CCASS母材结构建模与超声检测数值模拟研究

发布时间：2021-06-12 07:39

　　窄间隙自动焊具有焊缝宽度小、质量高、焊接工期短等优点,目前在核电站主管道焊接领域已逐步替代传统的焊条电弧焊。压水堆核电站主管道焊缝通常使用双晶纵波斜探头进行超声检测,与焊条电弧焊焊缝相比,声波在窄间隙自动焊焊缝母材中的传播距离较长,以壁厚66mm的离心铸造奥氏体不锈钢（Centrifugal Casting Austenitic Stainless Steel, CCASS）窄间隙自动焊焊缝为例,利用入射角为45°的双晶斜探头检测深度30mm的缺陷时,声波在母材中的传播距离（37mm）远远大于在焊缝中的传播距离（5mm）。由于CCASS母材晶粒粗大,具有明显的非均质性及弹性各向异性,导致超声发生声束畸变和严重散射衰减,降低了检测信噪比。鉴于数值模拟具有可视性好、参数调节方便等优点,可以有效模拟超声波在材料中的传播,通过与实验研究相结合能够提高检测效率,对于超声检测研究具有重要意义。基于现有建模主要针对焊缝,而母材建模研究较少的现状,本研究针对牌号为Z3CN20-09M的CCASS材料,采用通用的Voronoi图开展母材组织结构建模研究,并利用有限差分法进行超声检测数值模拟,主要内容如下... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景与研究意义
    1.2 CCASS的超声检测
        1.2.1 CCASS焊缝超声检测的难点
        1.2.2 CCASS焊缝超声检测的实验研究
        1.2.3 CCASS焊缝超声检测的模拟研究
    1.3 CCASS母材的晶粒建模
        1.3.1 结合EBSD技术的晶粒取向研究
        1.3.2 奥氏体不锈钢晶粒建模的主要方法
        1.3.3 CCASS超声检测的有限差分法模拟
        1.3.4 CCASS超声模拟仿真软件简介
    1.4 本课题研究内容
2 非均质弹性各向异性金属材料的声学性能
    2.1 超声波在材料中的传播特性
        2.1.1 声速
        2.1.2 声衰减系数
        2.1.3 信噪比
        2.1.4 检测信号的频谱分析
    2.2 多晶金属材料的超声散射
        2.2.1 晶粒度对超声散射的影响
        2.2.2 晶粒取向对超声散射的影响
    2.3 弹性材料中超声波的传播
        2.3.1 弹性各向同性材料中超声波的传播
        2.3.2 弹性各向异性材料中超声波的传播
    2.4 本章小结
3 CCASS的实验研究
    3.1 CCASS宏观金相
    3.2 CCASS微观金相
    3.3 CCASS声学参数测量
    3.4 本章小结
4 CCASS模型的建立与模拟研究
    4.1 CCASS柱状晶晶区建模
        4.1.1 CCASS柱状晶晶区模型的建立
        4.1.2 CCASS柱状晶晶区模型的验证
    4.2 CCASS等轴晶晶区建模
        4.2.1 CCASS等轴晶晶区模型的建立
        4.2.2 CCASS等轴晶晶区模型的验证
    4.3 CCASS母材模型的建模
        4.3.1 CCASS母材模型的建立
        4.3.2 CCASS模型的验证
    4.4 CCASS模型的模拟研究
        4.4.1 不同探头频率的CCASS模型的模拟
        4.4.2 不同探头频率CCASS模型的模拟信号频谱分析
        4.4.3 不同探头直径的CCASS模型模拟
    4.5 CCASS孔缺陷模型的模拟研究
        4.5.1 CCASS孔缺陷试块检测信号的频谱分析
        4.5.2 不同直径孔的CCASS缺陷模型的建立
        4.5.3 不同直径孔的CCASS缺陷模型的验证
        4.5.4 不同直径孔的CCASS缺陷模型的模拟
    4.6 CCASS槽缺陷模型的模拟研究
        4.6.1 底面开口槽的CCASS缺陷模型的建立
        4.6.2 底面开口槽的CCASS缺陷模型的模拟与验证
    4.7 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]揭秘核电材料——核电站一回路主管道材料及其制备工艺[J]. 王永强,杨滨,武焕春,韩军,王西涛.  金属世界. 2013(01)
[2]双晶纵波斜探头设计参数对聚焦区声场特性定量影响分析[J]. 王敬钊,林莉,李喜孟.  无损探伤. 2012(04)
[3]窄间隙TIG全位置自动焊保护气体选择[J]. 郭彦辉,张伟栋,曹冬巍,白春淼,刘丽丽.  电焊机. 2012(04)
[4]核电厂主管道现场窄间隙TIG自动焊组对精度的定量分析[J]. 郭利峰,王佺,董安.  核动力工程. 2012(02)
[5]厚壁铸造奥氏体不锈钢管道焊缝超声相控阵检测技术概述[J]. 林莉,杨平华,张东辉,赵天伟,杨会敏,李喜孟.  机械工程学报. 2012(04)
[6]微镦粗过程晶体塑性模型研究[J]. 张丰果,董湘怀,章海明,李河宗.  塑性工程学报. 2011(03)
[7]压水堆核电站主回路管道窄间隙自动焊工艺研究[J]. 王海东,任伟,裴月梅,陈明.  电焊机. 2010(08)
[8]多晶体材料微结构的仿真与取向分布函数计算[J]. 李俊琛,李旭东,盛捷.  黑龙江科技学院学报. 2009(05)
[9]三维材料微结构设计与数值模拟[J]. 任淮辉,李旭东.  物理学报. 2009(06)
[10]相控阵超声检测国际动态[J]. 李衍.  无损检测. 2009(01)

博士论文
[1]基于电子背散射衍射和纳米压痕技术的奥氏体不锈钢微结构与性能关系研究[D]. 黄亚敏.武汉大学 2010
[2]FCC金属冷加工织构演变的晶体塑性有限元模拟[D]. 司良英.东北大学 2009
[3]基于时频分析的粗晶材料超声检测技术与系统[D]. 张秀峰.清华大学 2005

硕士论文
[1]CCASS焊缝建模及超声检测数值模拟研究[D]. 赵岁花.大连理工大学 2011
[2]奥氏体不锈钢组织超声无损评价研究[D]. 张颜艳.南昌航空大学 2010
[3]奥氏体不锈钢A304晶界特征与晶界强度的关系[D]. 郑磊.哈尔滨工业大学 2009
[4]基于Voronoi图的空间关系研究及应用[D]. 司海棠.南京航空航天大学 2009



本文编号：3226217