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q245r钢焊接试件声发射和红外热成像检测研究

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中国测试 2023年第9期49卷 174-180页

作者：刘亚萍杜永刚张瑞鹏赵玮赵昆周伟河北省特种设备监督检验研究院保定分院河北保定071002 河北大学河北保定071002 中建安装集团有限公司江苏南京210000

焊缝检测是制冷压力容器安全检测的重要环节。为研究焊接对制冷压力容器用钢(q245r钢)损伤演化的影响,采用声发射(AE)和红外热成像(IrT)互补监测技术对拉伸载荷下的q245r钢完整试件和焊接试件动态损伤及温度场进行实时检测,并利用快速... 详细信息

焊缝检测是制冷压力容器安全检测的重要环节。为研究焊接对制冷压力容器用钢(q245r钢)损伤演化的影响,采用声发射(AE)和红外热成像(IrT)互补监测技术对拉伸载荷下的q245r钢完整试件和焊接试件动态损伤及温度场进行实时检测,并利用快速傅里叶变换和小波变换方法分析AE信号特征波形。结果表明:焊接试件在损伤演化中产生了幅度超过80 dB及振铃计数超过500的AE信号,且在屈服和缩颈阶段产生大量AE信号,其AE波形幅值和最大小波系数都高于完整试件,但AE累计撞击数远少于完整试件。在温度场变化方面,焊接试件可较早地结束弹性阶段的降温,在缩颈阶段仍持续升温。IrT可以辅助提高AE检测结果的精确度,研究结果为制冷压力容器的安全检测提供参考。

关键词： q245r钢焊接声发射技术红外热成像技术

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热腐蚀和热冲击下炭化釜q245r钢本构关系的研究

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高压物理学报 2024年第3期38卷 139-148页

作者：刘志远陈文飞谢作然蒋昊成李进朱珏宁波大学压力容器与管道安全浙江省工程研究中心浙江宁波315211 宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室浙江宁波315211 宁大•宏日UHPC力学联合研究院浙江宁波315211 宁波市特种设备检验研究院浙江宁波315211 宁波市特种设备智能检验与监测重点实验室浙江宁波315211 浙江省市场监管特种设备智能检验与监测重点实验室浙江宁波315211

采取电化学加速腐蚀试验对q245r钢试样进行处理,以模拟炭化釜的实际腐蚀工况,通过电化学腐蚀拉伸试验,发现腐蚀不仅改变试样的几何尺寸,而且导致材料力学性能退化。对q245r钢材料进行不同温度、腐蚀率、应变率(10^(-3)~1 s^(-1)低应变率... 详细信息

采取电化学加速腐蚀试验对q245r钢试样进行处理,以模拟炭化釜的实际腐蚀工况,通过电化学腐蚀拉伸试验,发现腐蚀不仅改变试样的几何尺寸,而且导致材料力学性能退化。对q245r钢材料进行不同温度、腐蚀率、应变率(10^(-3)~1 s^(-1)低应变率、10~10^(2) s^(-1)中应变率、10^(3) s^(-1)高应变率)的拉伸试验,并运用MATLAB在Johnson-Cook本构方程的基础上进行拟合,增加特征强度与热处理温度、腐蚀率的关系,从而确定了材料的本构关系。结果显示,本构曲线与真实拉伸试验数据吻合较好,拟合效果良好。

关键词：炭化釜 q245r钢腐蚀 Johnson-Cook本构方程

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q245r钢细观损伤在线声学测试实验研究

Q245R钢细观损伤在线声学测试实验研究

作者：吴昊东北石油大学

学位级别：硕士

在实际工业生产中,大多数压力容器等设备的损伤失效是由长期服役于高压、重载环境而引起的材料内部组织早期细观损伤演化所致。细观损伤的出现会使材料内部的组织和力学性能发生劣化,致使材料的承载能力降低,严重时会影响工业生产效率... 详细信息

