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异质污染对316L不锈钢焊缝组织及耐蚀性影响的显色研究

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表面技术 2021年第1期50卷 347-356页

作者：刘宝军程从前曹铁山杨树凯孟宪明赵杰大连理工大学材料科学与工程学院辽宁大连116023 苏州热工研究院有限公司江苏苏州215000 中国汽车技术研究中心有限公司天津300300

目的针对核电站管道焊缝中不明原因显色现象,设计了一种模拟工程现场引入异质污染的情形,研究异质污染对管道焊缝的影响。方法运用邻菲罗啉显色检测法,分别评价了以ER316L焊丝、掺杂了铁丝与铁粉的焊丝以及纯铁丝作为焊丝的316L不锈钢... 详细信息

目的针对核电站管道焊缝中不明原因显色现象,设计了一种模拟工程现场引入异质污染的情形,研究异质污染对管道焊缝的影响。方法运用邻菲罗啉显色检测法,分别评价了以ER316L焊丝、掺杂了铁丝与铁粉的焊丝以及纯铁丝作为焊丝的316L不锈钢焊缝异质铁污染,结合能谱和动电位极化测试,分析了异质铁污染对焊缝组织和耐蚀性的影响。结果焊缝表面大面积持续显色主要为铁氧化物和焊缝中的富铁相,焊缝内部的点状持续显色为铁氧化物夹渣。在打磨条件下,无污染和富铁相作用下的焊缝,随空气放置时间的延长,显色程度a*逐渐降低,而点状显色没有明显改变,根据临界红色像素下临界色度(a_c=5.3)时的积分面积百分比表明,点状显色的百分比低于1%,带状显色的积分面积百分比为20%~30%,a_c=5.3时,显色开始显现。在3.5%NaCl溶液中,316L不锈钢焊缝的耐电化学腐蚀能力由大到小的顺序为ER316L+铁粉焊缝>ER316L焊缝>ER316L+铁丝焊缝>纯铁丝焊缝。结论铁污染的加入会导致显色现象更易产生,同时也会降低316L不锈钢焊缝的耐腐蚀性能。

关键词：不锈钢焊缝铁污染显色检测 ac 动电位极化曲线 Nyquist图 Bode图

不锈钢焊缝缺陷脉冲涡流热成像检测的图像处理算法研究

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不锈钢焊缝缺陷脉冲涡流热成像检测的图像处理算法研究

作者：陈怡帆电子科技大学

学位级别：硕士

不锈钢焊缝的质量是核反应堆安全运行以及核燃料顺利安全运输的保障。为了更好的确保不锈钢焊缝的质量,保障核电安全,急需一种更有效、便于现场检测的无损检测技术。脉冲涡流热成像检测技术是近年来新兴的一种快速无损检测方法。该技术... 详细信息

不锈钢焊缝的质量是核反应堆安全运行以及核燃料顺利安全运输的保障。为了更好的确保不锈钢焊缝的质量,保障核电安全,急需一种更有效、便于现场检测的无损检测技术。脉冲涡流热成像检测技术是近年来新兴的一种快速无损检测方法。该技术检测效率高、单次检测面积大,而且其检测结果是图像形式,更为直观。采用该技术检测不锈钢焊缝缺陷,热图像处理算法尤为重要。本文采用脉冲涡流热成像检测技术,对不锈钢焊缝缺陷热图像处理方法进行了研究。本文主要针对采集的热图像序列提出了图像预处理、缺陷特征提取及增强的相关热图像处理方法,并重点对基于独立成分分析增强缺陷特征的融合方法进行了研究。主要的研究内容有以下几个方面:(1)首先研究了脉冲涡流热成像技术的基本检测原理,并通过实验仿真分析了不锈钢焊缝及不同深度表面和亚表面缺陷对应的热信号特征,为后续热图像处理方法的研究提供了理论基础。讨论了影响该技术检测结果的相关因素,根据实际情况搭建了脉冲涡流热成像检测的试验平台。(2)其次为了提高缺陷检测效果,减少不必要的干扰,本文对热图像预处理方法进行了讨论研究。从空域和时域两个方面讨论了热图像序列的去噪方法,并研究了关于抑制被测件表面不均匀发射率的二次热平衡法及归一化法,实现了去噪及发射率不均的抑制。(3)然后对于经过预处理后的热图像采用独立成分分析的方法提取不锈钢焊缝缺陷信息,给出了通过峰态系数自动识别缺陷的方法及准则。最后基于独立成分,重点研究了增强不锈钢焊缝缺陷特征的融合算法。本文提出了基于独立成分的小波融合、Contourlet融合及模糊融合三种增强缺陷特征的方法。对于本文采用的两个表面缺陷及两个亚表面缺陷,小波融合更适用于表面缺陷的特征增强,Contourlet融合更适用于两个亚表面缺陷,而模糊融合对于这四个试件均起到了特征增强的效果,应用范围更广,通用性更强。

