CN114324604A - 一种奥氏体管内显微组织老化的超声检测方法 - Google Patents

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崔伦
杜好阳
胡飞飞
武志威
李一木
刘婉婷
吕传仁
王鹏举
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Changchun Kelian Power Technology Development Co ltd
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Abstract

本发明涉及一种奥氏体管内显微组织老化的超声检测方法，属于无损检测领域。从被检测管上沿横截面切取环向试样，采用检测系统中的水浸超声检测探头进行检测，建立横波衰减系数、微观组织、材料老化程度之间的非线性映射关系，评价该试验的老化程度。优点是提出水浸高频超声进行奥氏体管内显微组织老化的超声检测方法，利用高频超声对进行奥氏体管检测，通过测量超声衰减系数与声速，反应奥氏体不锈钢管壁老化的情况，选取常规便携式超声探伤仪，方便进行现场检测，采用无损检测方法对奥氏体不锈钢老化程度进行评级，通过检测试样的取样，完成奥氏体不锈钢管内壁老化程度超声测量。

Description

一种奥氏体管内显微组织老化的超声检测方法
技术领域
本发明属于无损检测领域，具体涉及一种奥氏体管内显微组织老化的超声检测方法，其主要针对的是火电厂、核电、石油化工等领域的在役耐热奥氏体不锈钢管显微组织的测量。
背景技术
耐热奥氏体不锈钢在高温下具有高的强度，良好的蒸汽氧化耐性，良好的炉面腐蚀耐性和足够的结构稳定性，被广泛应用于超临界、超超临界发电机组中。耐热奥氏体不锈钢在290～350℃的使用温度范围长期服役，其组织和性能会发生环境退化，断裂韧性下降，应力腐蚀开裂敏感性相应增加，不锈钢材料发生热老化现象，对发电机组的安全性造成不利影响，相关研究表明，耐热奥氏体不锈钢老化程度的不同，导致其性能下降的程度也不一样。因此，奥氏体管内显微组织老化的测量对在役耐热奥氏体管寿命的有效评估具有重要意义。
超声波能量高、指向性好、穿透能力强，且对于材料组织的连续性的不均匀分布有较高的敏感性，在材料组织对超声波的影响方面已有一定的研究和应用，如用超声声速、声衰减系数表征材料晶粒尺寸和材料硬度，由于奥氏体管在使用过程中显微组织会发生老化。超声纵波理论声速如式(2)所示。式中CL为声速；E为介质的弹性模量；ρ为介质的密度；σ为介质的泊松比。
Figure BDA0003413773530000011
其影响因素为材料弹性模量E和材料密度ρ，弹性模量与原子间作用力和原子间距有关，金属材料的密度也与组织结构有关，故声速与金属材料内部的组织结构和晶体取向有必然的联系。在多晶金属材料中，超声波能量损失，即超声波衰减，损失最大的部分是由晶粒散射引起的，超声波能量损失的计算常用超声波衰减系数计算公式计算，见式(3)：
Figure BDA0003413773530000012
式中：m为底波的反射次数；n为底波的反射次数；Bm、Bn分别为第m、n次底波高度。材料中的杂质、晶粒、内应力、第二相、多晶体晶界等非均匀性，都会造成散射衰减，超声波的衰减则几乎与上述所有参数都有明显的相关性。奥氏体不锈钢管壁组织老化会导致其声阻抗发生变化，声阻抗变化后会导致超声波传播过程中衰减系数增加。所以可以通过测量其衰减系数，可以表征奥氏体不锈钢管壁组织老化状态，但目前存在在役耐热奥氏体不锈钢管管壁老化测量难的问题。
发明内容
本发明提供一种奥氏体管内显微组织老化的超声检测方法，以解决在役耐热奥氏体不锈钢管管壁老化测量难的问题。
本发明采取的技术方案是：包括下列步骤：
(一)、取样方法：从被检测管上沿横截面切取环向试样，切割中应控制样品的温度，当采用火焰切割时，则应将热影响区完全去除；
(二)实验方法：
(1)采用检测系统中的水浸超声检测探头进行检测，将试样放入充有除气蒸馏水的测试水槽中，并由试样夹持装置，保持温度起伏不超过±0.1℃，在预定温度恒定1～2小时，使样品表面充分浸润且不附有气泡，用精密温度计测量水的温度，将相对放置的两个超声检测探头分别与超声波探伤仪电连接；
(2)调节超声波探伤仪，使试样波形回波适当显示，调节换能器的夹持系统，使第一次接收信号幅度为最大，确保发射与接收换能器辐射面平行，声轴对准；