在实际工业生产中,大多数压力容器等设备的损伤失效是由长期服役于高压、重载环境而引起的材料内部组织早期细观损伤演化所致。细观损伤的出现会使材料内部的组织和力学性能发生劣化,致使材料的承载能力降低,严重时会影响工业生产效率甚至诱发灾难性事故。因此,开展有效的检测方法来探究容器用钢在承载作用下的细观损伤演化机理,实现材料损伤的早期检出对于设备的长周期安全运行和事故的预防具有重要的意义。本文以压力容器常用钢q245r钢为研究对象,采用声发射技术和非线性超声技术,对q245r钢双边“V”型缺口试件的拉伸损伤过程进行在线检测。分析试件拉伸损伤过程的声发射特性和非线性超声特性,探究金属材料的细观损伤演化规律,为材料损伤的早期发现提供一种有效的方法。主要内容概括如下:(1)结合金属材料的细观损伤演化机理和瞬态应力波释放理论,分析得知位错运动是材料细观损伤过程的典型声发射源产生机制。依据位错运动建立损伤与声发射特征参数N间的联系,结果发现,随着材料受载的增大,位错运动加剧,损伤愈加严重,N值不断增加;(2)依据金属材料的细观损伤演化机理和非线性超声的理论基础,分析得知位错结构演化是材料细观损伤过程产生超声非线性响应的主要机制,超声非线性系数β能够表征超声非线性响应的强弱。基于位错弦理论建立损伤与β值间的联系,结果发现,随着载荷的增大,位错运动加剧,材料损伤加重,β值不断增加;(3)采用声发射技术对试件的拉伸损伤过程进行在线监测,综合运用声发射参数分析法和时频分析法对试件拉伸损伤不同阶段的声发射特性进行分析。结果表明,不同的拉伸损伤阶段声发射信号特征不同。在弹性变形阶段,试件内部损伤较弱,损伤模式单一,声发射特征表现为信号活性和强度较小;屈服和强化阶段,试件损伤严重,损伤机制复杂多样,声发射信号活性和强度显著增大。(4)采用非线性超声技术对试件的拉伸损伤过程进行在线测试,计算试件在不同载荷下不同位置的β值。分析β值的变化规律得知:随着载荷的增加,各测试点β值均呈现增加的趋势,弹性变形阶段,试件损伤较弱,β值缓慢增加;塑性损伤阶段,试件损伤严重,β值快速增加。不同位置β值变化规律表明,缺口位置损伤最为严重,β值增长幅度最大,随着与缺口距离的增加,所受应力减小,损伤程度减弱,β值增长幅度减小;(5)选取声发射累积撞击计数N为声发射表征参量,以不同载荷下的N值与极限载荷下的N值的比值定义损伤因子D。分别在弹性变形和塑性损伤阶段对N值与载荷间的关系进行数值拟合,联立拟合公式计算试件的屈服载荷,得到试件在弹性变形阶段和塑性损伤阶段D的取值范围,利用D值实现材料损伤的声发射量化表征;(6)选取超声非线性系数β为非线性超声表征参量,以不同载荷下的β值与极限载荷下的β值的比值定义损伤因子D’。分别在弹性变形和塑性损伤阶段对β值与载荷间的关系进行数值拟合,联立拟合公式计算试件的屈服载荷,得到试件在弹性变形阶段和塑性损伤阶段D’的取值范围,利用D’值实现材料损伤的非线性超声量化表征;(7)对声发射测试得到的屈服载荷值,非线性超声测试得到的屈服载荷值与试件的名义屈服强度值进行比较,结合声发射和非线性超声技术的测试机理,进一步认识材料的细观损伤演化规律,为金属材料早期损伤的发现提供一种新的测试方法。

关键词：细观损伤 q245r钢 “V”型缺口声发射非线性超声

q245r钢不同晶粒度级别非线性超声特性表征方法研究

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Q245R钢不同晶粒度级别非线性超声特性表征方法研究

作者：徐磊东北石油大学

学位级别：硕士

q245r钢是一种广泛用于石油化工行业与压力容器制造行业的低合金高强钢,具备强度高、塑性好、耐腐蚀等优点。在工程应用中,大部分的压力容器等机械设备都处于高压、高温、高载等环境,在这种工况下工作,设备不可避免的会出现损伤。而材... 详细信息

