一种快速判断镀锌钢构件原始缺陷的方法与流程

1.本发明涉及电网输电线路镀锌钢构件失效分析技术领域，尤其涉及一种快速判断镀锌钢构件原始缺陷的方法。


背景技术：

2.随着我国社会经济的发展，电力需求扩大，输电网的安全问题也日益突出，作为电网主要结构的输电线路杆塔等电网结构的安全可靠性，对保障电力安全输送尤为重要。目前，国家电网输电铁塔基材主要采用碳钢基材，表面通过镀锌进行防护，是一种经济有效的防护手段，能极大延长相关钢结构的户外使用寿命。镀锌技术虽然可以显著提高钢构件的户外使用寿命，但是同时也掩盖了钢构件表面及近表面的一些原始缺陷，从而形成了钢构件投运后的一些安全隐患，对失效原因判断造成了一些困难。
3.原子序数衬度是由于试样表面物质原子序数(化学成分)差别而形成的衬度。利用对试样表面原子序数变化敏感的物理信号作为显像管的调制信号，可以得到原子序数衬度图像。背散射电子像、吸收电子像的衬度都含有原子序数衬度，而特征x射线像(电子探针)的衬度就是原子序数衬度。背散射电子能量较高，沿直线轨迹离开样品表面对于背向检测器的样品表面，因检测器无法收集到背散射电子而变成一片阴影，因此在图像上显示出很强的衬度。在原子序数小于40的范围内，背散射电子的产额对原子序数十分敏感。进行分析时，样品上原子序数较高的区域中由于收集到的背散射电子数量较多，故荧光屏上的图像较亮，因而可以根据背散射电子像的亮暗衬度来判断相应区域原子序数的相对高低，同时利用原子序数衬度分析晶界上或晶粒内部不同种类的析出相是十分有效的。
4.zn 的原子序数为30，fe的原子序数为26，理论上来讲，zn元素含量多的区域应该较亮，fe集体整体呈较暗区域，这对于判断镀锌钢构件在镀锌工艺前是否存在原始缺陷导致锌液渗入断口，并做出镀锌钢构件是否存在原始缺陷是大有裨益的。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种简单快捷、灵敏、操作性强的快速判断镀锌钢构件原始缺陷的方法。
6.为解决上述问题，本发明所述的一种快速判断镀锌钢构件原始缺陷的方法，其特征在于：针对发生开裂或断裂失效的输变电设备镀锌钢构件，截取断口纵切面进行背散射电子扫描，并用线扫描标定元素zn与fe元素，即可判断断口是否存在锌液渗入现象。
7.所述背散射电子扫描进行前，需对截取的断口纵切面样品进行超声波清洗并干燥。
8.本发明与现有技术相比具有以下优点：1、本发明充分利用背散射电子可以反应样品表面成分特征的特性，通过所成背散射电子像的亮暗衬度来判断相应区域内原子序数的相对高低情况，并对明暗区域进行元素标定，进而快速判断镀锌钢构件断口纵截面是否存在锌液渗入，从而实现对电网输配电线
路钢构件是否存在原始缺陷的快速检测。
9.2、本发明简单快捷、灵敏、操作性强，且检测结果可靠直观，适用于在钢构件失效分析过程中开展检测，可以快速判断镀锌钢构件断口处是否存在原始缺陷，根据该检测结果可以调整失效分析的方向及失效原因的判断。
附图说明
10.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
11.图1为本发明背散射分析图。
12.图2为本发明能谱分析图。
具体实施方式
13.一种快速判断镀锌钢构件原始缺陷的方法：针对发生开裂或断裂失效的输变电设备镀锌钢构件，截取断口纵切面进行背散射电子扫描，通过观察图像表面是否从边缘开始存在明暗区域；并用线扫描标定元素zn与fe元素，即可判断断口是否存在锌液渗入现象，证明在镀锌前该钢构件即存在原始缺陷，导致锌液在镀锌的时候从原始缺陷处深入了钢构件。
14.具体过程如下：
⑴
针对发生开裂或断裂失效的输变电设备镀锌钢构件，截取断口纵切面。
15.⑵
对截取的断口纵切面样品进行超声波清洗并干燥。
16.⑶
用导电胶将样品固定至扫描电镜样品台，并将样品台放至电镜样品仓。
17.⑷
待扫描电子显微镜真空状态准备完成后，将其成像模式调整为背散射成像模式，然后采用背散射电子成像方式对样品表面微观形貌进行观察。在裂纹源部位存在明显的往里延伸的明亮区域，而其余部位则呈现较暗区域。zn 的原子序数为30，fe的原子序数为26，理论上来讲，zn元素含量多的区域应该较亮，fe集体整体呈较暗区域，图1裂纹源的较亮区域也印证了这一点。
18.⑸
将扫描电子显微镜的成像模式调整为二次电子成像模式，并打开扫描电子显微镜与能谱仪的传输通道，之后打开能谱仪的线扫描模式，开始不同部位扫描电镜的能谱线扫描检测，如图2所示。由图2可以发现在断口断裂面均存在不均匀的锌元素存在，但在裂纹初始开裂部位，zn元素含量明显高于其它断裂面检测部位，在裂纹终断区zn元素含量明显降低。
19.【工作原理】背散射电子是由弹性散射产生的。当主电子束中的电子接近样品中的原子核时，受到原子核中正电荷的作用力，它们的运动轨迹发生了偏离。背散射电子的产率取决于原子核的大小。因此，背散射电子主要反映样品表面的成分特征，即样品平均原子序数z大的部位产生较强的背散射电子信号，在图像上形成较亮的区域；而平均原子序数较低的部位则产生较少的背散射电子，在图像上形成较暗的区域，这样就形成了样品表面的原子序数衬度(成分衬度)。
20.依据背散射电子系数（η）与原子序数（z）之间的关系： η＝-0.0254 0.016z-0.000186z2 8.3
×
10-7
z3；可知，背散射电子系数随原子序数增大而增大。背散射电子的能
量很高，它们以直线轨迹逸出样品表面，对于背向检测器的样品表面，因检测器无法收集到背散射电子而变成一片阴影，因此在图像上显示出很强的衬度，在原子序数z小于40的范围内，背散射电子的产额对原子序数十分敏感。因此，利用原子序数造成的衬度变化可以对各种金属和合金进行定性的成分分析。样品中重元素区域相对于图像上是亮区，而轻元素区域则为暗区。进行精度较高的分析时，事先对亮暗区进行标定，就能获得满意的结果。当镀锌钢构件断口存在原始缺陷时，截取断口纵截面进行背散射电子成像扫描电镜分析，可以看到裂纹源部位存在明显的往里延伸的明亮区域，而其余部位则呈现较暗区域。利用扫描电镜进行能谱对区域进行标定，可以印证较亮区域zn元素含量较高，较暗区域fe元素含量较高，从而可以证明在镀锌前该钢构件即存在原始缺陷，导致锌液在镀锌的时候从原始缺陷处深入了钢构件。