(3)调节超声波探伤仪的射频脉冲发生器的输出，使位于两个超声检测探头中间的试样具有适当的透射信号幅度，用示波器的电子游标测得插入厚度为d的试样前后第一个接收脉冲的幅度A和A0，用游标卡尺或千分尺测量水温条件下的样品厚度d，查表得到，所在温度下水的密度ρ和声速Cw，代入公式1计算衰减系数：
Figure BDA0003413773530000021
其中：a—样品材料的声衰减系数，dB/m；
d—样品厚度，单位：m；
A0—插入样品前接收脉冲幅值，单位V；
A—插入样品后接收脉冲幅值，单位V；
ρ—样品材料密度，单位：kg/m；
C—样品材料中声速，单位：m/s；
ρw—-水的密度，单位：kg/m3；
Cw—水中声速，单位：m/s；
(三)、定量方法：根据电力行业标准DL/T 1422-2015 18Cr-8Ni系列奥氏体不锈钢锅炉管显微组织老化评级标准，选择四种不同老化等级试样，分别为未老化、轻度老化、中度老化、重度老化、完全老化，五种试样，进行前面所述相关实验，并按公式(1)计算不同试件纵波传播的衰减系数，从而建立横波衰减系数、微观组织、材料老化程度之间的非线性映射关系，作为纵波衰减系数与奥氏体不锈钢老化指标的定量评价参量；
(四)、实际检测：选择现场实际取的试样，进行相关检测，带入公式(1)得到该试样的实际衰减系统，根据定量方法中的非线性曲线选取衰减系统所对应的老化等级，来评价该试验的老化程度。
本发明所述步骤(一)取样方法中，试样的切割采用机械或线切割方法。
本发明所述步骤(一)取样方法中，试样的检验面应进行平整，平整时应注意试样的冷却。
本发明所述步骤(二)实验方法中的检测系统包括水槽，试样夹持装置固定连接在水槽内部中央，两个超声探头装置分别位于试样夹持装置的两侧，其中超声探头装置的纵向调节丝杠安装在纵向移动滑轨中间，横向移动滑轨与纵向调节丝杠的螺母连接，横向调节丝杠安装在横向移动滑轨中，纵向升降移动滑轨与横向调节丝杠的螺母连接，纵向升降调节丝杠安装在纵向升降移动滑轨中，超声检测探头安装在纵向升降调节丝杠的螺母上。
本发明的有益效果是提出水浸高频超声进行奥氏体管内显微组织老化的超声检测方法，利用高频超声对进行奥氏体管检测，通过测量超声衰减系数与声速，反应奥氏体不锈钢管壁老化的情况，选取常规便携式超声探伤仪，方便进行现场检测，采用无损检测方法对奥氏体不锈钢老化程度进行评级，通过检测试样的取样，完成奥氏体不锈钢管内壁老化程度超声测量。
附图说明
图1是本发明涡流检测系统的结构示意图；
图2是衰减与老化等级关系曲线图。
具体实施方式
实施例1
(一)、取样方法：从被检测管上沿横截面切取环向试样，试样的切割采用机械或线切割方法，切割中应控制样品的温度，当采用火焰切割时，则应将热影响区完全去除，试样的检验面应进行平整，平整时应注意试样的冷却；
(二)实验方法：
(1)采用检测系统中的水浸超声检测探头进行检测，如图1所示，将试样4放入充有除气蒸馏水的测试水槽1中，并由试样夹持装置2，保持温度起伏不超过±0.1℃，在预定温度恒定1小时，使样品表面充分浸润且不附有气泡，用精密温度计测量水的温度，将相对放置的两个超声检测探头307分别与超声波探伤仪电连接；
(2)调节超声波探伤仪，使试样波形回波适当显示，调节换能器的夹持系统，使第一次接收信号幅度为最大，确保发射与接收换能器辐射面平行，声轴对准；
(3)调节超声波探伤仪的射频脉冲发生器的输出，使位于两个超声检测探头307中间的试样具有适当的透射信号幅度，用示波器的电子游标测得插入厚度为d的试样前后第一个接收脉冲的幅度A和A0，用游标卡尺或千分尺测量水温条件下的样品厚度d，查表得到，所在温度下水的密度ρ和声速Cw，代入公式(1)计算衰减系数：
Figure BDA0003413773530000041
其中：a—样品材料的声衰减系数，dB/m；
d—样品厚度，单位：m；
A0—插入样品前接收脉冲幅值，单位V；
A—插入样品后接收脉冲幅值，单位V；
ρ—样品材料密度，单位：kg/m；
C—样品材料中声速，单位：m/s；
ρw—-水的密度，单位：kg/m3；
Cw—水中声速，单位：m/s；
(三)、定量方法：根据电力行业标准DL/T 1422-2015 18Cr-8Ni系列奥氏体不锈钢锅炉管显微组织老化评级标准，选择四种不同老化等级试样，分别为未老化、轻度老化、中度老化、重度老化、完全老化，五种试样，进行前面所述相关实验，并按公式(1)计算不同试件纵波传播的衰减系数，从而建立横波衰减系数、微观组织、材料老化程度之间的非线性映射关系，如图2，作为纵波衰减系数与奥氏体不锈钢老化指标的定量评价参量；