q245r钢是一种广泛用于石油化工行业与压力容器制造行业的低合金高强钢,具备强度高、塑性好、耐腐蚀等优点。在工程应用中,大部分的压力容器等机械设备都处于高压、高温、高载等环境,在这种工况下工作,设备不可避免的会出现损伤。而材料的微观组织尤其是晶粒尺寸对于材料的性能特点反应非常灵敏。目前在役设备的常规无损检测方法对于一些多晶材料的分析与检测不够准确,为了保证及时对材料微观组织结构进行研究的同时不影响在役设备的正常工作,国内外学者研究发现,非线性超声技术可以作为一种有效的研究方法,对在役设备进行在线无损检测。本文以q245r钢为研究对象,采用非线性超声检测技术,对不同晶粒度级别的q245r钢试件进行非线性超声特性实验,通过分析实验过程中得到的非线性超声特性参数,确立非线性特性参数与材料晶粒度级别的量化关系,建立量化公式,达到利用非线性超声特性表征材料晶粒度级别的目的。同时对不同晶粒度级别的q245r钢试件进行维氏硬度试验得到维氏硬度,以非线性特性参数为特征参量,对材料的维氏硬度进行定量分析,为利用非线性超声检测技术表征材料晶粒度级别与力学性能提供一种有效的方法。主要研究内容如下:(1)介绍了目前阶段国内外学者对于非线性超声技术的研究状况。深度研究了利用rITEC rAM-5000 SNAP仪器对材料进行非线性超声实验的机理。并对材料晶粒级别对力学性能的影响进行了剖析。(2)考虑到研究对象为不同晶粒度级别的q245r钢材料,为了达到对比分析的目的,对初始状态下的q245r钢试件进行非线性超声实验,得到q245r钢试件初始状态下的非线性超声特性参数。(3)结合金属材料的热处理相关知识与金相法观测晶粒大小的理论基础,通过热处理加工得到不同晶粒大小的四组q245r钢试件,依靠金相显微镜观察每组材料的晶粒度大小,利用面积法计算每组试件的晶粒度级别。(4)对四组q245r钢试件进行非线性超声特性实验,通过对比初始状态下的非线性超声特性参数,发现q245r钢的二阶非线性系数β与衰减系数α随着材料晶粒度的改变产生不同的变化趋势。两组实验数据表明,随着材料晶粒度级别的增大,衰减系数先增加,在晶粒度级别达到5级之后,衰减系数开始降低;随着晶粒度级别的增大,二阶非线性系数逐渐降低。同时发现材料的声速与晶粒度的级别之间没有明显变化关系。(5)选取衰减系数α与二阶非线性系数β作为特征参量,分析两个参数随着材料晶粒度级别的变化关系,分别建立与q245r钢晶粒度级别的量化关系公式。(6)对维氏硬度计测得的不同晶粒度级别q245r钢维氏硬度HV进行量化分析,建立维氏硬度HV与材料晶粒度级别的量化关系公式。结合二阶非线性系数公式,利用二阶非线性系数β表征材料维氏硬度HV,为非线性超声特性判断q245r钢材料晶粒度级别以及力学性能提供一种有效的表征方法。

关键词：晶粒度级别 q245r钢非线性超声量化关系力学性能

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q245r钢焊接接头断裂过程的声发射研究

Q245R钢焊接接头断裂过程的声发射研究

作者：张昌稳福州大学

学位级别：硕士

本文利用声发射技术,记录下了q245r钢紧凑拉伸试样焊缝、热影响区以及母材在单向静拉伸过程中的声发射信号,利用波形特征参数分析法(经历图分析法,分布分析法以及关联图分析法)研究了焊缝、热影响区以及母材在位错滑移、微裂纹萌生以及... 详细信息

