[發明專利]耐熱鋼部件性能劣化的非線性超聲波檢測分級評定方法

有效

• 申請號: 202110337394.X
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113189199B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 王強;蔣海濤;郝曉軍;陶業成;納日蘇;常青;張曰濤;代小號;牛曉光
• 申請（專利權）人: 國能鍋爐壓力容器檢驗有限公司
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/44
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 陳海濱

1.一種耐熱鋼部件性能劣化的非線性超聲波檢測分級評定方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：制作初始人工對比微試樣；

首先在未經使用的耐熱鋼部件余料上截取一段環形試樣，然后采用磁力套鉆工具在環形試樣上周圈鉆取初始人工對比微試樣，制作6個同尺寸的初始人工對比微試樣，編號為w0～w5；

步驟2：獲取耐熱鋼部件性能劣化加速試驗失效時間τ；

對編號為w0初始人工對比微試樣通過高溫拉伸試驗機進行性能劣化加速試驗，直至其斷裂，記錄持續時間即為失效時間τ；

步驟3：制作非線性超聲波檢測分級評定用人工對比微試樣組；

在相同試驗環境下，對編號為w1～w5的五塊初始人工對比微試樣進行性能劣化加速試驗，其中，w1號初始人工對比微試樣的性能劣化加速試驗時間為0.2τ，w2號初始人工對比微試樣的性能劣化加速試驗時間為0.4τ，w3號初始人工對比微試樣的性能劣化加速試驗時間為0.6τ，w4號初始人工對比微試樣的性能劣化加速試驗時間為0.8τ，w5號初始人工對比微試樣的性能劣化加速試驗時間為0.9τ；

將完成性能劣化加速試驗的w1～w5號初始人工對比微試樣定義為非線性超聲波檢測分級評定用人工對比微試樣組，并重新編號為ws1～ws5號非線性超聲波檢測分級評定用人工對比微試樣，分別對應1～5級耐熱鋼部件材料性能劣化損傷級別；

步驟4：搭設非線性高能超聲測試系統；

所述非線性高能超聲測試系統非線性高能超聲測試儀和高頻超聲探頭，高頻超聲探頭包括一個發射探頭和一個接收探頭，發射探頭和接收探頭均與非線性高能超聲測試儀電連接；

步驟5：測試非線性超聲波檢測分級評定用人工對比微試樣組的超聲非線性系數；

利用非線性高能超聲測試系統依次測試ws1～ws5號非線性超聲波檢測分級評定用人工對比微試樣的加權平均超聲非線性系數，分別對應值為[β1]、[β2]、[β3]、[β4]、[β5]；

步驟5具體包括：分別將ws1～ws5號非線性超聲波檢測分級評定用人工對比微試樣沿壁厚方向均分成多個片狀微試樣，對各個片狀微試樣進行非線性超聲檢測，得出來自不同深度位置的片狀微試樣的非線性超聲參數，對不同深度位置的片狀微試樣的非線性超聲參數設置不同的權重，得出ws1～ws5號非線性超聲波檢測分級評定用人工對比微試樣各自的加權平均超聲非線性系數；

測試加權平均超聲非線性系數的具體過程為：

將發射探頭布置在ws1號非線性超聲波檢測分級評定用人工對比微試樣的一個片狀微試樣的一端發射信號，將接收探頭布置在該片狀微試樣的另一端接收信號，啟動非線性高能超聲測試儀，高頻超聲信號通過發射探頭發出，并在該片狀微試樣內傳播，并發生非線性相互作用，產生特征高次諧波，經接收探頭后將特征高次諧波信號回傳到非線性高能超聲測試儀，經信號處理后輸出該片狀微試樣的超聲非線性系數；對ws1的每個片狀微試樣進行相同的操作，分別得出各個片狀微試樣的超聲非線性系數，進行加權平均處理后，得出ws1號非線性超聲波檢測分級評定用人工對比微試樣的加權平均超聲非線性系數[β1]；

用同樣的方法，依次測試出ws2號非線性超聲波檢測分級評定用人工對比微試樣的加權平均超聲非線性系數[β2]，ws3號非線性超聲波檢測分級評定用人工對比微試樣的加權平均超聲非線性系數[β3]，ws4號非線性超聲波檢測分級評定用人工對比微試樣的加權平均超聲非線性系數[β4]，ws5號非線性超聲波檢測分級評定用人工對比微試樣的加權平均超聲非線性系數[β5]；

步驟6：繪制加權平均超聲非線性系數－性能劣化損傷級別參考曲線；

步驟6具體包括：

應用步驟5獲得的加權平均超聲非線性系數[β1]～[β5]及1～5級耐熱鋼部件材料性能劣化損傷級別，繪制加權平均超聲非線性系數－性能劣化損傷級別參考曲線，曲線縱坐標為加權平均超聲非線性系數，橫坐標為性能劣化損傷級別；

步驟7：對待檢測的耐熱鋼部件進行性能劣化損傷級別評定；

步驟7具體包括：

采用磁力套鉆工具在待檢測的耐熱鋼部件上周圈鉆取被測微試樣，被測微試樣的外徑與初始人工對比微試樣相同，將被測微試樣沿壁厚方向均分成多個被測片狀微試樣；

將發射探頭布置在一個被測片狀微試樣的一端發射信號，將接收探頭布置在該被測片狀微試樣的另一端接收信號，啟動非線性高能超聲測試儀，高頻超聲信號通過發射探頭發出，并在該被測片狀微試樣內傳播，并發生非線性相互作用，產生特征高次諧波，經接收探頭后將特征高次諧波信號回傳到非線性高能超聲測試儀，經信號處理后輸出該被測片狀微試樣的超聲非線性系數，對每個被測片狀微試樣進行非線性超聲波檢測，分別得出各個被測片狀微試的超聲非線性系數，進行加權平均處理后，得出被測微試樣的加權平均超聲非線性系數[βs]；

查步驟6中繪制的加權平均超聲非線性系數－性能劣化損傷級別參考曲線中[βs]對應的耐熱鋼部件材料性能劣化損傷級別，即得出待檢測的耐熱鋼部件的性能劣化損傷級別；

步驟8：對待檢測的耐熱鋼部件的剩余壽命進行預測；

步驟8具體包括：

設定耐熱鋼部件的壽命為20萬小時，將步驟2中獲得的耐熱鋼部件性能劣化加速試驗失效時間τ與20萬小時成比例關系，設定安全系數為1.5，則待檢測的耐熱鋼部件的剩余壽命Ts為：

Ts＝(20-20τ′/τ)÷1.5

其中，τ′為待檢測的耐熱鋼部件對應的性能劣化加速試驗時間；

τ′是根據待檢測的耐熱鋼部件的性能劣化損傷級別獲得的。