关键词：脉冲涡流热成像不锈钢焊缝缺陷增强独立成分分析融合

304不锈钢焊缝在3.5%NaCl溶液中腐蚀行为及MAP/Nano-Pd膜层的腐蚀控制研究

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304不锈钢焊缝在3.5%NaCl溶液中腐蚀行为及MAP/Nano-Pd膜层的腐蚀...

作者：蔡阳志厦门大学

学位级别：硕士

不锈钢以其优良的加工性能、耐蚀性能被广泛应用于石化、海洋、交通、建筑、核电、国防等工业领域,在工业上不锈钢设备制造离不开大量的焊接加工,不锈钢在焊接部位由于高温和冷却方式的影响,焊接部位部分不可避免发生相变,元素分布和微... 详细信息

不锈钢以其优良的加工性能、耐蚀性能被广泛应用于石化、海洋、交通、建筑、核电、国防等工业领域,在工业上不锈钢设备制造离不开大量的焊接加工,不锈钢在焊接部位由于高温和冷却方式的影响,焊接部位部分不可避免发生相变,元素分布和微观结构的差异化,同时也必然造成不锈钢焊缝内部的残留应力,由此可导致不锈钢焊缝部位优先发生腐蚀,诱发各种局部腐蚀。譬如卫星发射基地动力管道设备一般使用304不锈钢,它们一般经过焊接相连,这些管道主要为输油输气管道,以及一些液氮运输管道,然而因为恶劣的环境,焊缝处选择腐蚀普遍发生,这为卫星发射动力输出要求带来极大的安全隐患。因此开展不锈钢焊缝腐蚀行为的研究,提出有效的防护措施十分必要、迫在眉睫。本文主要研究氩弧焊焊接的304不锈钢焊缝腐蚀行为,并提出针对不锈钢焊缝腐蚀的防护策略及实用措施。钯作为一种贵金属,本身具有优良的防腐蚀性,可以通过电镀钯和化学镀钯在金属表面沉积钯膜达到在苛刻环境条件下的腐蚀防护目的,但由于钯价格昂贵,难以大规模工业应用,必须发展纳米钯防护技术;贻贝黏附蛋白是一种天然的、对环境友好的物质,可以从贻贝足丝中提取,本身具有优良的黏附性能、成膜性,无毒性、防腐蚀性等特性,本工作侧重使用价格低廉的工业级贻贝黏附蛋白,在不锈钢焊缝表面制备贻贝黏附蛋白/纳米钯膜层,并采用电化学测试手段考察该膜层对不锈钢焊缝的防腐蚀性能,探讨其耐腐蚀性的机理。本论文主要研究进展如下:(1)利用扫描电化学探针、扫描开尔文探针、阵列电极等技术研究了氩弧焊304不锈钢焊缝的腐蚀行为,并用金相显微测试、XRD衍射实验和背散射实验对焊接前后组织的变化进行表征。通过扫描电化学参比、扫描开尔文探针、阵列电极等技术发现,不锈钢焊缝相对母材区更容易发生点蚀,且主要表现微局部点腐蚀,表征测试表明焊接部位发生了奥氏体相转为铁素体相,转化量约为3%左右,这可能是焊缝处容易发生优先腐蚀的原因。(2)利用电镀法和水热法将钯膜镀在不锈钢焊缝表面,利用SEM表征发现通过两种方法可以在样品表面沉积钯膜,且在膜层中钯表现为纳米粒径,经过电化学测试表明钯膜层具有良好的腐蚀防护性能。(3)利用“一步浸渍”和“两步浸渍”在不锈钢焊缝表面沉积了贻贝粘附蛋白/纳米钯膜,并通过SEM和红外光谱、拉曼光谱、XRD衍射实验进行了表征,电化学测试表明,贻贝粘附蛋白/纳米钯膜比单纯电镀钯膜具有更优异的耐腐蚀性能。

