基于冷阴极X射线数字成像技术的材料损伤级别检测方法技术

本发明专利技术公开了基于冷阴极X射线数字成像技术的材料损伤级别检测方法，具体包括制作初始人工对比微试样，获取耐热钢部件性能劣化加速试验失效时间，制作冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样组，搭设冷阴极X射线数字成像测试系统，测试冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样组的加权平均透射线剂量率，绘制加权平均透射线剂量率－性能劣化损伤级别参考曲线，对待检测的耐热钢部件进行性能劣化损伤级别评定。本发明专利技术利用冷阴极X射线数字成像技术，得到处于不同损伤级别材料的加权平均透射线剂量率，绘制加权平均透射线剂量率－性能劣化损伤级别参考曲线，实现了对耐热钢部件材料损伤级别的分级评定。

【技术实现步骤摘要】
基于冷阴极X射线数字成像技术的材料损伤级别检测方法
本方法涉及耐热钢部件性能检测
，更具体地说，涉及基于冷阴极X射线数字成像技术的材料损伤级别检测方法。
技术介绍
承受高温、高压工况的工件大部分采用耐热钢材料制作，如发电厂、化工厂的高温高压管道、管件、阀门等。随着服役时间延长，耐热钢部件逐渐老化，其主要的损伤及性能劣化机制包括高温蠕变、热疲劳以及蠕变-疲劳交互作用。耐热钢材料在高温、高压运行时的蠕变损伤是与温度、应力和时间有关的现象，是材料的微观结构累积损伤变化过程。金属部件的高温蠕变等损伤是在一定的温度和持续应力作用下产生缓慢的蠕变变形，由此导致金属材料微观组织和宏观组织上的不连续性。常用的马氏体耐热钢在高温蠕变作用下，会引马氏体板条发生向亚晶结构的转变，位错密度大大降低，第二相颗粒粗化并聚集，部分合金元素由固溶态向化合态转移，同时析出新的合金相；珠光体耐热钢在蠕变损伤过程中材料中固溶合金元素会不断析出，碳化物的组分、形态、分布和浓度会发生变化，在晶界处碳化物会不断积聚，甚至会形成蠕变孔洞和蠕变裂纹等缺陷。现有技术中，通常采用破坏性方法(如割管、整体剖切等)对耐热钢制工件取样，并通过长时高温蠕变试验(试验周期数千到数万小时)、短时高温拉伸试验等手段对其性能劣化情况进行评估。然而通过破坏性方法会导致耐热钢部件无法修复或很难修复；而且试验持续时间较长，检测不够便捷，效率也不高。由上可知，耐热钢材料在高温、高压工况发生的损伤及性能劣化的结果是导致了材料的微观组织变化。而无论材料发生何种模式的微观组织变化，均可引起材料对透射X射线平均衰减系数的变化，从而导致X射线在底片(成像板)中的透射剂量率的变化。因此，有必要开发一种基于冷阴极X射线数字成像技术的材料损伤级别新型检测方法，建立材料损伤级别微观组织及性能变化与冷阴极X射线数字成像透射线平均剂量率的定量分析模型，以克服现有评价手段的弊端，方便、快捷的实现对耐热钢部件损伤级别检测与评定。
技术实现思路
针对现有的耐热钢部件性能劣化情况评估存在的不足，本专利技术提供了基于冷阴极X射线数字成像技术的材料损伤级别检测方法。本专利技术采用以下的技术方案：基于冷阴极X射线数字成像技术的材料损伤级别检测方法，包括以下步骤：步骤1：制作初始人工对比微试样；首先在未经使用的耐热钢部件余料上截取一段环形试样，然后采用磁力套钻工具在环形试样上周圈钻取初始人工对比微试样，制作5个同尺寸的初始人工对比微试样，编号为w1～w5；步骤2：获取耐热钢部件性能劣化加速试验失效时间τ；对w5号初始人工对比微试样通过高温拉伸试验机进行性能劣化加速试验，直至其断裂，记录持续时间即为失效时间τ；步骤3：制作冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样组；在相同试验环境下，对编号为w1～w4的四块初始人工对比微试样进行性能劣化加速试验，其中，w1号初始人工对比微试样的性能劣化加速试验时间为0.2τ，w2号初始人工对比微试样的性能劣化加速试验时间为0.4τ，w3号初始人工对比微试样的性能劣化加速试验时间为0.6τ，w4号初始人工对比微试样的性能劣化加速试验时间为0.8τ；将完成性能劣化加速试验的w1～w5号初始人工对比微试样定义为冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样组，并重新编号为ws1～ws5号冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样，分别对应1～5级耐热钢部件材料性能劣化损伤级别；步骤4：搭设冷阴极X射线数字成像测试系统；所述冷阴极X射线数字成像测试系统包括冷阴极X射线源、非晶硒型数字成像板、控制器和上位机，冷阴极X射线源与控制器电连接，非晶硒型数字成像板与上位机电连接；步骤5：测试冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样组的加权平均透射线剂量率；利用极X射线数字成像测试系统依次测试ws1～ws5号冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样的加权平均透射线剂量率，分别对应值为[I1]、[I2]、[I3]、[I4]、[I5]；步骤6：绘制加权平均透射线剂量率－性能劣化损伤级别参考曲线；步骤7：对待检测的耐热钢部件进行性能劣化损伤级别评定。优选地，所述环形试样的材质和厚度与待检测的耐热钢部件一致。