本文利用声发射技术,记录下了q245r钢紧凑拉伸试样焊缝、热影响区以及母材在单向静拉伸过程中的声发射信号,利用波形特征参数分析法(经历图分析法,分布分析法以及关联图分析法)研究了焊缝、热影响区以及母材在位错滑移、微裂纹萌生以及裂纹扩展阶段的参数特征,同时利用FFT技术和小波变换处理声发射信号得到了三种试样不同损伤阶段的时间和频率信息,并运用光学显微镜和扫描电子显微镜观察分析了焊缝、热影响区以及母材的断口形貌特征。采用特征参数分析法对q245r钢焊缝、热影响区以及母材拉伸变形过程的声发射信号进行了分析,总结了不同损伤源的声发射信号能量、振铃计数、持续时间等特征参数的分布规律。研究发现振铃计数与能量的相关性最强,几乎呈线性变化,幅度与能量以及振铃计数与幅度的相关性次之,持续时间与能量的相关性最差,而且持续时间与能量关联图中各点的分散性很大。同时利用声发射累积振铃计数变化率和累积幅度变化率实现了对焊缝、热影响区以及母材的有效划分,三者的累积声发射参数变化率呈依次减小趋势,即焊缝>热影响区>母材。利用FFT技术对焊缝、热影响区以及母材在不同损伤阶段的声发射信号进行频谱分析。得到了焊接接头不同区域在位错滑移、微裂纹萌生以及裂纹扩展阶段的声发射信号最大峰的频率分布和振幅变化规律。焊缝在位错滑移阶段的信号最大峰频小于热影响区,而在微裂纹萌生以及裂纹扩展阶段的信号最大峰频大于热影响区。与焊缝和热影响区相比,母材在微裂纹萌生和裂纹扩展阶段的声发射信号主峰频最大,频率值在350-370kHz频段内变化。同时焊缝、热影响区以及母材的声发射信号最大峰振幅值呈依次递增趋势。利用sym5小波对信号波形进行分解与重构,得到了焊缝、热影响区以及母材在拉伸变形不同阶段的波形特征,实现了对焊接接头不同区域的有效识别。焊缝的声发射信号波形经小波分解后主要集中在d2、d3和d4层,波形振幅值与其他两种试样相比最大;而母材的信号波形主要集中在d2、d3和d4层,波形振幅值最小;热影响区的信号波形主要集中在d3、d4和d5层,波形振幅值介于两者之间。其中d3、d4层包含了主要的损伤声发射信息,占原始信号总能量的80%以上。同时小波分析实现了损伤过程各阶段有效声发射信号与干扰噪声信号的分离,获得了高信噪比的损伤声发射信息。

关键词： q245r钢焊接接头声发射技术特征参数分析小波变换

316L不锈钢、ND钢和q245r钢的耐酸露点腐蚀性能

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腐蚀与防护 2021年第6期42卷 25-32页

作者：何萌康昊源陈昇曹逻炜薛俊鹏谢国山中国特种设备检测研究院北京100029 安工腐蚀检测实验室科技(无锡)有限公司无锡214028

通过浸泡试验和电化学测试,研究了316L不锈钢、ND钢和q245r钢在酸露点腐蚀模拟溶液中的腐蚀行为,分析了温度、硫酸质量分数和Cl^(-)质量浓度对三种材料的酸露点腐蚀规律和机理的影响。结果表明:三种材料耐酸露点腐蚀性能从大到小依次为N... 详细信息

通过浸泡试验和电化学测试,研究了316L不锈钢、ND钢和q245r钢在酸露点腐蚀模拟溶液中的腐蚀行为,分析了温度、硫酸质量分数和Cl^(-)质量浓度对三种材料的酸露点腐蚀规律和机理的影响。结果表明:三种材料耐酸露点腐蚀性能从大到小依次为ND钢、316L不锈钢、q245r钢;q245r钢和ND钢的腐蚀速率随Cl-质量浓度的升高先增大后减小,316L不锈钢的腐蚀速率受Cl^(-)、SO_(4)^(2-)和溶解氧的共同作用。

关键词：酸露点腐蚀 316L不锈钢 ND钢 q245r钢

含夹渣缺陷q245r钢的声发射特性和DIC研究

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电子测量技术 2021年第18期44卷 1-6页

作者：杜永刚周伟刘朔刘亚萍刘佳马连华河北大学质量技术监督学院保定071002 河北省特种设备监督检验研究院保定分院保定071002

焊接缺陷对钢焊接结构的工作运行会造成严重损伤。为了研究弯曲载荷下焊接缺陷对q245r钢损伤演化的影响,分别对无缺陷和含夹渣缺陷的q245r钢试件进行弯曲实验,并利用声发射技术和数字图像相关方法进行实时监测。结果表明:与无缺陷试件相... 详细信息

