本文選題：激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù) + 鍋爐受熱面��； 參考：《華南理工大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：在火力發(fā)電行業(yè),承受高溫高壓的金屬材料的安全問題至關(guān)重要。據(jù)統(tǒng)計(jì),由于金屬材料失效引起受熱面爆管等事故占火電廠各類非計(jì)劃停運(yùn)事故的50%以上。一旦計(jì)劃外停運(yùn)和發(fā)生故障,將會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷害,對(duì)社會(huì)產(chǎn)生不利的影響。受熱面材料在長(zhǎng)期的高溫高壓服役過程中,其微觀組織結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生一系列的變化,最終導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生和力學(xué)性能的下降,進(jìn)一步導(dǎo)致發(fā)生爆管等事故的幾率大大增加。受熱面材料的這種組織結(jié)構(gòu)變化和機(jī)械性能退化稱為老化。由于缺乏快速有效的監(jiān)測(cè)技術(shù),現(xiàn)役電廠往往通過未到期更換受熱面材料等措施來降低受熱面爆管事故的發(fā)生率,從而確保機(jī)組運(yùn)行安全性。而已有的受熱面失效檢測(cè)技術(shù)存在各自的局限性,對(duì)檢測(cè)環(huán)境和被檢測(cè)部件的要求高,無法在受熱面材料還在服役狀態(tài)時(shí)對(duì)其失效趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)是近年來發(fā)展起來的一種原子發(fā)射光譜分析技術(shù)。它能夠分析物質(zhì)的成分和含量,具有對(duì)分析物損傷小、多元素同步檢測(cè)、快速、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)也受基體效應(yīng)的影響。對(duì)于傳統(tǒng)的定量分析而言,基體效應(yīng)的存在是不利因素,然而恰恰可以利用基體效應(yīng)來反映被檢測(cè)對(duì)象的組織結(jié)構(gòu)特性。本文正是利用基體效應(yīng)的存在嘗試將LIBS技術(shù)引入到電廠鍋爐受熱面的檢測(cè)中。利用LIBS對(duì)電廠受熱面材料進(jìn)行檢測(cè),通過等離子體特性來反映受熱面材料的組織結(jié)構(gòu)與特性,為發(fā)展鍋爐受熱面高溫失效趨勢(shì)預(yù)測(cè)分析技術(shù)提供理論依據(jù)。論文在調(diào)研了受熱面失效分析的技術(shù)水平和研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,闡述了本論文的研究背景與意義。并介紹了常用的受熱面失效分析無損檢測(cè)方法,闡述了LIBS的發(fā)展歷程以及LIBS在金屬材料領(lǐng)域的相關(guān)研究以及對(duì)基體效應(yīng)的研究,提出了本文的研究?jī)?nèi)容�；贚IBS的原理以及等離子體的物理特性,搭建了一套可以適用于不同管徑受熱面管材檢測(cè)的LIBS實(shí)驗(yàn)裝置。為了深刻理解本文主要的研究對(duì)象12Cr1MoV和T91鋼,對(duì)其的特性和失效機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的分析。利用單色儀并配合示波器對(duì)對(duì)不同金相組織的12Cr1MoV的等離子體特性進(jìn)行了分析。根據(jù)12Cr1MoV鋼的含量選取一些特征譜線來對(duì)比分析,主要對(duì)比了同一元素的離子線和原子線以及不同金相組織樣品間的等離子體時(shí)間演化特性。并分析了等離子體強(qiáng)度與金相組織之間的關(guān)系。同時(shí)還研究了金相組織同為回火索氏體但碳化物顆粒大小不同的T91的等離子體時(shí)間演化特性。分析了不同抗拉強(qiáng)度T91的等離子體特性,引入PCA分析方法對(duì)其進(jìn)行區(qū)分,并建立了譜線強(qiáng)度、離子線和原子線的譜線強(qiáng)度比與抗拉強(qiáng)度之間的線性關(guān)聯(lián)性。最后利用LIBS技術(shù)對(duì)不同老化等級(jí)的T91進(jìn)行研究。分析其等離子體特性(等離子體溫度、電子密度、等離子譜線強(qiáng)度)與老化等級(jí)之間的關(guān)系。建立了離子線與原子線的譜線強(qiáng)度比與老化等級(jí)之間的關(guān)聯(lián)性,同時(shí)也建立了合金元素與基體元素的譜線強(qiáng)度比和老化等級(jí)以及硬度之間的關(guān)聯(lián)性。所得到的Cr/Fe和Mo/Fe的譜線強(qiáng)度比與老化等級(jí)和硬度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)聯(lián)性,為發(fā)展受熱面失效趨勢(shì)預(yù)測(cè)分析的新方法以及LIBS技術(shù)在新領(lǐng)域和新方向的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)和實(shí)踐依據(jù)。
[Abstract]:In the thermal power industry, the safety of metal materials under high temperature and high pressure is very important. According to statistics, more than 50% of the non planned outage accidents in the fire power plant caused by the failure of metal materials are caused by the failure of the metal materials. In the course of long term high temperature and high pressure service, a series of changes will occur in the microstructure and structure of the heated surface material, which leads to the formation of the crack and the decline of the mechanical properties. The probability of the accidents of the detonator is greatly increased. The structural change and mechanical properties of the heated surface materials are called the deterioration of the mechanical properties. Aging. Due to the lack of rapid and effective monitoring technology, active power plants often reduce the incidence of detonating accidents in the heated surface by means of undue replacement of heat surface materials and so on, thus ensuring the safety of the units, and the existing failure detection techniques of the heated surface have their own limitations and high requirements for the detection environment and the detected components. Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) is an atomic emission spectrum analysis technique developed in recent years. It can analyze the composition and content of the material, which has small damage to the analyte and the same element. For the traditional quantitative analysis, the existence of the matrix effect is an unfavorable factor. However, the matrix effect can be used to reflect the structural characteristics of the detected image. This paper is using the matrix effect. The LIBS technology is introduced into the thermal surface testing of the power plant boiler. Using LIBS to detect the heat surface materials of the power plant, the structure and characteristics of the materials are reflected through the plasma characteristics, and the theoretical basis is provided for the development of the prediction and analysis technology for the high temperature failure trend of the heating surface of the boiler. On the basis of the technical level and research status of failure analysis, the research background and significance of this paper are expounded. The common nondestructive testing methods for the failure analysis of heating surface are introduced, the development course of LIBS and the related research of LIBS in the field of metal materials and the research on the matrix effect are discussed. The research content of this paper is put forward. On the basis of the principle of LIBS and the physical characteristics of the plasma, a set of LIBS experimental equipment which can be applied to the detection of pipe material with different pipe diameter is set up. In order to understand the main object of this paper, 12Cr1MoV and T91 steel, the characteristics and failure mechanism are analyzed in detail. The monochromator is used and the oscilloscope is used for different gold. The plasma characteristics of the phase organized 12Cr1MoV are analyzed. According to the content of the 12Cr1MoV steel, some characteristic spectral lines are selected to compare and analyze the plasma time evolution characteristics between the ions and the atomic lines of the same element, as well as the samples of different metallographic structures, and the relationship between the plasma intensity and the metallographic structure is analyzed. At the same time, the plasma time evolution characteristics of the T91 with different size and size of the carbide particles are studied. The plasma characteristics of different tensile strength T91 are analyzed, and the PCA analysis method is used to distinguish them, and the spectral line strength, the spectral line strength ratio of the ion line and the atomic line and the tensile strength are established. In the end, LIBS technology is used to study the T91 of different aging grades. The relationship between plasma characteristics (plasma temperature, electron density, plasma spectral intensity) and aging grade is analyzed. The correlation between the spectral line intensity ratio of the ion line and the atomic line and the aging grade is established, at the same time, the relationship between the plasma intensity ratio and the aging grade is established. The correlation between the spectral line strength ratio of the alloying elements and the matrix elements and the aging grade and hardness. The spectral line strength ratio of Cr/Fe and Mo/Fe has a good linear correlation with the aging grade and hardness. It is a new method for developing the prediction and analysis of the failure trend of the heating surface and the development of the LIBS technology in the new and new directions. The theoretical basis and practical basis.
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM621.2

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本文編號(hào)：2108617