[发明专利]基于冷阴极X射线数字成像技术的材料损伤级别检测方法

说明书

本发明公开了基于冷阴极X射线数字成像技术的材料损伤级别检测方法，具体包括制作初始人工对比微试样，获取耐热钢部件性能劣化加速试验失效时间，制作冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样组，搭设冷阴极X射线数字成像测试系统，测试冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样组的加权平均透射线剂量率，绘制加权平均透射线剂量率－性能劣化损伤级别参考曲线，对待检测的耐热钢部件进行性能劣化损伤级别评定。本发明利用冷阴极X射线数字成像技术，得到处于不同损伤级别材料的加权平均透射线剂量率，绘制加权平均透射线剂量率－性能劣化损伤级别参考曲线，实现了对耐热钢部件材料损伤级别的分级评定。

技术领域

本方法涉及耐热钢部件性能检测技术领域，更具体地说，涉及基于冷阴极X射线数字成像技术的材料损伤级别检测方法。

背景技术

承受高温、高压工况的工件大部分采用耐热钢材料制作，如发电厂、化工厂的高温高压管道、管件、阀门等。随着服役时间延长，耐热钢部件逐渐老化，其主要的损伤及性能劣化机制包括高温蠕变、热疲劳以及蠕变-疲劳交互作用。

耐热钢材料在高温、高压运行时的蠕变损伤是与温度、应力和时间有关的现象，是材料的微观结构累积损伤变化过程。金属部件的高温蠕变等损伤是在一定的温度和持续应力作用下产生缓慢的蠕变变形，由此导致金属材料微观组织和宏观组织上的不连续性。常用的马氏体耐热钢在高温蠕变作用下，会引马氏体板条发生向亚晶结构的转变，位错密度大大降低，第二相颗粒粗化并聚集，部分合金元素由固溶态向化合态转移，同时析出新的合金相；珠光体耐热钢在蠕变损伤过程中材料中固溶合金元素会不断析出，碳化物的组分、形态、分布和浓度会发生变化，在晶界处碳化物会不断积聚，甚至会形成蠕变孔洞和蠕变裂纹等缺陷。

现有技术中，通常采用破坏性方法(如割管、整体剖切等)对耐热钢制工件取样，并通过长时高温蠕变试验(试验周期数千到数万小时)、短时高温拉伸试验等手段对其性能劣化情况进行评估。然而通过破坏性方法会导致耐热钢部件无法修复或很难修复；而且试验持续时间较长，检测不够便捷，效率也不高。

由上可知，耐热钢材料在高温、高压工况发生的损伤及性能劣化的结果是导致了材料的微观组织变化。而无论材料发生何种模式的微观组织变化，均可引起材料对透射X射线平均衰减系数的变化，从而导致X射线在底片(成像板)中的透射剂量率的变化。

因此，有必要开发一种基于冷阴极X射线数字成像技术的材料损伤级别新型检测方法，建立材料损伤级别微观组织及性能变化与冷阴极X射线数字成像透射线平均剂量率的定量分析模型，以克服现有评价手段的弊端，方便、快捷的实现对耐热钢部件损伤级别检测与评定。

发明内容

针对现有的耐热钢部件性能劣化情况评估存在的不足，本发明提供了基于冷阴极X射线数字成像技术的材料损伤级别检测方法。

本发明采用以下的技术方案：

基于冷阴极X射线数字成像技术的材料损伤级别检测方法，包括以下步骤：

步骤1：制作初始人工对比微试样；

首先在未经使用的耐热钢部件余料上截取一段环形试样，然后采用磁力套钻工具在环形试样上周圈钻取初始人工对比微试样，制作5个同尺寸的初始人工对比微试样，编号为w1～w5；

步骤2：获取耐热钢部件性能劣化加速试验失效时间τ；

对w5号初始人工对比微试样通过高温拉伸试验机进行性能劣化加速试验，直至其断裂，记录持续时间即为失效时间τ；

步骤3：制作冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样组；