本發(fā)明涉及石墨電極檢測，是一種石墨電極及其接頭抗折強度的無損檢測方法。

背景技術(shù)：

石墨電極及其接頭做為多孔材料，其自身的微裂紋狀況直接影響石墨電極及其接頭的抗折強度和使用效果。如果石墨電極或石墨電極接頭內(nèi)部存在裂紋，在使用過程會發(fā)生電極折斷事故甚至?xí)斐伤罓t,直接經(jīng)濟損失可達上百萬。因此、如何能夠通過無損檢測的方式建立數(shù)學(xué)模型計算抗折強度，在電極投入使用前對石墨電極及其接頭從抗折強度上進行有效篩選，就能夠減少、避免在使用過程中由于自身質(zhì)量問題帶來的折斷事故。無損檢測石墨電極及其接頭的抗折強度一直是電極制造企業(yè)研究的方向。目前國外電極制造廠商已經(jīng)能夠在每支電極接頭上標(biāo)明抗彎強度，而國內(nèi)尚無一家能夠做到。這就是本發(fā)明實際需求和研發(fā)原因。

在本發(fā)明之前，有許多人做過相關(guān)的研究和探討，其方向基本集中在應(yīng)用超聲波聲速測量彈性模量后再通過彈性模量計算抗折強度。通過大量實踐證明，該方法不能準(zhǔn)確有效的對每支石墨電極及其接頭質(zhì)量進行評價。原因之一是由于石墨制品是非均勻多孔材料，因此影響了聲速測定的準(zhǔn)確度，原因之二是由于引入分析因子少，因此無法體現(xiàn)石墨材料的綜合性能。為此、本發(fā)明通過引入石墨電極的體積密度、真密度、電阻率、超聲波聲速指標(biāo)，作為抗折強度的測試因子。利用相關(guān)因子建立石墨電極及其接頭的抗折強度數(shù)學(xué)模型，有效的解決了無損檢測石墨電極及其接頭抗折強度準(zhǔn)確計算的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種石墨電極及其接頭抗折強度的無損檢測方法，能夠通過體積密度和真密度、電阻率和超聲波聲速計算石墨電極及其接頭的抗折強度，滿足無損檢測石墨電極及其接頭抗折強度的需要，準(zhǔn)確檢測石墨電極及其接頭的抗折強度，降低石墨電極在使用中的事故率，提高經(jīng)濟效益。

本發(fā)明解決技術(shù)問題的方案是：一種石墨電極及其接頭抗折強度的無損檢測方法，其特征是：包括獲得體積密度、獲得電阻率、獲得超聲波聲速和計算抗折強度，具體步驟如下：

1)獲得石墨電極或石墨電極接頭的體積密度

①石墨電極或石墨電極接頭的幾何參數(shù)

a稱量石墨電極的重量M及石墨電極接頭的重量m；

b測量石墨電極的直徑R_b.、長度L_b；

c測量石墨電極的接頭孔的最大直徑R_k、最小直徑r_k和深度L_k；

d測量石墨電極接頭的長度L_j、最大徑R_j和最小直徑r_j；

②計算石墨電極或石墨電極接頭的體積

a由公式(1)計算石墨電極的接頭孔體積

V_k＝πL_k[(R_k-0.46)²+(r_k-0.46)²+(R_k-0.46)×(r_k-0.46)]/12 (1)

式中：V_k——接頭孔體積；L_k——接頭孔深度；R_k——接頭孔最大直徑；r_k——接頭孔最小直徑；

b計算石墨電極本體的體積

V_b＝(π×R_b²×L_b/4-2×V_k) (2)

將公式(1)帶入公式(2)得到計算石墨電極本體體積的綜合算式(3)

V_b＝{π×R_b²×L_b/4-2×πL_k[(R_k-0.46)²+(r_k-0.46)²+(R_k-0.46)×(r_k-0.46)]/12} (3)

式(2)和(3)中：V_b——石墨電極體積；R_b——石墨電極直徑；L_b——石墨電極長度；V_k——接頭孔體積；；L_k——接頭孔深度；R_k——接頭孔最大直徑；r_k——接頭孔最小直徑；

c由公式(4)計算石墨電極接頭體積

V_j＝π×L_j×{(R_j-0.46)²+(r_j-0.46)²+(R_j-0.46)×(r_j-0.46)}/12 (4)

