低温环境下锂离子电池荷电状态与超声透射飞行时间的关系研究

为掌握低温下锂离子电池荷电状态（SOC）与超声检测特征量之间的关系,开展了圆柱卷绕型锂离子电池荷电状态超声检测与理论分析。设计了一种超声换能器固定装置来提高超声信号检测的稳定性和灵敏度。建立特征提取算法,提取超声信号幅值和超声飞行时间两个特征参量,获得低温环境下锂离子电池的最大可用容量。结果表明,在低温环境下,超声飞行时间特征量相较于超声信号幅值特征量能更准确地反映锂离子电池的荷电状态。该文还研究了低温对锂离子电池负极材料弹性模量、质量、长度的影响,建立了低温环境下锂离子电池荷电状态与超声透射飞行时间量化方程,量化方程与检测数据之间的拟合决定系数为0.966 8。该研究可为低温环境下锂离子电池SOC的准确检测提供参考。     

转轮焊缝相控阵超声检测工艺研究

针对常规超声检测方法在进行三维多变断面转轮焊缝检测时存在的局限性,介绍了相控阵超声检测技术的特点。根据转轮焊缝容易出现的缺陷类型制作了模拟试块,设计超声相控阵检测工艺并进行检测,对检出缺陷进行常规超声检测验证。结果表明,超声相控阵技术可明显提高检测效率及检出能力,但对位向不好的层间未熔合,仍需配合直探头在焊缝弧面进行补充检测。     

不锈钢疲劳微损伤的非线性超声检测方法

针对常规超声技术无法检测微小疲劳损伤的问题,提出基于有限幅度法的疲劳损伤非线性超声检测方法。设计检测平台提供稳定可调的探头声耦合性能,提高非线性超声检测信号的稳定性;在各种激励电压下提取微损伤区的相对非线性系数,结合金相测量方法深入分析非线性系数对微小疲劳损伤的检测能力及激励电压对检测能力的影响。结果显示,相对非线性系数可定量表征金相实验无法观察的微疲劳损伤,激励电压可影响检测效率和检测分辨率,是非线性超声有限幅度法的关键检测参数。     

插入式管座角焊缝相控阵超声检测技术研究

通过模拟仿真优化相控阵超声波在实际管座角焊缝中的传播路径,实现声波传播路径的可视化,根据检测对象参数确定探头形状,设计了相控阵超声检测探头和试块,制定了管座角焊缝的相控阵超声检测工艺,并在某电站锅炉管座角焊缝检测中进行了应用,提高了相控阵超声检测的可靠性,有效地保证锅炉的安全运行。     

不锈钢焊缝中超声传播特性及TOFD检测方法研究

为提高对不锈钢焊缝内部缺陷的超声检测能力,开展了关于焊缝超声波传播特性及其超声衍射时差法(TOFD)的研究工作。通过调整探头间距(PCS)改变检测声束方向,分析检测声束与柱状晶夹角对检测信号信噪比的影响,提出基于超声TOFD技术的焊缝一次波、二次波检测方法;鉴于二次波检测中特征波结构的复杂性,建立了特征波传播模型以识别二次波特征信号。研究结果表明,焊缝中传播的超声波声束呈现明显的各向异性特征,柱状晶与检测声束的夹角是检测信噪比的关键影响因素;与探头置于焊缝根部侧和余高侧相对应,需分别采用一次波和二次波检测方法进行TOFD检测;当检测声束与柱状晶夹角在35°~48°且检测区域具有较高声压时,可有效提高对焊缝缺陷的检测能力。基于声波传播的各向异性特征提出的超声TOFD一次波和二次波检测方法对于提高奥氏体不锈钢焊缝的超声检测能力具有重要作用。     

钢轨检测压电超声换能器宽频阻抗匹配研究

针对钢轨损伤检测系统中压电超声换能器与激励源存在阻抗失配，以及压电超声换能器带载后谐振频率偏移等问题，本文对压电超声换能器宽频阻抗匹配进行研究。首先，对压电超声换能器BVD模型参数进行优化。其次，基于上述模型，设计4种匹配网络，对其性能进行比较分析，从而确定最佳网络拓扑结构和参数。最后，基于一发一收实验平台，测试对比匹配前后压电超声换能器的接收信号。测试结果表明，本文设计的阻抗匹配网络可以实现对压电超声换能器的高效匹配，匹配后发射换能器有功功率平均提升了197.38%,工作带宽从1.44 kHz提升至2.22 kHz。同未匹配和传统L型匹配网络相比，本文设计的宽频阻抗匹配网络使得发射强度分别提升了61.07%和18.05%,压电超声换能器在工作带宽内均可达到良好的发射状态。     

