[發(fā)明專利]基于聲發(fā)射及自組織臨界理論的熱軋態(tài)和淬火態(tài)16錳鋼承力件形變損傷評估系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210375727.9
• 申請日: 2012-09-29
• 公開（公告）號: CN102890122A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 駱紅云;韓志遠(yuǎn);張崢;鐘群鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 李有浩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種對港口大型機(jī)械設(shè)備中的不同熱處理狀態(tài)的承力件進(jìn)行形變損傷狀態(tài)的評估方法，更特別地說，是指一種基于聲發(fā)射技術(shù)和自組織臨界理論，對熱軋態(tài)和淬火態(tài)16錳鋼（16Mn鋼）承力件的形變損傷狀態(tài)進(jìn)行評估的系統(tǒng)。?

背景技術(shù)

港口大型機(jī)械設(shè)備中的岸邊設(shè)備：如裝船機(jī)、卸船機(jī)、抓斗機(jī)等，常應(yīng)用16Mn鋼作為關(guān)鍵承力件。岸邊設(shè)備在使用一段時間后，作為主要承力件的16Mn鋼的形變損傷狀態(tài)對整個岸邊設(shè)備的使用壽命將造成重要影響。?

16Mn鋼是結(jié)合我國資源情況（錳是我國富產(chǎn)元素）發(fā)展起來的一種低合金鋼，已被廣泛使用。16Mn鋼承力件經(jīng)常在熱軋組織狀態(tài)或焊接部位熱影響區(qū)的淬火組織狀態(tài)下使用，在服役一定的時間后，時常會發(fā)生一些失效事故，而形變損傷是造成其失效的主要原因之一。為此要對不同組織狀態(tài)下16Mn鋼承力件的形變損傷狀態(tài)作出評估，及時、正確地評價不同組織狀態(tài)下16Mn鋼承力件的損傷狀態(tài)，為其安全運(yùn)行及壽命預(yù)測提供依據(jù)。?

聲發(fā)射技術(shù)（Acoustic?Emission?Technique）因具有動態(tài)、實時檢測等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛的應(yīng)用于結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的損傷檢測。實踐表明，材料在受載荷作用時會發(fā)生不同程度的損傷，而損傷狀態(tài)的變化會導(dǎo)致聲發(fā)射波形信號特征發(fā)生一系列變化。例如在受靜拉伸載荷作用時會發(fā)生彈性損傷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榍p傷狀態(tài)，這些損傷狀態(tài)轉(zhuǎn)變都將引起聲發(fā)射波形信號幅度、相位、頻率的變化；因此可以利用聲發(fā)射技術(shù)作為監(jiān)測16Mn鋼承力件形變損傷狀態(tài)的工具。?

聲發(fā)射信號幅值的冪次分布規(guī)律（即某一幅值聲發(fā)射信號出現(xiàn)的頻次與幅值大小呈冪次關(guān)系）在很多物理過程中都是普遍存在的，例如位錯雪崩、裂紋擴(kuò)展、馬氏體相變等過程。實際上，事件尺度的冪次分布（即某一物理量在某尺度出現(xiàn)頻次P(X)與其尺度大小X呈冪次關(guān)系：P(X)＝X^-γ，其中γ為該物理量的冪次分布指數(shù)）形式實際上廣泛存在于自然界，不僅局限于位錯運(yùn)動或相變等微觀過程，例如地震、自然災(zāi)害、太陽耀斑等自然過程中都有類似的規(guī)律。這種事件尺度的冪次分布形式說明過程處于復(fù)雜的非線性的臨界狀態(tài)，一般稱之為自組織臨界狀態(tài)。自組織臨界理論（即物理量的尺度分布規(guī)律、分布指數(shù)等信息）適于描?述這些系統(tǒng)的狀態(tài)并起到預(yù)測作用。不同組織狀態(tài)16Mn鋼不同形變損傷過程也不同程度屬于自組織臨界過程，因此形變損傷過程中的聲發(fā)射幅值也符合冪次分布規(guī)律。聲發(fā)射幅值的冪次分布系數(shù)和分布指數(shù)就可以結(jié)合聲發(fā)射波形等特征，很好的應(yīng)用到對不同組織狀態(tài)16Mn鋼形變損傷過程的監(jiān)測中。?

隨著現(xiàn)代工業(yè)日益向大規(guī)模、高效率發(fā)展，作為港口重要物流裝備的大型岸邊起重機(jī)械，具有以下幾個特點(diǎn)：?

1、目前使用中的很多大型起重機(jī)是上世紀(jì)60年代至70年代我國自行設(shè)計制造或從東歐進(jìn)口，還有少數(shù)是從美、日等國進(jìn)口的二手設(shè)備，按設(shè)計壽命20～25年考慮，很多設(shè)備也己進(jìn)入服役后期或超期服役階段；?

2、任務(wù)重，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，許多起重機(jī)的工作日趨繁重，超載的情況也時有發(fā)生；?

3、起重機(jī)使用的16Mn鋼存在不同的熱處理組織如供貨熱軋態(tài)組織以及焊接部位熱影響區(qū)的淬火態(tài)組織，因此導(dǎo)致?lián)p傷狀態(tài)的復(fù)雜多樣。?

4、目前的損傷檢測方法在大型鋼結(jié)構(gòu)檢測方面都存在不同程度的局限性，如超聲波檢測和磁粉檢測等方法對起重機(jī)進(jìn)行的部分抽樣檢測，盲目性大、易出現(xiàn)漏檢且檢測的周期長，工作量大，費(fèi)用昂貴；?

5、預(yù)警評估系統(tǒng)目前尚不完善，目前應(yīng)用的分析判別技術(shù)還不能對起重機(jī)承力件的形變損傷做出準(zhǔn)確的預(yù)警和安全評估，尤其是我國港口大型機(jī)械設(shè)備安全事故時有發(fā)生，其中，超載引起的拉伸形變損傷是港口大型岸邊起重裝備承力件主要的損傷模式之一。?

因此，為確保大型岸邊起重機(jī)械安全可靠的運(yùn)行，須對不同組織狀態(tài)的16Mn鋼承力件進(jìn)行檢測、判斷形變損傷狀態(tài)，從而進(jìn)行安全評估。聲發(fā)射技術(shù)以及自組織臨界理論則為實現(xiàn)這一目的提供了技術(shù)方法。?

發(fā)明內(nèi)容

為了減少大型岸邊起重機(jī)械在使用過程中，由于形變損傷導(dǎo)致的16Mn鋼承力件突然斷裂造成的損失，本發(fā)明提出一種采用聲發(fā)射技術(shù)對不同熱處理組織狀態(tài)16Mn鋼承力件進(jìn)行監(jiān)測，得到聲發(fā)射形變損傷狀態(tài)波形及自組織臨界參數(shù)矩陣表示的形變損傷狀態(tài)信息。應(yīng)用本發(fā)明的監(jiān)測結(jié)果能夠?qū)Σ煌瑹崽幚斫M織狀態(tài)16Mn鋼承力件形變損傷狀態(tài)進(jìn)行評估判斷，從而做出預(yù)警，減少裝備及人員傷亡等損失。?