CCASS母材結構建模與超聲檢測數(shù)值模擬研究.pdf

1、專業(yè)學位碩士學位論文CCASS母材結構建模與超聲檢測數(shù)值模擬研究ResearchonModelingofCCASSBaseMetalStructureandNumericalSimulationofUltrasonicTesting學31105012大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學專業(yè)學位碩士學位論文摘要窄間隙自動焊具有焊縫寬度小、質(zhì)量高、焊接工期短等優(yōu)點，目前在核電站主管道焊接領域已逐步

2、替代傳統(tǒng)的焊條電弧焊。壓水堆核電站主管道焊縫通常使用雙晶縱波斜探頭進行超聲檢測，與焊條電弧焊焊縫相比，聲波在窄間隙自動焊焊縫母材中的傳播距離較長，以壁厚66mm的離心鑄造奧氏體不銹鋼(CentrifugalCastingAusteniticStainlessSteel，CCASS)窄間隙自動焊焊縫為例，利用入射角為45。的雙晶斜探頭檢測深度30ram的缺陷時，聲波在母材中的傳播距離(37mm)遠遠大于在焊縫中的傳播距離(5mm)。由于C

3、CASS母材晶粒粗大，具有明顯的非均質(zhì)性及彈性各向異性，導致超聲發(fā)生聲束畸變和嚴重散射衰減，降低了檢測信噪比。鑒于數(shù)值模擬具有可視性好、參數(shù)調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點，可以有效模擬超聲波在材料中的傳播，通過與實驗研究相結合能夠提高檢測效率，對于超聲檢測研究具有重要意義?；诂F(xiàn)有建模主要針對焊縫，而母材建模研究較少的現(xiàn)狀，本研究針對牌號為Z3CN2009M的CCASS材料，采用通用的Voronoi圖開展母材組織結構建模研究，并利用有限差分法進行超聲檢

4、測數(shù)值模擬，主要內(nèi)容如下：(1)對CCASS試塊的宏觀金相分析表明，母材主要由柱狀晶區(qū)和等軸晶區(qū)交疊構成，分層現(xiàn)象明顯，且不同等軸晶區(qū)的平均晶粒直徑存在差異。對壁厚96mm的CCASS試塊母材晶粒直徑進行測量，測得柱狀晶的長度為1277mm，寬度為11lmm，長徑比約為115；采用截距法，截取30mm長度測得從外壁到內(nèi)壁的三層等軸晶區(qū)的平均晶粒直徑分別為12mm、18mm和28ram。(2)對CCASS試塊進行聲學參數(shù)測量，試塊焊縫左側

5、、右側母材平均縱波聲速分別為5714m／s和5770m／s，左右兩側聲速相差56m／s，聲速波動△以=098％；試塊焊縫左側、右側母材的衰減系數(shù)分別為0098dB／mm和0074dB／mm，二者相差0024dB／mm，相對差值約24％，衰減系數(shù)差別較大。(3)基于Voronoi圖，利用MATLAB分別建立CCASS試塊的柱狀晶區(qū)模型和等軸晶區(qū)模型，并以此為基礎得到CCASS試塊的母材模型，將模擬計算得到的時域波形、縱波聲速和聲衰減系數(shù)與