优选地，步骤2中进行性能劣化加速试验的试验环境是根据待检测的耐热钢部件实际工作参数选取的，其试验温度与待检测的耐热钢部件的实际工作温度相同。优选地，所述冷阴极X射线源上设置有第一电源接口和第一信号接口，控制器上设置有第二电源接口和第二信号接口，第一电源接口与第二电源接口通过电源线相连接，第一信号接口与第二信号接口通过第一信号线相连接。优选地，非晶硒型数字成像板与上位机通过第二信号线相连接。优选地，步骤5具体包括：分别将ws1～ws5号冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样沿壁厚方向均分成多个片状微试样，对各个片状微试样进行X射线数字成像检测，得出来自不同深度位置的片状微试样的透射线平均剂量率参数，对不同深度位置的片状微试样的透射线平均剂量率参数设置不同的权重，得出ws1～ws5号冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样各自的加权平均透射线剂量率。优选地，测试加权平均透射线剂量率的具体过程为：将ws1号冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样的一个片状微试样设置在冷阴极X射线源与非晶硒型数字成像板之间，启动冷阴极X射线源，冷阴极X射线源发出X射线照射该片状微试样，X射线经过透照后能量产生衰减与散射，经非晶硒型数字成像板接收后将透照后的X射线能量转化成电信号传至上位机，上位机计算出该片状微试样的透射线剂量率；对ws1号冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样的每个片状微试样进行相同的操作，分别得出各个片状微试样的透射线剂量率，对透射线剂量率进行加权平均处理后，得出ws1号冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样的加权平均透射线剂量率[I1]；用同样的方法，依次测试出ws2号冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样的加权平均透射线剂量率[I2]，ws3号冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样的加权平均透射线剂量率[I3]，ws4号冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样的加权平均透射线剂量率[I4]，ws5号冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样的加权平均透射线剂量率[I5]。优选地，上位机计算透射线剂量率的过程为：上位机对接收到的电信号处理为数字化透照底片，并对数字化透照底片进行裁剪处理，裁剪处理后的数字化透照底片进行平均黑度处理，得出平均黑度，即可得出透射线剂量率；裁剪处理具体为：数字化透照底片的中心为圆心，数字化透照底片的半径的80％为裁剪外径进行裁剪，将数字化透照底片的边缘数据裁剪掉。优选地，步骤6具体包括：应用步骤5获得的加权平均透射线剂量率[I1]～[I5]及1～5级耐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于冷阴极X射线数字成像技术的材料损伤级别检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：制作初始人工对比微试样；/n首先在未经使用的耐热钢部件余料上截取一段环形试样，然后采用磁力套钻工具在环形试样上周圈钻取初始人工对比微试样，制作5个同尺寸的初始人工对比微试样，编号为w1～w5；/n步骤2：获取耐热钢部件性能劣化加速试验失效时间τ；/n对w5号初始人工对比微试样通过高温拉伸试验机进行性能劣化加速试验，直至其断裂，记录持续时间即为失效时间τ；/n步骤3：制作冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样组；/n在相同试验环境下，对编号为w1～w4的四块初始人工对比微试样进行性能劣化加速试验，其中，w1号初始人工对比微试样的性能劣化加速试验时间为0.2τ，w2号初始人工对比微试样的性能劣化加速试验时间为0.4τ，w3号初始人工对比微试样的性能劣化加速试验时间为0.6τ，w4号初始人工对比微试样的性能劣化加速试验时间为0.8τ；/n将完成性能劣化加速试验的w1～w5号初始人工对比微试样定义为冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样组，并重新编号为ws1～ws5号冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样，分别对应1～5级耐热钢部件材料性能劣化损伤级别；/n步骤4：搭设冷阴极X射线数字成像测试系统；/n所述冷阴极X射线数字成像测试系统包括冷阴极X射线源、非晶硒型数字成像板、控制器和上位机，冷阴极X射线源与控制器电连接，非晶硒型数字成像板与上位机电连接；/n步骤5：测试冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样组的加权平均透射线剂量率；/n利用极X射线数字成像测试系统依次测试ws1～ws5号冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样的加权平均透射线剂量率，分别对应值为[I...