技术特征：
1.一种快速判断镀锌钢构件原始缺陷的方法，其特征在于：针对发生开裂或断裂失效的输变电设备镀锌钢构件，截取断口纵切面进行背散射电子扫描，并用线扫描标定元素zn与fe元素，即可判断断口是否存在锌液渗入现象。2.如权利要求1所述的一种快速判断镀锌钢构件原始缺陷的方法，其特征在于：所述背散射电子扫描进行前，需对截取的断口纵切面样品进行超声波清洗并干燥。

技术总结
本发明涉及一种快速判断镀锌钢构件原始缺陷的方法，该方法是指：针对发生开裂或断裂失效的输变电设备镀锌钢构件，截取断口纵切面进行背散射电子扫描，并用线扫描标定元素Zn与Fe元素，即可判断断口是否存在锌液渗入现象。本发明简单快捷、灵敏、操作性强，且检测结果可靠直观，适用于在钢构件失效分析过程中开展检测，可以快速判断镀锌钢构件断口处是否存在原始缺陷，根据该检测结果可以调整失效分析的方向及失效原因的判断。向及失效原因的判断。


技术研发人员：蒋菲 李军 高健 张素慧 张兆钰 吕岩婷 谢金鹏 吴金花 滕玉林 陈善义 周延科 张丽 李辉 张洋洋 孙贺斌 赵朝友 武鑫 周云飞 晏得才 石华洲 钱亚勇 杨佩旭 王晨山 贺炜文
受保护的技术使用者：国网甘肃省电力公司电力科学研究院
技术研发日：2021.10.14
技术公布日：2022/2/28