关键词：不锈钢焊缝扫描电化学探针技术纳米钯贻贝黏附蛋白/纳米钯膜腐蚀防护

奥氏体不锈钢焊缝超声TOFD检测的关键技术研究

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奥氏体不锈钢焊缝超声TOFD检测的关键技术研究

作者：张翀南昌航空大学

学位级别：硕士

奥氏体不锈钢因其优良的耐腐蚀性及力学性能,广泛地应用于航空航天、机械制造、石油化工等重要的领域。不锈钢焊缝是完整构件的薄弱区域,并且一般服役在高温、高压、冲刷、腐蚀、放射性的恶劣环境。此外,由于焊接工艺参数波动的影响,焊... 详细信息

奥氏体不锈钢因其优良的耐腐蚀性及力学性能,广泛地应用于航空航天、机械制造、石油化工等重要的领域。不锈钢焊缝是完整构件的薄弱区域,并且一般服役在高温、高压、冲刷、腐蚀、放射性的恶劣环境。此外,由于焊接工艺参数波动的影响,焊缝中可能出现未熔合、未焊透、夹渣、气孔、形状缺陷以及裂纹等其他缺陷,严重影响焊缝的使用性能。因此,无论是生产过程还是服役过程,需要通过无损检测方法及早发现焊缝缺陷及服役损伤,先进无损检测技术是设备安全运行的重要保障。超声波检测技术是目前应用最为广泛的焊缝检测技术之一,具有穿透力强,检测范围广、效率高、便携、对环境无害等优势。然而,由于奥氏体不锈钢焊缝中各向异性粗大的柱状晶组织,超声波在焊缝中传播会出现衰减大,噪声强,声束扭曲等问题,导致检测信号信噪比降低,缺陷定量、定位困难。超声衍射时差法(TOFD,Time of Flight Diffraction)是利用缺陷端部产生的衍射波来检测和评价缺陷的方法,具有定量准、速度快、抗噪能力强、检测结果直观等优势。鉴于奥氏体不锈钢焊缝超声无损检测存在的问题,本研究提出将超声TOFD检测技术应用于奥氏体不锈钢焊缝的无损检测。本研究分析了超声波在焊缝中的传播特性及超声波与柱状晶相互作用机理,通过优化检测参数降低柱状晶组织超声散射对检测信号的不利影响。开发基于超声TOFD-D扫描的合成孔径聚焦算法,有效地进一步抑制了噪声信号,并改善了缺陷的超声TOFD-D扫描成像结果。具体研究内容如下:(1)柱状晶与超声波相互作用的机理研究。通过试验揭示了缺陷检测信号的信噪比和超声声束与柱状晶生长方向之间夹角的关系。在对奥氏体不锈钢焊缝进行TOFD检测中发现,缺陷衍射波信号的信噪比主要与焊缝中柱状晶的生长方向和声束方向的夹角有关。结合金相分析可知:缺陷检测信号的信噪比随超声声束与柱状晶生长方向之间夹角的增大而减小,当夹角较小时,检测信号的信噪比较高。(2)检测方法研究,优化了奥氏体不锈钢一次波检测的参数,提出了基于超声TOFD技术的二次波检测方法。