(硕士论文)粗晶结构钢材热疲劳损伤的超声无损检测与评价关键技术研究(可编辑).doc

上海大学硕士学位论文 摘要 粗晶奥氏体不锈钢是常用于工业承压设备的结构钢材，在其工作过程中，由 于长期受到高温高压及交互载荷作用，会引起材料内部微结构变化和力学性能退 化，是限制设备使用寿命、造成事故隐患的重要因素。因此，为了预防事故的发 生和延长设备的使用寿命，在裂纹产生前就对材料内部微结构损伤进行早期无损 检测和评价非常必要。 在众多无损检测技术中，超声脉冲反射技术以方便、灵敏、成本低、适合在 线检测等优点，在金属材料的无损评价中得到了广泛应用。但是由于奥氏体不锈 钢内部晶粒组织的特殊性和测试回路的影响，工程中检测到的超声回波信号常常 含有较强的晶粒散射等结构噪声，信噪比一般都较低，利用传统的探伤仪很难有 效的将内部缺陷目标检测出来。进一步提高信噪比、准确定位目标回波已成为这 类材料超声检测的难点，而现代信号处理方法为这一问题的解决提供了可能性。 本文首先研究了超声波基础理论和金属材料晶粒组织特性以及材料的超声 表征，给出了超声回波信号特征及计算衰减系数、速度、底面反射波频率、背散 射波强度等超声特征参数的方法。介绍了本课题依托国家自然科学基金项目的研 究构建的超声检测实验装置，它由宽带高频超声波脉冲发生／接收器、高频数字示 波器与PC机等构成，可以使用高频纵波探头进行直接接触法超声检测，利用数 字示波器的强大功能实现AL／D转换和快速数据采集，利用数据处理软件在Pc机 上对波形和实验数据进行分析处理。 针对粗晶钢材超声波检测中回波信号被结构噪声污染和淹没的问题，研究了 分离谱信号处理方法，该方法利用了结构噪声和目标回波对频率变换敏感性上的 差异，可用于提高粗晶材料超声检测信号的信噪比，对微弱缺陷反射回波的提取 具有优越性。分离谱方法包括信号分离和信号恢复两个阶段，常用的信号恢复算 法是最小值法和极性阈值法，但它们对滤波器组的参数设定很敏感，从而导致滤 波效果不佳。因此，本论文开展了改进了常用恢复算法的研究，提出了基于连续 极性一致法作为恢复算法的分离谱处理方法，该算法不需要被测信号频带的先验 知识，具有很强的自适应能力，通过数值仿真和对实测信号的分析，验证了该方 法的有效性。 V 上海大学硕士学位论文 在理论和方法研究的基础上，进一步开展了对典型的高温耐腐蚀锅炉用 SUS306铬镍奥氏体不锈钢热疲劳损伤的超声检测和评价的实验研究。文中介绍 了对这类材料进行高温热处理和断裂拉伸实验得到被测试样的制备情况。对这些 试样进行了接触法高频超声检测实验，通过对实验所得超声回波信号进行分析和 处理，并结合材料显微检查和力学性能测试结果，分析研究了衰减系数、速度、 底面反射波中心频率、背散射波强度等常规超声特征参数与试样平均晶粒尺寸、 断裂伸长率之间的关系，这些研究对于利用超声脉冲反射技术进行这类材料热疲 。 劳损伤的无损评价具有实际意义。 关键词：无损检测与评价，超声特征参数，分离谱技术，连续极性一致法，晶 粒尺寸，断裂伸长率 Vl 上海大学硕士学位论文 ABSTRACT S仃uc胁lStI纠in s伽m韶ssteel is黝oIlly邯ed Coarse鲥n卸steIlitic jnml嘶alf；ldlities南r itS1ifeof c讹啪st趾ceof service，Ⅱle b伽曲gpressure．Du血g causemc咖lsfonIlationofiIlt锄a1s协眦栅IreofⅡ1e lli曲t锄per船锄dlligllpressure