粗晶結(jié)構(gòu)鋼材熱疲勞損傷的超聲無損檢測與評價關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、粗晶奧氏體不銹鋼是常用于工業(yè)承壓設(shè)備的結(jié)構(gòu)鋼材，在其工作過程中，由于長期受到高溫高壓及交互載荷作用，會引起材料內(nèi)部微結(jié)構(gòu)變化和力學(xué)性能退化，是限制設(shè)備使用壽命、造成事故隱患的重要因素。因此，為了預(yù)防事故的發(fā)生和延長設(shè)備的使用壽命，在裂紋產(chǎn)生前就對材料內(nèi)部微結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行早期無損檢測和評價非常必要。 在眾多無損檢測技術(shù)中，超聲脈沖反射技術(shù)以方便、靈敏、成本低、適合在線檢測等優(yōu)點(diǎn)，在金屬材料的無損評價中得到了廣泛應(yīng)用。但是由于奧氏體不

2、銹鋼內(nèi)部晶粒組織的特殊性和測試回路的影響，工程中檢測到的超聲回波信號常常含有較強(qiáng)的晶粒散射等結(jié)構(gòu)噪聲，信噪比一般都較低，利用傳統(tǒng)的探傷儀很難有效的將內(nèi)部缺陷目標(biāo)檢測出來。進(jìn)一步提高信噪比、準(zhǔn)確定位目標(biāo)回波已成為這類材料超聲檢測的難點(diǎn)，而現(xiàn)代信號處理方法為這一問題的解決提供了可能性。 本文首先研究了超聲波基礎(chǔ)理論和金屬材料晶粒組織特性以及材料的超聲表征，給出了超聲回波信號特征及計算衰減系數(shù)、速度、底面反射波頻率、背散射波強(qiáng)度等超聲

3、特征參數(shù)的方法。介紹了本課題依托國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的研究構(gòu)建的超聲檢測實(shí)驗(yàn)裝置，它由寬帶高頻超聲波脈沖發(fā)生/接收器、高頻數(shù)字示波器與PC機(jī)等構(gòu)成，可以使用高頻縱波探頭進(jìn)行直接接觸法超聲檢測，利用數(shù)字示波器的強(qiáng)大功能實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換和快速數(shù)據(jù)采集，利用數(shù)據(jù)處理軟件在PC機(jī)上對波形和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。 針對粗晶鋼材超聲波檢測中回波信號被結(jié)構(gòu)噪聲污染和淹沒的問題，研究了分離譜信號處理方法，該方法利用了結(jié)構(gòu)噪聲和目標(biāo)回波對頻率變換敏

4、感性上的差異，可用于提高粗晶材料超聲檢測信號的信噪比，對微弱缺陷反射回波的提取具有優(yōu)越性。分離譜方法包括信號分離和信號恢復(fù)兩個階段，常用的信號恢復(fù)算法是最小值法和極性閾值法，但它們對濾波器組的參數(shù)設(shè)定很敏感，從而導(dǎo)致濾波效果不佳。因此，本論文開展了改進(jìn)了常用恢復(fù)算法的研究，提出了基于連續(xù)極性一致法作為恢復(fù)算法的分離譜處理方法，該算法不需要被測信號頻帶的先驗(yàn)知識，具有很強(qiáng)的自適應(yīng)能力，通過數(shù)值仿真和對實(shí)測信號的分析，驗(yàn)證了該方法的有效性。

5、 在理論和方法研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展了對典型的高溫耐腐蝕鍋爐用SUS306鉻鎳奧氏體不銹鋼熱疲勞損傷的超聲檢測和評價的實(shí)驗(yàn)研究。文中介紹了對這類材料進(jìn)行高溫?zé)崽幚砗蛿嗔牙鞂?shí)驗(yàn)得到被測試樣的制備情況。對這些試樣進(jìn)行了接觸法高頻超聲檢測實(shí)驗(yàn)，通過對實(shí)驗(yàn)所得超聲回波信號進(jìn)行分析和處理，并結(jié)合材料顯微檢查和力學(xué)性能測試結(jié)果，分析研究了衰減系數(shù)、速度、底面反射波中心頻率、背散射波強(qiáng)度等常規(guī)超聲特征參數(shù)與試樣平均晶粒尺寸、斷裂伸長率之間