当采用一次波对焊缝进行检测时,考虑到检测信号信噪比受检测声束方向与柱状晶生长方向夹角和缺陷端声压分布的影响,需要从焊缝根部侧布置探头,根据不锈钢焊缝的组织结构特征,调整探头斜楔角度及探头间距在保证检测声束与柱状晶生长方向成较小夹角的前提下,提高检测区域的声压能量分布。由于封闭管道或容器的焊缝根部位于内壁,有时无法在内壁布置探头进行检测,为了获得较小的声束与柱状晶夹角,可将探头布置在余高侧,采用二次波检测方法提取焊缝中缺陷的衍射波特征信号。通过试验可知,需对检测信号中各特征脉冲进行判别,其中,变型波一次底波会导致余高附近出现检测盲区。检测声波能量分布是影响二次波检测信号信噪比的重要因素,因此,为保证焊缝中具有较大的检测声波能量分布,检测过程中应尽量选用小角度探头,并设置较小的探头间距(PCS间距)开展检测工作。(3)设计了基于超声TOFD-D扫描的合成孔径聚焦成像(SAFT)算法,对幅度变迹窗进行分析和优化,从而提高检测信号的信噪比,增强TOFD-D扫描图像的分辨率。首先,通过合成孔径聚焦成像技术对不锈钢焊缝的TOFD-D扫描信号进行处理研究。其次,通过优化合成孔径算法的内部参数,对变迹窗进行研究。对比缺陷中部、端部位置的信噪比可知,高斯窗(a=4)能在兼顾缺陷端部位置信噪比的前提下提高缺陷中部的检测信号信噪比,处理效果优于矩形窗和高斯窗(a=1),加强了不锈钢焊缝超声TOFD-D扫描图像的缺陷显示能力。综上所述,通过对柱状晶与超声波相互作用的机理研究可知,柱状晶会造成超声波声束衰减以及噪声干扰,严重影响超声TOFD检测的定位精度和检测灵敏度。在检测声束与柱状晶生长方向之间夹角较小的情况下,能够有效降低柱状晶组织对声波造成的衰减及散射作用。基于此结论,当选择用一次波对焊缝进行检测时,探头应布置在焊缝的根部侧,在保证检测声束与柱状晶生长方向成较小夹角的前提下,提高检测区域的声压能量分布。当探头布置在焊缝的余高侧时,可利用二次波对不锈钢焊缝进行检测,为保证焊缝中具有较大的检测声波能量分布,检测过程中应尽量选用小角度探头,并设置较小的探头间距开展检测工作。在信号处理方面,合成孔径聚焦技术(SAFT)可以很好地与超声TOFD检测技术相结合,通过对变迹窗进行分析和改进可以优化处理效果,提高了不锈钢焊缝超声TOFD-D扫描图像的缺陷显示能力。

关键词：超声TOFD 不锈钢焊缝二次波合成孔径信噪比

奥氏体不锈钢焊缝的超声TOFD检测技术研究

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奥氏体不锈钢焊缝的超声TOFD检测技术研究

作者：谢长鸿南昌航空大学

学位级别：硕士

奥氏体不锈钢由于其优良的性能因而广泛应用于很多重要的领域,在焊接过程中,由于参数的波动可能导致各类缺陷:如夹渣、裂纹、气孔、未焊透等缺陷。为了保障焊接结构的安全性和可靠性,必须对母材和焊缝进行无损检测评价。超声检测具有便... 详细信息