关于圆管内侧直探头接触法超声波探伤灵敏度及判伤的修正

用直探头接触法在圆管内侧做超声波探伤时,由于工件形状与常用的条状平板试块不同,以致引起误差。本文利用声学与几何光学的相似性,从声束传播理论出发,导出对平板与圆管两种工件,在材质相同并且缺陷深度,大小一样的情况下,探头接收到的不同声压间的关系,从而求出两者间的修正值,以便利用常规的条状平板试块,通过灵敏度补偿的方法,科学地对圆管材质或圆管角焊缝进行探伤。     

超声检测技术对比研究

采用可记录超声方法(超声相控阵检测技术、TOFD检测技术)与不可记录超声检测方法(常规A型脉冲超声波检测技术)对带有预埋缺陷的焊缝模拟试块进行无损检测。实验结果表明：3种检测方法对裂纹、未焊透、夹渣等缺陷都能够有效检测;超声相控阵检测技术与TOFD检测技术在缺陷长度、深度及自身高度测量更准确,检测结果更加直观,能够实现检测过程可记录。     

铝合金拉伸塑性变形的非线性电磁超声检测

针对金属构件早期塑性损伤检测的难点问题,建立非线性电磁超声表面波弹塑性模型,通过改变材料内部塑性应变大小模拟不同程度的塑性损伤,研究应力应变、塑性损伤、超声非线性系数三者之间的关系,并利用非线性电磁超声实验方法,对拉伸变形的试件进行塑性损伤评估。搭建了非线性电磁超声表面波检测系统,对导入不同塑性变形的试件进行相对非线性系数的检测。实验结果表明,在材料屈服硬化阶段早期(ε≤5%),随着被测试件中导入塑性应变量的增加,相对非线性系数迅速增大;在材料屈服硬化阶段后期(5%ε≤7%),随塑性损伤程度的增加,相对非线性系数增幅逐渐趋于平缓;在材料出现颈缩时(ε7%),材料内部应力的降低导致相对非线性系数出现明显下降。据此,可以对塑性损伤的变化情况进行有效监测,并进一步评估材料的力学寿命。     

基于FPGA的超声导波宽带激励源设计

超声导波检测效率高、距离远,逐渐成为焊缝缺陷检测的有效方法之一。目前国内的超声导波检测信号激励源通常将信号发生器和功率放大器组合使用,操作不方便且功率放大器价格昂贵,不能满足远距检测。为了克服其缺点,设计了一款基于FPGA的超声导波检测宽带激励源。该激励源的激励频率、脉冲周期数、脉冲检测均可根据不同的检测对象灵活可调。在50Ω负载上,激励源的功率放大器在250 kHz～4.5 MHz的激励频率范围内能够实现100 Vpp的输出幅值,可直接驱动压电换能器。软件部分使用Verilog语言设计了各硬件的驱动程序及与上位机的串口通信协议。经试验验证,搭配接收采集模块,激励源可实现500 mm长焊缝缺陷检测。模块体积小,性能可靠,具有一定的实用价值。     

Study of the structure and properties of metal of the major steam lines of a CCGT-420 unit made from high-chromium Х10CrMoVNb9-1 (P91) steel

The technology of manufacture of live steam lines and hot reheat lines at FINOW Rohrsysteme GmbH are discussed. These pipelines are designed for high-performance CCGT units and are made from high-chromium martensitic steel X10CrMoVNb9-1 (P91). The principles of certification and evaluation of conformance of thermal and mechanical equipment made from new construction materials with the TRCU 032-2013 technical regulation of the Customs Union are detailed. The requirements outlined in Russian and international regulatory documents regarding the manufacture of pipes and semifinished products for pipeline systems are compared. The characteristic features of high-chromium martensitic steel, which define the requirements for its heat treatment and welding, are outlined. The methodology and the results of a comprehensive analysis of metal of pipes, fittings, and weld joints of steam lines are presented. It is demonstrated that the short-term mechanical properties of metal (P91 steel) of pipes, bends, and weld joints meet the requirements of European standards and Russian technical specifications. The experimental data on long-term strength of metal of pipes from a live steam line virtually match the corresponding reference curve from the European standard, while certain experimental points for metal of bends of this steam line and metal of pipes and bends from a hot reheat line lie below the reference curve, but they definitely stay within the qualifying (20%) interval of the scatter band. The presence of a weakened layer in the heat-affected zone of weld joints of steel P91 is established. It is shown that the properties of this zone govern the short-term and long-term strength of weld joints in general. The results of synthesis and analysis of research data support the notion that the certification testing of steam lines and other equipment made from chromium steels should necessarily involve the determination of long-term strength parameters.     