焊接缺陷对钢焊接结构的工作运行会造成严重损伤。为了研究弯曲载荷下焊接缺陷对q245r钢损伤演化的影响,分别对无缺陷和含夹渣缺陷的q245r钢试件进行弯曲实验,并利用声发射技术和数字图像相关方法进行实时监测。结果表明:与无缺陷试件相比,含夹渣缺陷试件的声发射信号幅度、累计撞击数和能量等特征参数都有大幅度增高,含夹渣缺陷试件的幅度和能量分别高达80.5 dB和231.2 mV·ms。在3.3 kN载荷下,含夹渣缺陷试件的最大位移比无缺陷试件提高约21.093 mm。实验结果可以为钢焊接结构健康监测提供参考。

关键词： q245r钢焊接夹渣声发射技术数字图像相关

q245r钢在高含Cl -塔河模拟油田水中的腐蚀行为研究

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材料保护 2021年第12期54卷 59-63,78页

作者：高秋英贺三杨耀辉刘强杨祖国孙海礁张家骥张重德中国石油化工股份有限公司西北油田分公司中国石化缝洞型油藏提高采收率重点实验室新疆乌鲁木齐830011 西南石油大学石油与天然气工程学院四川成都610500 西南石油大学新能源与材料学院四川成都610500 中国海洋石油有限公司天津分公司天津300459

针对塔河油田站内容器设备在高矿化度环境中的腐蚀情况,采用失重法和电化学测试方法,研究了3种Cl^(-)浓度下q245r钢在塔河油田模拟水中的腐蚀行为。结果表明:在H_(2)S/CO_(2)环境中,随着Cl^(-)浓度的增加,q245r钢的腐蚀速率先减小后急... 详细信息

针对塔河油田站内容器设备在高矿化度环境中的腐蚀情况,采用失重法和电化学测试方法,研究了3种Cl^(-)浓度下q245r钢在塔河油田模拟水中的腐蚀行为。结果表明:在H_(2)S/CO_(2)环境中,随着Cl^(-)浓度的增加,q245r钢的腐蚀速率先减小后急剧增大;高Cl^(-)浓度下,腐蚀产物膜中S元素的原子分数有所增加,而O元素的原子分数先增加后急剧减少,此时腐蚀产物不具有保护性;在3种Cl^(-)浓度条件下,均匀腐蚀速率均大于0.25 mm/a,评级为极严重腐蚀。由此可见,q245r钢在高含Cl^(-)的塔河模拟水中不具备抗腐蚀能力。

关键词： q245r钢模拟环境腐蚀行为 Cl-浓度腐蚀产物膜

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q245r钢锅炉管爆管原因

理化检验（物理分册） 2020年第10期56卷 42-46页

作者：李建宾钦祥斗南京钢铁股份有限公司南京210035

某公司q245r钢锅炉管在使用仅8个月时发生了横向爆管事故。通过宏观观察、化学成分分析、硬度测试、金相检验、扫描电镜分析、X射线衍射分析等方法对锅炉管的爆管原因进行了分析。结果表明:该q245r钢锅炉管所通水蒸气中NaCl,Na2CO3等杂... 详细信息

某公司q245r钢锅炉管在使用仅8个月时发生了横向爆管事故。通过宏观观察、化学成分分析、硬度测试、金相检验、扫描电镜分析、X射线衍射分析等方法对锅炉管的爆管原因进行了分析。结果表明:该q245r钢锅炉管所通水蒸气中NaCl,Na2CO3等杂质较多,使得管道转弯处堵塞变窄,前段管内蒸汽流速和温度异常。在高温高压和腐蚀介质作用下,管内壁不断被氧化,管壁减薄并脱碳,管子强度大幅降低,不足以承受工作压力,最终导致爆管。

关键词： q245r钢锅炉管爆管应力腐蚀