反射式非线性超声评价典型高温设备用钢蠕变状态的试验研究
在工业迅速发展的今天，尤其在能源动力、石油化工、航空航天等众多领域中，许多金属构件在高温、高压的条件下长期服役，在这种环境服役的机械设备不仅要承受高温，还要承受一定的压力，这就不可避免的出现蠕变损伤现象。这种蠕变现象制约着设备的运行，也威胁着设备的安全，一旦发生事故往往会造成重大人员及财产损伤，因此评估设备蠕变状态并预测材料剩余寿命就显得极其重要了，但是现有的非线性超声表征蠕变的研究还停留在实验室阶段，探究更符合工业生产现场的非线性超声参量检测方法及装置成为现在急需解决的问题。为了解决这些问题，提出了采集并分离检测波一次底波的反射信号作为获取非线性超声参量的方法并设计搭建了一套反射式非线性超声检测装置，本文做了以下的工作： （1）对国内外关于材料蠕变状态表征的技术进行了总结，分析了超声检测的基本原理以及高次谐波在材料中产生的原因，并对幅值检测法下的非线性超声参量的表达公式进行了理论推导。在基于超声非线性参量表征材料蠕变状态的基础上总结了目前通过板波、lamb波、表面波和纵波等常用超声非线性检测方法，在现有检测方法局限性的情况下，提出了采集并分离超声检测一次底波反射波作为获取用于评估材料蠕变状态的超声非线性参量的方法； （2）在透射式检测法的基础上设计并搭建了反射式非线性超声检测试验平台，并与透射式非线性超声检测试验平台进行形成对比，同时对反射式非线性超声检测所需要的试件进行了理论分析。在实验室条件下计算了时间需要满足的厚度要求，并在满足检测条件的基础上为试验提供了在700℃高温、50MPa单向拉应力、蠕变时间分别为0h、120h和250h的三个带有焊缝结构的P91钢试件，在高温蠕变条件下试件的断裂时间为350h，断裂位置为热影响区； （3）根据设计并搭建的反射式非线性超声检测试验平台对在蠕变时间为0h、120h和250h且带有焊缝结构的P91钢蠕变试件进行检测。结果表明：超声二次谐波非线性参量在P91钢试块经历120h和250h的蠕变时间之后母材区相对变化为2.9%、17.4%，焊缝区相对变化为2%，23.6%，热影响区相对变化为5.6%、34%。利用该反射式非线性超声检测试验系统及方法进行检测可以有效地区分不同蠕变时间的试块，且试验结果与透射式检测下的超声非线性参量，以及硬度值的变化有着很好的吻合性，并通过对服役时间超过2万小时的蒸汽管道进行了检测对反射式非线性超声检测系统和检测方法进行了进一步验证。
非线性超声评价;高温设备用钢;蠕变状态
中国计量大学
硕士
安全工程
王强;胡斌
2019
中文
TG174.35
2020-04-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）