P91钢高温蠕变的数值研究

根据P91钢的单轴及多轴蠕变实验数据,建立了P91钢在高温下的损伤-硬化蠕变数学计算模型,利用该模型实现了P91钢高温蠕变的数值计算。通过分析和研究金属在高温蠕变过程中出现的骨点应力,预测金属高温蠕变损耗情况,这对于评估高温构件的安全性和经济性意义重大。     

火力发电厂高温金属部件蠕变监测

电站高温金属部件的蠕变损伤是不可避免的,为在安全的前提下尽量延长其使用寿命,必须掌握高温金属部件材料损伤和老化情况.散斑图像相关分析技术(SPICA)是荷兰电力研究院(KEMA)经过20多年的研究而成功开发出的高温蠕变监测技术,可对电站高温部件的蠕变应变进行无损准在线监测,特别适用于监测焊缝热影响区的局部蠕变应变,在对高温管道进行直径(或周长)蠕变监测的传统方法被取消后,SPICA可以成为国内电站高温金属部件蠕变监测的替代技术.对KEMA的SPICA技术进行介绍,使国内的电站金属材料工作者了解这种蠕变监测的新方法.     

P91主蒸汽管道高硬度和低硬度焊缝性能研究

对P91钢的高硬度和低硬度焊缝的冲击功、硬度、断裂韧度和持久强度进行了试验研究,结果表明:硬度高、韧性低的R焊缝具有高的持久强度;硬度低、韧性高的D焊缝具有低的持久强度。材料持久强度的高低与部件的蠕变寿命密切相关。     

P91钢焊缝缺陷检测及原因探讨

P 91钢材的可焊性相对较差,若焊接工艺控制不严,易产生裂纹、未熔等危害性缺陷;超声波在P 91钢中的声速也与普通的碳钢声速有所不同,对于P 91钢焊缝的检测应注意缺陷的定位。     

Laves相对P92钢焊接接头蠕变的影响

由于P92钢焊接接头在时效过程中析出Laves相,焊缝金属冲击韧性大幅度下降,介绍P92钢焊接接头时效后组织韧性的变化,分析Laves相析出、合金元素W对蠕变断裂的影响,得出Laves相形成初期对P92钢焊接接头蠕变断裂强度有利、合金元素W有利于提高蠕变断裂强度的结论。     

特高压变电站主设备焊缝衍射时差法检测适应性分析

针对特高压变电站主设备GIS、变压器和电抗器的使用材料、工艺结构和加工特点,提出利用衍射时差（time of flight diffraction,TOFD）超声检测法,对主设备进行焊缝缺陷检测。首先从设备的材料、母材的厚度等方面深入分析TOFD超声检测法的适应性及检测参数选择原则,并对不同厚度的铝板、钢板进行试验验证。结果表明,TOFD法检验厚度为6 mm左右和10 mm及以上的合金铝、碳钢等材料的焊缝时,采用高频率探头,能够清晰而准确地判断缺陷大小、性质、自身高度。     

微量稀土元素对9Cr1Mo钢焊缝力学性能影响研究

在国内外标准中,对9Cr1Mo焊接接头的低温性能要求很少。随着低温环境焊接工程的增多,同时对焊接接头低温性能和高温性能的要求越来越高。利用药皮过渡的方式对P91焊接接头添加微量稀土元素,通过熔敷金属力学性能试验、焊接接头高温拉伸、低温冲击、硬度试验以及熔敷金属相变点测试,表明适量添加微量稀土元素能够改善P91焊接接头的性能,尤其是同时改善低温冲击韧性和高温拉伸性能,为9Cr1Mo材料低温环境下焊接材料的开发提供了新的途径。     

电站用T91钢的性能及焊接

从化学成分，合金化原理，室温力学性能，高温力学性能，焊接接头的微观特点，焊接裂纹敏感性等几个方面系统介绍了T01钢的研究现状，并指出掌握T91钢的焊接和高温运行行为，克服其焊缝韧性劣化倾向及HAZ蠕变断裂强度下降，以充分发挥母材潜力，是T91钢的焊接研究急需突破的技术难题和紧迫任务。