(四)、实际检测：选择现场实际取在试样，进行相关检测，带入公式(1)得到该试样的实际衰减系统，根据定量方法中的非线性曲线选取衰减系统所对应的老化等级，来评价该试验的老化程度。
实施例2
(一)、取样方法：从被检测管上沿横截面切取环向试样，试样的切割采用机械或线切割方法，切割中应控制样品的温度，当采用火焰切割时，则应将热影响区完全去除，试样的检验面应进行平整，平整时应注意试样的冷却；
(二)实验方法：
(1)采用检测系统中的水浸超声检测探头进行检测，如图1所示，将试样4放入充有除气蒸馏水的测试水槽1中，并由试样夹持装置2，保持温度起伏不超过±0.1℃，在预定温度恒定1.5小时，使样品表面充分浸润且不附有气泡，用精密温度计测量水的温度，将相对放置的两个超声检测探头307分别与超声波探伤仪电连接；
(2)调节超声波探伤仪，使试样波形回波适当显示，调节换能器的夹持系统，使第一次接收信号幅度为最大，确保发射与接收换能器辐射面平行，声轴对准；
(3)调节超声波探伤仪的射频脉冲发生器的输出，使位于两个超声检测探头307中间的试样具有适当的透射信号幅度，用示波器的电子游标测得插入厚度为d的试样前后第一个接收脉冲的幅度A和A0，用游标卡尺或千分尺测量水温条件下的样品厚度d，查表得到，所在温度下水的密度ρ和声速Cw，代入公式(1)计算衰减系数：
Figure BDA0003413773530000051
其中：a—样品材料的声衰减系数，dB/m；
d—样品厚度，单位：m；
A0—插入样品前接收脉冲幅值，单位V；
A—插入样品后接收脉冲幅值，单位V；
ρ—样品材料密度，单位：kg/m；
C—样品材料中声速，单位：m/s；
ρw—-水的密度，单位：kg/m3；
Cw—水中声速，单位：m/s；
(三)、定量方法：根据电力行业标准DL/T 1422-2015 18Cr-8Ni系列奥氏体不锈钢锅炉管显微组织老化评级标准，选择四种不同老化等级试样，分别为未老化、轻度老化、中度老化、重度老化、完全老化，五种试样，进行前面所述相关实验，并按公式(1)计算不同试件纵波传播的衰减系数，从而建立横波衰减系数、微观组织、材料老化程度之间的非线性映射关系，如图2，作为纵波衰减系数与奥氏体不锈钢老化指标的定量评价参量；
(四)、实际检测：选择现场实际取在试样，进行相关检测，带入公式(1)得到该试样的实际衰减系统，根据定量方法中的非线性曲线选取衰减系统所对应的老化等级，来评价该试验的老化程度。
实施例3
(一)、取样方法：从被检测管上沿横截面切取环向试样，试样的切割采用机械或线切割方法，切割中应控制样品的温度，当采用火焰切割时，则应将热影响区完全去除，试样的检验面应进行平整，平整时应注意试样的冷却；
(二)实验方法：
(1)采用检测系统中的水浸超声检测探头进行检测，如图1所示，将试样4放入充有除气蒸馏水的测试水槽1中，并由试样夹持装置2，保持温度起伏不超过±0.1℃，在预定温度恒定2小时，使样品表面充分浸润且不附有气泡，用精密温度计测量水的温度，将相对放置的两个超声检测探头307分别与超声波探伤仪电连接；
(2)调节超声波探伤仪，使试样波形回波适当显示，调节换能器的夹持系统，使第一次接收信号幅度为最大，确保发射与接收换能器辐射面平行，声轴对准；
(3)调节超声波探伤仪的射频脉冲发生器的输出，使位于两个超声检测探头307中间的试样具有适当的透射信号幅度，用示波器的电子游标测得插入厚度为d的试样前后第一个接收脉冲的幅度A和A0，用游标卡尺或千分尺测量水温条件下的样品厚度d，查表得到，所在温度下水的密度ρ和声速Cw，代入公式(1)计算衰减系数：
Figure BDA0003413773530000061
其中：a—样品材料的声衰减系数，dB/m；
d—样品厚度，单位：m；
A0—插入样品前接收脉冲幅值，单位V；
A—插入样品后接收脉冲幅值，单位V；
ρ—样品材料密度，单位：kg/m；
C—样品材料中声速，单位：m/s；
ρw—-水的密度，单位：kg/m3；
Cw—水中声速，单位：m/s；
(三)、定量方法：根据电力行业标准DL/T 1422-2015 18Cr-8Ni系列奥氏体不锈钢锅炉管显微组织老化评级标准，选择四种不同老化等级试样，分别为未老化、轻度老化、中度老化、重度老化、完全老化，五种试样，进行前面所述相关实验，并按公式(1)计算不同试件纵波传播的衰减系数，从而建立横波衰减系数、微观组织、材料老化程度之间的非线性映射关系，如图2，作为纵波衰减系数与奥氏体不锈钢老化指标的定量评价参量；
