[发明专利]检测超级奥氏体不锈钢晶间腐蚀的非线性超声系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测超级奥氏体不锈钢Super304H晶间腐蚀的非线性超声系统，尤其是涉及一种在不破坏检测部件的情况下判别超级奥氏体不锈钢Super304H晶间腐蚀的非线性超声系统。本发明还涉及采用所述系统检测超级奥氏体不锈钢Super304H钢管（Ф32-Ф159）晶间腐蚀的非线性超声方法。

背景技术

Super304H钢是近年来开发的新型细晶粒奥氏体耐热不锈钢，由于其优异的持久强度、高温抗氧化性能、抗蒸汽腐蚀性能和性价比，广泛用于制造超超临界火电机组锅炉高温段过热器和再热器管。超超临界机组锅炉高温段过热器和再热器的设计温度一般为600～610℃，正好处于Super304H钢的敏化温度范围(450～850℃)的中心区域。在运行过程中，很多机组的Super304H钢材质的过热器和再热器出现奥氏体不锈钢中的碳化物析出和奥氏体晶界的贫铬现象，从而导致晶间腐蚀并发生泄漏事故。因此，正确判断锅炉奥氏体不锈钢管晶间腐蚀具有重要意义。

非线性超声方法是利用超声波在结构中传播时介质本身特性或内部损伤与声波相互作用所表现出来的非线性特征进行材料性能评估或损伤识别的方法。不锈钢结构中出现晶间腐蚀后，结构动力学特征将发生相应的变化，超声波在其中传播时也会表现出一定的非线性特征，接收的超声信号频率和输入信号频率不同，声波波形发生畸变，在频域上能够观察到不同频率的超声波能量成分。对于各向同性的均质材料，该非线性声学效应均为材料本身引起，反映出被测材料的本征特征。利用超声波与晶间腐蚀缺陷相互作用产生的非线性特征的效应，通过对超声波信号的非线性特征参数进行分析，可判别超级奥氏体不锈钢Super304H晶间腐蚀的程度。

现有技术中，还没有发现有对超级奥氏体不锈钢Super304H的晶间腐蚀缺陷进行检测的非线性超声系统和方法。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题，是提出一种对超级奥氏体不锈钢Super304H的晶间腐蚀缺陷进行检测的非线性超声系统。

本发明所要解决的第二个技术问题，是提出采用所述系统对超级奥氏体不锈钢Super304H钢管的晶间腐蚀缺陷进行检测的非线性超声方法。

本发明的系统和方法，其基本原理是基于超声波传播的非线性系数与超级奥氏体不锈钢Super304H内部缺陷的对应关系，通过分析超声波的非线性系数评价晶间腐蚀的程度，可在不破坏检测部件的情况下判别超级奥氏体不锈钢Super304H晶间腐蚀。

解决上述第一个技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种对超级奥氏体不锈钢晶间腐蚀进行检测的非线性超声系统，其特征是：包括上位机、激励与接收模块、功率放大模块、多通道切换电路、超声发射探头和超声接收探头，所述的激励与接收模块由DSP芯片、同步模块、激励板卡和接收板卡组成，DSP芯片与上位机连接并分别输出至同步模块和激励板卡、同时读取接收板卡的信号；同步模块将DSP的信号分别输出至激励板卡和接收板卡；激励板卡通过功率放大模块和多通道切换电路输出至超声发射探头；接收板卡通过多通道切换电路读取超声接收探头信号。

所述的各模块都是现有技术。

解决上述第二个技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种对超级奥氏体不锈钢晶间腐蚀进行检测的非线性超声方法，其特征是包括以下步骤：

1)利用金相分析方法，制备一套超级奥氏体不锈钢不同晶间腐蚀程度的标准试样；

2)采用非线性超声系统，通过对超声发射探头施加激励信号，在超声接收探头采集超声波在奥氏体不锈钢钢管试样中传播后的波形和扫频信号；

3)对超声接收探头采集的数据信号进行处理，分析超声信号中的基波分量和其他频率成分的幅度特征，获得基波和二次谐波幅值，计算超声信号的非线性系数；

4)对待测奥氏体不锈钢钢管重复2）和3）的步骤，获得待测奥氏体不锈钢钢管的超声信号非线性系数；

5)通过与奥氏体不锈钢钢管样品的超声波非线性系数进行比较，得到待测奥氏体不锈钢管的晶间腐蚀状态。

所述超声发射探头和接收探头是单传感器或传感器阵列；可以为接触式的压电或磁致伸缩探头，也可以为非接触式的电磁超声探头；发射探头和接收探头采用一发一收的双探头模式；所述的检测采用脉冲回波技术进行。

所述的步骤2）包括以下子步骤：

对钢管表面进行打磨、抛光、采用接触式的压电超声探头还需均匀涂上耦合剂；采用非接触式的电磁超声探头时，保持探头与钢管表面的间隙稳定为0.5-1mm；