奥氏体不锈钢由于其优良的性能因而广泛应用于很多重要的领域,在焊接过程中,由于参数的波动可能导致各类缺陷:如夹渣、裂纹、气孔、未焊透等缺陷。为了保障焊接结构的安全性和可靠性,必须对母材和焊缝进行无损检测评价。超声检测具有便携、无害、操作简便、检测能力强等优势广泛的用于焊缝的无损检测中。然而,由于受奥氏体不锈钢焊缝中粗大的柱状晶的各向异性结构的影响,超声波在焊缝中传播会出现剧烈衰减、散射、声束扭曲,这些不利因素导致检测信号信噪比低、缺陷特征难于分辨、对缺陷定量定位困难。因此,开发新型的奥氏体不锈钢焊缝超声无损检测技术必须受到足够的重视。超声TOFD(Time of Flight Diffraction,衍射时差法),是利用缺陷端部产生的衍射波来检测和评价缺陷的方法,比常规超声检测具有更高的可靠性和测量精度。使用超声TOFD检测技术对奥氏体不锈钢焊缝进行无损检测,同样需要面对由焊缝组织结构引起的衰减及噪声问题。本研究首先分析了缺陷的超声TOFD检测信号的特征规律,并在此基础上设计了自适应滤波算法对奥氏体不锈钢焊缝中缺陷的超声TOFD检测信号进行处理,提高检测信号的信噪比;最后,基于处理后的信号进行超声TOFD成像,提高超声TOFD扫查图像的缺陷分辨率,避免了对缺陷的误识或漏检。首先,本研究开展了缺陷的衍射波信号特征的研究。本研究在各种试验条件下提取了多种人工缺陷的超声TOFD衍射波,并分析试验参数及缺陷端形状对衍射波幅值分布特征的影响,试验结果显示:不同端部形状人工缺陷衍射波的幅值分布特征基本相同,探头布置参数几乎对幅值分布没有影响。此外,通过对不同材料中缺陷端衍射波幅度分布对比可知:信号幅值分布特征不受检测材料的影响,铝、钢中的缺陷端衍射波具有相同的幅度分布。其次,设计了自适应滤波器并增加了门槛算法实现了奥氏体不锈钢超声TOFD检测自适应滤波。依据输出结果与期望信号的差的平方和定义了门槛值,在兼顾提高衍射波信噪比和保持较小信号失真的条件下获得了最优门槛值。在最优门槛值下对超声TOFD扫描的信号进行滤波并成像,结果显示滤波后噪声信号得到了很好的消除,缺陷部分的信噪比更高,能够更好的识别缺陷,基于滤波信号成像的检测图像的质量得到了较大提高。最后,优化自适应滤波参数,获得最佳的滤波效果。自适应滤波器参数中的步长、期望信号长度、滤波器阶数对滤波效果影响较大。综合分析自适应滤波后的幅值和能量性噪比以及自适应滤波后的扫查图像的分辨率,得到最佳的参数如下:1)最佳步长参数选择为0.4?A(A为输入信号相关矩阵的最大特征值的倒数);2)最佳滤波器阶数为7;3)期望信号长度为0.7μs时滤波器的滤波效果最好;4)选择期望时应选择与超声TOFD衍射波幅值分布特征值相似度高的信号。本研究对奥氏体不锈钢焊缝中缺陷的超声衍射波特征信号进行深入研究,设计了高效的自适应滤波算法对检测信号进行分析滤波,并基于滤波后信号进行超声TOFD成像;研究结果显示:尽管缺陷的超声衍射波受噪声干扰严重,但其幅度分布特征较为稳定;可据此选取期望信号对检测信号进行自适应滤波,通过设计合适的自适应滤波算法达到提高检测信号信噪比的目的。基于滤波后的信号进行超声TOFD成像,结果显示:检测图像中的噪声波纹被大大滤除,缺陷图像特征更为显著,避免了由噪声引起的缺陷误识、误判、漏检。结合先进的信号处理与分析技术,超声TOFD检测技术有望用于奥氏体不锈钢焊缝无损检测的工程应用中。

关键词：超声TOFD 不锈钢焊缝自适应滤波噪声

不锈钢焊缝缺陷的超声相控阵扫描图像特征分析

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失效分析与预防 2014年第3期9卷 146-150页

作者：陈振华谢长鸿郭文光卢超无损检测技术教育部重点实验室(南昌航空大学) 南昌330063

采用超声相控阵检测方法对预制了夹杂和气孔缺陷的奥氏体不锈钢焊缝进行检测,分析了缺陷的相控阵图像与A扫描信号特征。试验采用的是超声相控阵扇型扫查方式,同时用深度定标方法对仪器参数进行了优化,对缺陷的位置及尺寸进行测量并获得... 详细信息