式中：V_j——石墨電極接頭體積；L_j——石墨電極接頭長度；R_k——石墨電極的接頭孔最大直徑；r_j——石墨電極接頭最小直徑；R_j——石墨電極接頭最大徑；

③計算石墨電極或石墨電極接頭的體積密度

a計算石墨電極的體積密度公式為

d_kb＝M/V_b (5)

將公式(3)帶入公式(5)得到計算石墨電極本體體積密度的綜合算式(6)

d_kb＝M/{π×R_b²×L_b/4-2×πL_k[(R_k-0.46)²+(r_k-0.46)²+(R_k-0.46)×(r_k-0.46)]/12} (6)

式(5)和6)中：d_kb——石墨電極的體積密度；M——石墨電極的稱量重量；V_b——石墨電極體積；R_b——石墨電極直徑；L_b——石墨電極長度；V_k——接頭孔體積；；L_k——接頭孔深度；R_k——接頭孔最大直徑；r_k——接頭孔最小直徑；

b由公式(7)計算石墨電極接頭的體積密度

d_kj＝m/V_j (7)

式中：d_kj——石墨電極接頭的體積密度；m——石墨電極接頭的稱量重量；V_j——石墨電極接頭體積；

2)測量電阻率

把待測石墨電極或石墨電極接頭放入電阻率測定儀當(dāng)中，兩端加2—3MPa的壓力，接通電源測量石墨電極或電極接頭的電流和電壓，通過電阻率測定儀直接計算讀取電阻率；

3)測量超聲波聲速

將待測石墨電極或石墨電極接頭放入超聲波測定儀當(dāng)中，接通電源測量超聲波傳輸時間T，通過超聲波測定儀直接計算讀取；

4)由公式(8)計算石墨電極或石墨電極接頭的抗折強度

δ_b＝0.107[d_k²V²/(du-d_k)/ρ]^1/3 (8)

式中：δ_b——石墨電極或石墨電極接頭的抗折強度；d_k——石墨電極或石墨電極接頭的體積密度，石墨電極的d_k為d_kb，石墨電極接頭的d_k為d_kj，由步驟1)計算獲得；V——石墨電極或石墨電極接頭的超聲波聲速，由步驟3)測量獲得；d_u——電極的真密度，設(shè)為2.24g/cm³；ρ——石墨電極或石墨電極接頭的電阻率，由步驟2)測量獲得；

本發(fā)明的有益效果是：能夠通過體積密度、真密度、電阻率和超聲波聲速計算石墨電極及其接頭的抗折強度，滿足無損檢測石墨電極及其接頭抗折強度的需要，準(zhǔn)確檢測石墨電極及其接頭的抗折強度，降低石墨電極在使用中的事故率，提高經(jīng)濟效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為測量石墨電極電阻率的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為測量石墨電極接頭電阻率的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為測量石墨電極超聲波聲速的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為測量石墨電極接頭超聲波聲速的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1電流表，2電流表，3直流電源，4電壓表，5電壓表，6直流電源，7顯示器，8發(fā)生器，9顯示器，10發(fā)生器。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進一步說明。

實施例1，本實施例用于超高功率Φ400mm的石墨電極，具體步驟如下：

1)獲得石墨電極的體積密度

①測量石墨電極的幾何參數(shù)

a稱量石墨電極的重量M＝442.3×10³g；

b測量石墨電極的直徑R_b＝Φ40.4cm、長度L_b＝208cm；

c測量石墨電極的接頭孔的最大直徑R＝21.593cm、最小直徑r_k＝15cm，深度L_k＝18.338cm；

②計算石墨電極的體積

a由公式(1)計算石墨電極的接頭孔體積

V_k＝πL_k{(R_k-0.46)²+(r_k-0.46)²+(R_k-0.46)×(r_k-0.46)}/12

＝18.338π{(21.593-0.46)²+(15-0.46)²+(21.593-0.46)×(15-0.46)}/12

＝4633.88cm³

b由公式(2)計算石墨電極本體的體積

V_b＝π×R_b²×L_b/4－2×V_k

＝3.14×40.4²×208/4－2×4633.88

＝257235.31cm³

③由公式(5)計算石墨電極的體積密度

d_kb＝M/V_b＝442.3×10³/257235.31＝1.72g/cm³

2)測量電阻率

把待測石墨電極11放入圖2所示電阻率測定儀當(dāng)中，兩端加2—3MPa的壓力，接通直流電源3測量石墨電極11的電流和電壓，通過電阻率測定儀直接計算讀取電阻率ρ＝5.12μΩm；

