本文關(guān)鍵詞：SPV490Q鋼焊接冷裂紋聲磁特性及實(shí)驗(yàn)方法研究

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【摘要】：為滿足高強(qiáng)度和輕量化的要求,在石油石化高參數(shù)承壓設(shè)備制造中,普遍采用低合金高強(qiáng)鋼材料。然而,隨著鋼強(qiáng)度的增加,焊接結(jié)構(gòu)中也更容易產(chǎn)生冷裂紋,由于其具有延遲特性,給檢測(cè)與預(yù)防帶來(lái)很大困難,易誘發(fā)災(zāi)難性事故。因此,開(kāi)展焊接冷裂紋機(jī)理研究,建立焊接冷裂紋檢測(cè)及分析方法,對(duì)于保證低合金高強(qiáng)鋼焊接結(jié)構(gòu)和承壓設(shè)備的制造質(zhì)量和長(zhǎng)周期安全運(yùn)行具有重要意義。本文以壓力容器常用低合金高強(qiáng)鋼SPV490Q鋼為研究對(duì)象,根據(jù)冷裂紋在形成過(guò)程中必然伴隨著彈性應(yīng)力波產(chǎn)生和殘余應(yīng)力釋放的特性,采用聲發(fā)射技術(shù)和磁記憶技術(shù)相結(jié)合的檢測(cè)方法,分別采集焊接冷裂紋形成過(guò)程中的聲發(fā)射信息和磁記憶信息,從焊接裂紋的微觀形態(tài)、起源與擴(kuò)展及影響因素等方面進(jìn)行分析,揭示冷裂紋形成機(jī)制及規(guī)律,為改善焊接工藝和檢測(cè)焊縫質(zhì)量提供依據(jù)。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括:1.將冷裂紋形成機(jī)理和瞬態(tài)應(yīng)力波傳播理論相結(jié)合,分析得知冷裂紋形成過(guò)程和擴(kuò)展過(guò)程中的不同聲發(fā)射源機(jī)制,提出了通過(guò)聲發(fā)射撞擊計(jì)數(shù)-時(shí)間歷程圖和幅值-時(shí)間歷程圖來(lái)分析聲發(fā)射信號(hào)信息的方法,用聲發(fā)射信號(hào)的撞擊計(jì)數(shù)、幅值、能量、上升時(shí)間、持續(xù)時(shí)間這幾個(gè)參數(shù)以及波形的變化來(lái)表示焊后全過(guò)程和分階段聲發(fā)射信號(hào)的規(guī)律。由于冷裂紋形成過(guò)程中必然伴隨著應(yīng)力的變化,從而導(dǎo)致焊縫中漏磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化,選取平均漏磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度值Kmed和最大漏磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度值Kmax兩個(gè)磁特性參數(shù)表征焊縫表面應(yīng)力變化規(guī)律。2.通過(guò)對(duì)SPV490Q低合金高強(qiáng)鋼斜Y型坡口焊接試件聲發(fā)射全程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析,獲得冷裂紋形成及擴(kuò)展全過(guò)程的聲發(fā)射信息,確定冷裂紋演化過(guò)程的聲發(fā)射特征描述方法,得到其演化規(guī)律。利用磁記憶檢測(cè)技術(shù),對(duì)SPV490Q低合金高強(qiáng)鋼斜Y型坡口焊接試件進(jìn)行間斷性測(cè)試,同時(shí)采用db4小波對(duì)磁記憶信號(hào)進(jìn)行分解及重構(gòu),提取焊后不同時(shí)間的磁記憶漏磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度值K,并繪制出K值隨時(shí)間變化的曲線。通過(guò)對(duì)不同條件下試件的冷裂紋聲發(fā)射和磁記憶特性進(jìn)行分析,得知隨著焊縫厚度、拘束焊縫長(zhǎng)度、焊條濕度、鋼材強(qiáng)度增加,對(duì)應(yīng)的起裂時(shí)間提前,聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度、活性增加,平均漏磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度值Kmed增大,冷裂紋敏感傾向增加,依據(jù)此規(guī)律可以采取措施對(duì)冷裂紋的產(chǎn)生進(jìn)行預(yù)防。3.采用聲發(fā)射源定位方法,對(duì)焊接冷裂紋起裂位置和擴(kuò)展方向進(jìn)行定位分析;根據(jù)冷裂紋在產(chǎn)生及擴(kuò)展過(guò)程中必然伴隨著應(yīng)力集中和能量釋放的機(jī)理,采用磁記憶技術(shù)獲取不同時(shí)刻焊接冷裂紋應(yīng)力水平分布情況,利用分段最大漏磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度值法(分段最大Kmax值法),確定冷裂紋的起裂位置和擴(kuò)展方向。采用數(shù)值模擬方法,對(duì)SPV490Q鋼斜Y型坡口焊接冷裂紋起裂位置和擴(kuò)展方向進(jìn)行模擬、分析,其結(jié)果可以與聲發(fā)射源定位方法和磁記憶分段最大漏磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度值法所得結(jié)果相互印證。對(duì)于SPV490Q鋼,焊接冷裂紋從焊縫相對(duì)末端位置起裂,并逐漸向焊縫起始端擴(kuò)展。4.利用聚類分析方法將焊接冷裂紋聲發(fā)射信號(hào)分為起裂信號(hào)和擴(kuò)展信號(hào),并獲取不同類型聲發(fā)射信號(hào)的特征參數(shù)值;采用小波變換分析方法、波形分析方法、高階譜分析方法獲取信號(hào)真實(shí)波形以及起裂和擴(kuò)展聲發(fā)射信號(hào)的波形、頻率分布規(guī)律。起裂信號(hào)和擴(kuò)展信號(hào)在參數(shù)和波形特征上的區(qū)別,可以為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立提供樣本信息的支持。5.在獲得冷裂紋聲發(fā)射起裂信號(hào)和噪聲信號(hào)不同典型特征樣本的基礎(chǔ)上,建立一個(gè)3層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。選取5個(gè)參量即幅值、計(jì)數(shù)、能量、持續(xù)時(shí)間和上升時(shí)間作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入單元;隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)為10;取信號(hào)模式為輸出單元,輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)為1。選取參數(shù)、波形等特征差異明顯的典型起裂信號(hào)和噪聲信號(hào)作為樣本,對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,經(jīng)過(guò)測(cè)試,該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠有效識(shí)別起裂信號(hào)。6.通過(guò)SPV490Q鋼平板剛性拘束焊接冷裂紋試驗(yàn),設(shè)置不同狀態(tài)的試驗(yàn)對(duì)照組,從冷裂紋的判別、冷裂紋敏感性評(píng)價(jià)以及冷裂紋起裂位置及擴(kuò)展方向的判定方面進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,對(duì)斜Y型坡口焊接冷裂紋實(shí)驗(yàn)中提出的表征方法和分析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG457.11

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本文編號(hào)：1292614