采用超声相控阵检测方法对预制了夹杂和气孔缺陷的奥氏体不锈钢焊缝进行检测,分析了缺陷的相控阵图像与A扫描信号特征。试验采用的是超声相控阵扇型扫查方式,同时用深度定标方法对仪器参数进行了优化,对缺陷的位置及尺寸进行测量并获得了能够判断缺陷类型的图像特征和A信号特征。研究结果表明:超声相控阵方法不但适用于不锈钢焊缝的检测,且具备更大的检测范围及更丰富的检测信息;通过检测图像特征及相关的A信号特征能够对这2类缺陷的位置及类型进行有效评价。

关键词：超声相控阵不锈钢焊缝缺陷图像特征

基于合成孔径聚焦的不锈钢焊缝超声TOFD检测技术

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无损检测 2016年第9期38卷 40-45页

作者：彭国平陈振华叶伟文卢超广州特种承压设备检测研究院广州510663 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室南昌330063

奥氏体不锈钢焊缝受粗大柱状晶组织的影响,其焊缝的超声TOFD检测信号信噪比低、扫描图像模糊,缺陷检测容易误判或漏检。为提高检测信号信噪比及扫描图像分辨力,引入合成孔径聚焦算法对超声TOFD-D扫描采集的A信号进行处理,并分析了变迹... 详细信息

奥氏体不锈钢焊缝受粗大柱状晶组织的影响,其焊缝的超声TOFD检测信号信噪比低、扫描图像模糊,缺陷检测容易误判或漏检。为提高检测信号信噪比及扫描图像分辨力,引入合成孔径聚焦算法对超声TOFD-D扫描采集的A信号进行处理,并分析了变迹窗对处理后检测信号信噪比的影响。研究表明,通过优化选择变迹窗可提高检测信号的信噪比和缺陷的D扫描图像分辨力,有效地增强了超声TOFD检测技术对奥氏体不锈钢焊缝的检测能力。

关键词：超声TOFD 不锈钢焊缝合成孔径聚焦变迹窗

氮对18Cr-8Ni不锈钢焊缝组织与性能的影响

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焊接 1980年第5期 21-27页

作者：陈惠慈二机部二院

本文针对18Cr-8Ni不锈钢管子,采用纯氩和纯氩中加1.5％氮为离子气的不填丝等离子弧焊工艺,通过焊缝成形、化学成分、金相组织、机械性能、晶间腐蚀和应力腐蚀等试验的对比,探讨了氮对焊缝组织与性能的某些影响。试验结果表明,氮溶入焊缝... 详细信息

本文针对18Cr-8Ni不锈钢管子,采用纯氩和纯氩中加1.5％氮为离子气的不填丝等离子弧焊工艺,通过焊缝成形、化学成分、金相组织、机械性能、晶间腐蚀和应力腐蚀等试验的对比,探讨了氮对焊缝组织与性能的某些影响。试验结果表明,氮溶入焊缝,减少了焊态铁素体含量,并在焊缝中出现局部奥氏体区;降低了焊缝金属的抗热裂纹和抗应力腐蚀的能力;改善了管子内壁焊缝的成形。

关键词：不锈钢焊缝抗应力腐蚀焊缝成形 Cr Ni

尿素生产介质中316L不锈钢焊缝波峰和波谷的选择腐蚀

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北京化工大学学报(自然科学版) 1988年第2期 126-130页

作者：王健云于福洲杜存山北京化工学院应用化学系

作者使用现场挂片的焊缝试样,通过扫描电镜能谱分析焊缝金属波峰、波谷的化学成分,并且用特殊的电化学测试技术,测定波峰、波谷的极化曲线,解释了尿素生产中316L不锈钢焊缝波谷较波峰更易腐蚀的现象.

关键词：尿素不锈钢焊缝极化电流选择性腐蚀试验极化曲线