CN112730065A - 一种异种钢焊接接头蠕变损伤的评价方法 - Google Patents

Abstract

一种异种钢焊接接头蠕变损伤的评价方法，(1)制备与待评估件焊接工艺相同的试验件，通过蠕变断裂试验获得持久寿命t_r，标记蠕变断裂位置为危险部位；(2)通过微观组织观察和硬度测量获得待评估件危险部位的孔洞晶界数与观察晶界数比值A和硬度值与夹持端硬度值之比H/H₀，损伤变量D＝(A+H/H₀)/2；(3)进行试验件的蠕变中断实验，计算不同中断时间t_k对应的晶界数比值A_k和硬度值之比H_k/H_k0，通过拟合获得A、H/H₀与寿命耗损率t/t_r的函数关系；(4)建立D和t/t_r的函数关系，从而评价待评估件的蠕变损伤程度。本方法可应用于核电、火电领域的金属材料富裕性能评估，为工程应用中的材料选择和质量评定提供有效可靠的参考依据。

Description

一种异种钢焊接接头蠕变损伤的评价方法

技术领域

本发明属于材料检测技术领域，具体涉及一种异种钢焊接接头蠕变损伤的评价方法。

背景技术

异种钢焊接接头(英文简称，DMJ)具有各种工业应用。DMJ最常用于发电厂，化学和石化行业，主要是为了满足强度要求，设计要求，服役条件并降低成本。DMJ由于涉及两种或三种以上材料的连接，在焊接热循环的特殊作用以及在设备的运行过程中，由于热膨胀系数差异而形成的热应力、碳迁移等，导致焊接接头的物理、化学、组织结构、机械性能往往发生不利变化，特别是在熔合区部位，组织和成分发生突变，形成硬化层(富碳)和软化区(贫碳)，导致接头的高温蠕变抗力和使用性能劣化，发生蠕变损伤、并形成孔洞、微裂纹，经缓慢扩展至临界状态，最终导致接头快速失稳断裂。由于异种钢焊接接头的上述特性，异种钢的焊缝/母材界面和热影响区对早期蠕变失效十分敏感，接头的使用寿命常常达不到设计要求，一般约为同种钢接头寿命的1/5～1/2，造成机组非正常停机及一定的经济损失。

在役火电机组，尤其是五六七十年代兴建的高参数大容量火电机组，由于长期运行，设备不断老化，一些长期在蠕变高温下工作的部件，已达到甚至超过设计寿命的使用年限。对这些长期运行后寿命已有相当程度损耗的高温部件，需要准确诊断其损伤程度和合理评定剩余寿命，以便能及时地更换那些已处于危险状态的部件，避免突发事故的出现。近年来，国内外用蠕变损伤概念来评定火电厂高温部件剩余寿命已进行了大量的研究和实践，但是对异种钢焊接接头的蠕变损伤评价方法的报道较少。为更精确的评价异种钢焊接接头的蠕变损伤程度，本发明提出了一种异种钢焊接接头蠕变损伤的评价方法。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种异种钢焊接接头蠕变损伤的评价方法，具体步骤如下：

步骤1)制备与待评估件焊接工艺相同的试验件，进行蠕变断裂试验，获得持久寿命t_r，并标记其蠕变断裂位置为危险部位；

步骤2)对待评估件对应的危险部位，通过微观组织观察计算孔洞晶界数与观察晶界数比值A，通过硬度测量计算危险部位硬度值与夹持端硬度值之比H/H₀，其特征在于，后继步骤包括：

步骤3)对试验件进行蠕变中断实验，获得不同蠕变中断时间t_k对应的A_k，基于多组A_k、t_k，采用A＝a(t/t_r)^n拟合得到参数a和n；

步骤4)获得不同蠕变中断时间t_k下试验件对应危险部位的硬度H_k和试验件夹持端硬度H_k0，基于多组H_k、H_k0、t_k，采用H/H₀＝b-c(t/t_r)拟合得到参数b和c；

步骤5)建立损伤变量与寿命耗损率的关系：D＝(a(t/t_r)^n-c(t/t_r)+b)/2；对待评估件，定义损伤变量D＝(A+H/H₀)/2，代入上述关系式a(t/t_r)^n-c(t/t_r)+b-2D＝0，获得其寿命耗损率(t/t_r)。

进一步的，所述步骤3)中，统计的孔洞直径>1um。

进一步的，所述步骤7)中，根据损伤变量D对损伤程度进行等级划分。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、目前还没有完善的对异种钢焊接接头进行蠕变损伤评价的方法，因此本方法属于在这一领域的新探索。