(四)、实际检测：选择现场实际取在试样，进行相关检测，带入公式(1)得到该试样的实际衰减系统，根据定量方法中的非线性曲线选取衰减系统所对应的老化等级，来评价该试验的老化程度。
上述实施例中，所述步骤(二)实验方法中的检测系统包括水槽1，试样夹持装置2固定连接在水槽内部中央，两个超声探头装置3分别位于试样夹持装置2的两侧，其中超声探头装置3的纵向调节丝杠301安装在纵向移动滑轨302中间，横向移动滑轨303与纵向调节丝杠301的螺母连接，横向调节丝杠304安装在横向移动滑轨303中，纵向升降移动滑轨305与横向调节丝杠304的螺母连接，纵向升降调节丝杠306安装在纵向升降移动滑轨305中，超声探头307安装在纵向升降调节丝杠306的螺母上。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
此外，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

Claims (4)

1.一种奥氏体管内显微组织老化的超声检测方法，其特征在于，包括下列步骤：
(一)、取样方法：从被检测管上沿横截面切取环向试样，切割中应控制样品的温度，当采用火焰切割时，则应将热影响区完全去除；
(二)实验方法：
(1)采用检测系统中的水浸超声检测探头进行检测，将试样放入充有除气蒸馏水的测试水槽中，并由试样夹持装置，保持温度起伏不超过±0.1℃，在预定温度恒定1～2小时，使样品表面充分浸润且不附有气泡，用精密温度计测量水的温度，将相对放置的两个超声检测探头分别与超声波探伤仪电连接；
(2)调节超声波探伤仪，使试样波形回波适当显示，调节换能器的夹持系统，使第一次接收信号幅度为最大，确保发射与接收换能器辐射面平行，声轴对准；
(3)调节超声波探伤仪的射频脉冲发生器的输出，使位于两个超声检测探头中间的试样具有适当的透射信号幅度，用示波器的电子游标测得插入厚度为d的试样前后第一个接收脉冲的幅度A和A0，用游标卡尺或千分尺测量水温条件下的样品厚度d，查表得到，所在温度下水的密度ρ和声速Cw，代入公式(1)计算衰减系数：
Figure FDA0003413773520000011
其中：a—样品材料的声衰减系数，dB/m；
d—样品厚度，单位：m；
A0—插入样品前接收脉冲幅值，单位V；
A—插入样品后接收脉冲幅值，单位V；
ρ—样品材料密度，单位：kg/m；
C—样品材料中声速，单位：m/s；
ρw—-水的密度，单位：kg/m3；
Cw—水中声速，单位：m/s；
(三)、定量方法：根据电力行业标准DL/T 1422-2015 18Cr-8Ni系列奥氏体不锈钢锅炉管显微组织老化评级标准，选择四种不同老化等级试样，分别为未老化、轻度老化、中度老化、重度老化、完全老化，五种试样，进行前面所述相关实验，并按公式(1)计算不同试件纵波传播的衰减系数，从而建立横波衰减系数、微观组织、材料老化程度之间的非线性映射关系，作为纵波衰减系数与奥氏体不锈钢老化指标的定量评价参量；
(四)、实际检测：选择现场实际取的试样，进行相关检测，带入公式(1)得到该试样的实际衰减系统，根据定量方法中的非线性曲线选取衰减系统所对应的老化等级，来评价该试验的老化程度。
2.根据权利要求1所述的一种奥氏体管内显微组织老化的超声检测方法，其特征在于：所述步骤(一)取样方法中，试样的切割采用机械或线切割方法。
3.根据权利要求1所述的一种奥氏体管内显微组织老化的超声检测方法，其特征在于：所述步骤(一)取样方法中，试样的检验面应进行平整，平整时应注意试样的冷却。
4.根据权利要求1所述的一种奥氏体管内显微组织老化的超声检测方法，其特征在于：所述步骤(二)实验方法中的检测系统包括水槽，试样夹持装置固定连接在水槽内部中央，两个超声探头装置分别位于试样夹持装置的两侧，其中超声探头装置的纵向调节丝杠安装在纵向移动滑轨中间，横向移动滑轨与纵向调节丝杠的螺母连接，横向调节丝杠安装在横向移动滑轨中，纵向升降移动滑轨与横向调节丝杠的螺母连接，纵向升降调节丝杠安装在纵向升降移动滑轨中，超声检测探头安装在纵向升降调节丝杠的螺母上。
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