粗晶結構鋼材熱疲勞損傷的超聲無損檢測與評價關鍵技術研究.pdf

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

2、銹鋼內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的晶粒散射等結構噪聲，信噪比一般都較低，利用傳統(tǒng)的探傷儀很難有效的將內部缺陷目標檢測出來。進一步提高信噪比、準確定位目標回波已成為這類材料超聲檢測的難點，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基金項目的研究構建的超聲檢測實驗裝置，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機等構成，可以使用高頻縱波探頭進行直接接觸法超聲檢測，利用數(shù)字示波器的強大功能實現(xiàn)A/D轉換和快速數(shù)據(jù)采集，利用數(shù)據(jù)處理軟件在PC機上對波形和實驗數(shù)據(jù)進行分析處理。 針對粗晶鋼材超聲波檢測中回波信號被結構噪聲污染和淹沒的問題，研究了分離譜信號處理方法，該方法利用了結構噪聲和目標回波對頻率變換敏

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兩個階段，常用的信號恢復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)設定很敏感，從而導致濾波效果不佳。因此，本論文開展了改進了常用恢復算法的研究，提出了基于連續(xù)極性一致法作為恢復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知識，具有很強的自適應能力，通過數(shù)值仿真和對實測信號的分析，驗證了該方法的有效性。

5、 在理論和方法研究的基礎上，進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驗研究。文中介紹了對這類材料進行高溫熱處理和斷裂拉伸實驗得到被測試樣的制備情況。對這些試樣進行了接觸法高頻超聲檢測實驗，通過對實驗所得超聲回波信號進行分析和處理，并結合材料顯微檢查和力學性能測試結果，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