2、目前对于金属高温部件蠕变损伤评价的方法仅仅采用孔洞单一参数的定量或定性评定方法，常因测试技术、手段、测量工作量大和测试经验不够等原因使评价结果偏于保守，有时难以估计其保守程度。而本评价方法将蠕变损伤的定量描述和定性分析有机的结合起来，建立了蠕变孔洞发生量、级别与蠕变寿命耗损率之间的内在联系。所以，通过蠕变损伤孔洞的量和级别综合分析蠕变寿命损耗率，使评价方法更加科学。

3、依据分析微观组织分析可建立基于空洞的蠕变损伤评价方法，而依据力学性能测试可建立基于硬度的蠕变损伤评价方法，本方法将这两种方法结合起来，使得评价结果更加可靠。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及附图详细给出。

附图说明

图1为本发明所述评价方法的步骤框图；

图2为实施例焊接接头的断裂位置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例：

已知某异种钢焊接接头发生损伤蠕变，制备与该待评估件焊接工艺相同的试验件，进行蠕变断裂试验，获得持久寿命t_r，并标记其蠕变断裂位置为危险部位，如图2所示，其断裂位置在细晶热影响区。

对于经历某一蠕变时间的所述焊接接头待评估件，在对应的危险部位，通过微观组织分析和力学性能测试分别获得A、H/H₀，A表示晶界孔洞比例(孔洞晶界数与该区域的总晶界数之比)，H/H₀表示危险部位硬度值与夹持端硬度值之比H/H₀；

对上述试验件进行蠕变中断实验，测量统计不同蠕变中断时间t_k对应的A_k，统计的孔洞直径>1μm，基于多组A_k、t_k，采用A＝a(t/t_r)^n拟合得到晶界孔洞比例数与寿命损耗率的关系如下式：

A＝0.48(t/t_r)^2.13 (1)

对上述试验件测量统计不同蠕变中断时间t_k下对应的细晶热影响区即对应危险部位的硬度H_k和夹持端硬度H_k0，基于多组H_k、H_k0、t_k，采用H/H₀＝b-c(t/t_r)拟合得到如下所示关系式：

H/H₀＝0.92-0.16(t/t_r) (2)

建立损伤变量D的关系如下式：

D＝(A+H/H₀)/2 (3)

根据高温部件蠕变孔洞的形核、长大、连续直至裂纹法身、长大的损伤过程，结合公式(1),(2)，根据损伤变量D将蠕变损伤划分为I、II、III和IV四个等级，综合评定如下表，从而根据D和表1得到所述接头的蠕变损伤级别。

表1.蠕变损伤评价表

将公式(1)(2)代入(3)，由损伤变量关系式0.46-0.08t/t_r+0.24(t/t_r)^2.13-2D＝0，得到所述待评估件的寿命耗损率(t/t_r)。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种异种钢焊接接头蠕变损伤的评价方法，步骤1)制备与待评估件焊接工艺相同的试验件，进行蠕变断裂试验，获得持久寿命t_r，并标记其蠕变断裂位置为危险部位；步骤2)对待评估件对应的危险部位，通过微观组织观察计算孔洞晶界数与观察晶界数比值A，通过硬度测量计算危险部位硬度值与夹持端硬度值之比H/H₀，其特征在于，后继步骤包括：

步骤3)对试验件进行蠕变中断实验，获得不同蠕变中断时间t_k对应的A_k，基于多组A_k、t_k，采用A＝a(t/t_r)^n拟合得到参数a和n；

步骤4)获得不同蠕变中断时间t_k下试验件对应危险部位的硬度H_k和试验件夹持端硬度H_k0，基于多组H_k、H_k0、t_k，采用H/H₀＝b-c(t/t_r)拟合得到参数b和c；

步骤5)建立损伤变量与寿命耗损率的关系：D＝(a(t/t_r)^n-c(t/t_r)+b)/2；对待评估件，定义损伤变量D＝(A+H/H₀)/2，代入上述关系式a(t/t_r)^n-c(t/t_r)+b-2D＝0，获得其寿命耗损率(t/t_r)。

2.根据权利要求1所述的异种钢焊接接头蠕变损伤的评价方法，所述步骤3)中，统计的孔洞直径>1um。

3.根据权利要求1或2任一所述的异种钢焊接接头蠕变损伤的评价方法，所述步骤5)中，根据损伤变量D对损伤程度进行等级划分。

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