【技术特征摘要】
1.基于冷阴极X射线数字成像技术的材料损伤级别检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：制作初始人工对比微试样；
首先在未经使用的耐热钢部件余料上截取一段环形试样，然后采用磁力套钻工具在环形试样上周圈钻取初始人工对比微试样，制作5个同尺寸的初始人工对比微试样，编号为w1～w5；
步骤2：获取耐热钢部件性能劣化加速试验失效时间τ；
对w5号初始人工对比微试样通过高温拉伸试验机进行性能劣化加速试验，直至其断裂，记录持续时间即为失效时间τ；
步骤3：制作冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样组；
在相同试验环境下，对编号为w1～w4的四块初始人工对比微试样进行性能劣化加速试验，其中，w1号初始人工对比微试样的性能劣化加速试验时间为0.2τ，w2号初始人工对比微试样的性能劣化加速试验时间为0.4τ，w3号初始人工对比微试样的性能劣化加速试验时间为0.6τ，w4号初始人工对比微试样的性能劣化加速试验时间为0.8τ；
将完成性能劣化加速试验的w1～w5号初始人工对比微试样定义为冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样组，并重新编号为ws1～ws5号冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样，分别对应1～5级耐热钢部件材料性能劣化损伤级别；
步骤4：搭设冷阴极X射线数字成像测试系统；
所述冷阴极X射线数字成像测试系统包括冷阴极X射线源、非晶硒型数字成像板、控制器和上位机，冷阴极X射线源与控制器电连接，非晶硒型数字成像板与上位机电连接；
步骤5：测试冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样组的加权平均透射线剂量率；
利用极X射线数字成像测试系统依次测试ws1～ws5号冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样的加权平均透射线剂量率，分别对应值为[I1]、[I2]、[I3]、[I4]、[I5]；
步骤6：绘制加权平均透射线剂量率－性能劣化损伤级别参考曲线；
步骤7：对待检测的耐热钢部件进行性能劣化损伤级别评定。


2.根据权利要求1所述的基于冷阴极X射线数字成像技术的材料损伤级别检测方法，其特征在于，所述环形试样的材质和厚度与待检测的耐热钢部件一致。


3.根据权利要求1所述的基于冷阴极X射线数字成像技术的材料损伤级别检测方法，其特征在于，步骤2中进行性能劣化加速试验的试验环境是根据待检测的耐热钢部件实际工作参数选取的，其试验温度与待检测的耐热钢部件的实际工作温度相同。


4.根据权利要求1所述的基于冷阴极X射线数字成像技术的材料损伤级别检测方法，其特征在于，所述冷阴极X射线源上设置有第一电源接口和第一信号接口，控制器上设置有第二电源接口和第二信号接口，第一电源接口与第二电源接口通过电源线相连接，第一信号接口与第二信号接口通过第一信号线相连接。


5.根据权利要求1所述的基于冷阴极X射线数字成像技术的材料损伤级别检测方法，其特征在于，非晶硒型数字成像板与上位机通过第二信号线相连接。


6.根据权利要求1所述的一种基于冷阴极X射线数字成像技术的材料损伤级别检测方法，其特征在于，步骤5具体包括：分别将ws1～ws5号冷阴极X射线数字成像损伤级别检测用人工对比微试样沿壁厚方向均分成多个片状微试样，对各个片状微试样进行X射线数字成像检测，得出来自不同深度位置的片状微试样的透射线平均剂量率参数，对不同深度位置的片状微试样的透射线平均剂量率...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，邓黎明，纳日苏，李涛，张曰涛，常青，陶业成，郝晓军，
申请(专利权)人：国能锅炉压力容器检验有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11