3)測量超聲波聲速

將待測石墨電極11放入圖4所示超聲波測定儀12當(dāng)中，接通直流電源測量超聲波傳輸時間T，通過超聲波測定儀12的顯示器7直接計算讀取超聲波聲速V＝2725m/s；

4)由公式(8)計算石墨電極11的抗折強度

δ_b＝0.107[d_k²V²/(du-d_k)/ρ]^1/3

＝0.107[1.72²×2725²/(2.24-1.72)/5.12]^1/3

＝21.5MPa

實施例2，本實施例用于超高功率Φ450mm的石墨電極接頭13，具體步驟如下：

1)獲得石墨電極接頭13的體積密度

①測量石墨電極接頭13的幾何參數(shù)

a稱量石墨電極接頭13的重量m＝20.95×10³g；

b測量石墨電極接頭13的長度L_j＝35.56㎝；最大徑R_j＝24.13㎝；最小直徑r_j＝16.95㎝；

②計算石墨電極接頭13的體積密度

將公式(3)帶入公式(5)得到公式(9)，由公式(9)計算石墨電極接頭13的體積密度

d_kj＝m/V_j＝12.m/π/L_j/{(R_j-0.46)²+(r_j-0.46)²+(R_j-0.46)×(r_j-0.46)} (9)

＝12×20.95×10³/π/35.56/{(24.13-0.46)²+(16.95-0.46)²+(24.13-0.46)×(16.95-0.46)}

＝1.842g/cm³

2)測量電阻率

把待測石墨電極接頭13放入圖5所示電阻率測定儀當(dāng)中，兩端加2—3MPa的壓力，接通直流電源6測量石墨電極接頭13的電流和電壓，通過電阻率測定儀直接計算讀取電阻率ρ＝3.01μΩm；

3)測量超聲波聲速

將待測石墨電極接頭13放入圖5所示超聲波測定儀當(dāng)中，接通直流電源測量超聲波傳輸時間T，通過超聲波測定儀直接計算讀取超聲波聲速V＝3289m/s；

4)由公式(8)計算石墨電極接頭13的抗折強度

δ_b＝0.107[d_k²V²/(du-d_k)/ρ]^1/3

＝0.107[1.842²×3289²/(2.24-1.842)/3.01]^1/3

＝33.28MPa

實施例3，本實施例用于超高功率Φ700mm的石墨電極接頭13，具體步驟如下：

1)獲得石墨電極接頭13的體積密度

①測量石墨電極接頭13的幾何參數(shù)

a稱量石墨電極接頭13的重量m＝82.84×10³g；

b測量石墨電極接頭13的長度L_j＝55.88㎝；最大徑R_j＝37.465㎝；最小直徑r_j＝26.592㎝；

②計算石墨電極接頭13的體積密度

將公式(3)帶入公式(5)得到公式(9)，由公式(9)計算石墨電極接頭13的體積密度

d_kj＝m/V_j＝12.m/π/L_j/{(R_j-0.46)²+(r_j-0.46)²+(R_j-0.46)×(r_j-0.46)} (9)

＝12×82.84×10³/π/55.88/{(37.465–0.46)²+(26.592-0.46)²+(37.465-0.46)×(26.592–0.46)}

＝1.87g/cm³

2)測量電阻率

把待測石墨電極接頭13放入圖3所示電阻率測定儀當(dāng)中，兩端加2—3MPa的壓力，接通直流電源6測量石墨電極接頭13的電流和電壓，通過電阻率測定儀直接計算讀取電阻率ρ＝2.7μΩm；

3)測量超聲波聲速

將待測石墨電極接頭13放入圖5所示超聲波測定儀當(dāng)中，接通直流電源測量超聲波傳輸時間T，通過超聲波測定儀的顯示器9直接計算讀取超聲波聲速V＝3190m/s；

4)由公式(8)計算石墨電極接頭13的抗折強度

δ_b＝0.107[d_k²V²/(du-d_k)/ρ]^1/3

＝0.107[1.87²×3190²/(2.24-1.87)/2.7]^1/3

＝35MPa。