[发明专利]建立铸造奥氏体不锈钢等轴晶声学特性计算模型的方法

说明书

技术领域

本发明涉及对核电和化工领域常用的铸造粗晶奥氏体不锈钢材料进行无损检测及评价领域，尤其涉及建立作为焊接母材的铸造奥氏体不锈钢的等轴晶声学特性计算模型的方法，以及利用该模型对铸造奥氏体不锈钢材料进行超声无损检测的方法。

背景技术

铸造奥氏体不锈钢广泛用于核电和化工领域。由于该材料中的等轴晶区中的晶粒组织粗大，晶粒弹性各向异性明显，导致超声波在该材料中传播时出现声速变化(即声速扰动)、相位畸变、频散等现象，进而导致检测信号噪声大，信噪比低，给超声无损检测带来很大难度。

为解决上述问题，本领域的技术人员利用法国原子能委员会开发的CIVA仿真软件针对铸造奥氏体不锈钢材料中的等轴晶区建立了模拟检测模型，并用该模拟检测模型来模拟超声波在晶粒粗大的铸造奥氏体不锈钢材料中的传播过程，以利用模拟仿真结果指导实际检测。具体操作如下：

首先，利用CIVA仿真软件建立模拟检测模型，并用泰森多边形(Voronoi)功能在模拟检测模型中建立与实际检测试样中的晶粒尺寸相同的等轴晶晶粒模型。然后，对检测试样进行超声波无损检测实验，并根据检测结果设定等轴晶晶粒模型内部材料的参数声速扰动、衰减系数，并添加随机分布的散射点，模拟检测模型建立完成。最后，通过声场模拟和缺陷响应两个模块来对铸造奥氏体不锈钢材料的超声无损检测过程进行模拟仿真。

该方法虽然能够用来模拟铸造奥氏体不锈钢材料超声无损检测过程中超声波声场分布和缺陷的声学响应，进而对实际检测进行指导，但是，使用CIVA仿真软件建立的模拟检测模型仿真精度低。另外，由于CIVA仿真软件价格高，导致建模成本高。

综上可见，利用现有的建模方法建立的铸造奥氏体不锈钢等轴晶声学特性计算模型仿真精度低，且建模成本高。

发明内容

为提高作为焊接母材的铸造奥氏体不锈钢的等轴晶声学特性计算模型的仿真精度，降低建模成本，发明人对铸造奥氏体不锈钢的材料属性进行认真研究分析，发现：铸造奥氏体不锈钢材料的晶界存在一定的偏析和杂质，机械结合弱，导致声振动透过困难，晶界声阻抗大于晶内声阻抗。这种晶内与晶界的声阻抗差异导致超声波在铸造奥氏体不锈钢材料中传播时会发生多次散射，从而影响材料的声学特性。而利用CIVA仿真软件建立模拟检测模型时，需将该模型中不同的晶粒均按照弹性各向同性处理，导致模拟检测模型不能够从本质上反映晶粒粗大的铸造奥氏体不锈钢晶粒弹性各向异性的材料属性，进而导致模拟检测模型的仿真精度低。另外，建模人员在对声速扰动等参量进行设定时，具有一定的主观性，这也可能导致建立的模拟检测模型仿真精度低。

本发明提出一种建立铸造奥氏体不锈钢等轴晶声学特性计算模型的方法，包括如下步骤：

一、切取铸造奥氏体不锈钢中的等轴晶区作为检测试样，测量该检测试样的长L_实、宽W_实和高H_实，并统计出所述检测试样中的晶粒的平均直径d_实；

二、用中心频率为f的实际超声信号A_实对所述检测试样进行超声无损检测，并根据产生的实际底面回波信号A_实回计算出所述实际超声信号A_实在所述检测试样中传播的声速v_实和衰减系数α_实；

三、用数据处理绘图软件建立模拟检测模型，该模拟检测模型为长L_模＝L_实且宽W_模＝H_实的矩形结构，在该模拟检测模型中设置有N个平均直径d_模＝d_实的泰森多边形状的等轴晶晶粒模型，且所述等轴晶晶粒模型的晶界和晶内的弹性参数中的材料密度分别为ρ_晶界和ρ_晶内，且ρ_晶界＝ρ_晶内；拉梅常数分别为λ_晶界和λ_晶内及μ_晶界和μ_晶内，且λ_晶界≠λ_晶内或μ_晶界≠μ_晶内；

四、用所述数据处理绘图软件生成中心频率为f的模拟超声信号A_模，并根据产生的模拟底面回波信号A_模回计算出所述模拟超声信号A_模在所述模拟检测模型中传播的声速v_模和衰减系数α_模；