测方法，其特征在于，热应力保载状态，包括：

4.根据权利要求1的石墨件性能检测方法，其特征在于，提取其相速度随频率变化的超声频散特征向量，包括：

5.根据权利要求1的石墨件性能检测方法，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求1的石墨件性能检测方法，其特征在于，将待测联合特征向量与预先建立的标准无缺陷样本库对应的基准联合特征分布进行比较，包括：

7.根据权利要求1的石墨件性能检测方法，其特征在于，建立标准无缺陷样本库，包括：

8.根据权利要求1的石墨件性能检测方法，其特征在于，确定预设的分级阈值，包括：

9.一种石墨件性能检测系统，包括处理器和存储器，其特征在于，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序以实现如权利要求1-8任一项的石墨件性能检测方法。