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1、專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文CCASS母材結(jié)構(gòu)建模與超聲檢測(cè)數(shù)值模擬研究ResearchonModelingofCCASSBaseMetalStructureandNumericalSimulationofUltrasonicTesting學(xué)31105012大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文摘要窄間隙自動(dòng)焊具有焊縫寬度小、質(zhì)量高、焊接工期短等優(yōu)點(diǎn),目前在核電站主管道焊接領(lǐng)域已逐步
2、替代傳統(tǒng)的焊條電弧焊。壓水堆核電站主管道焊縫通常使用雙晶縱波斜探頭進(jìn)行超聲檢測(cè),與焊條電弧焊焊縫相比,聲波在窄間隙自動(dòng)焊焊縫母材中的傳播距離較長(zhǎng),以壁厚66mm的離心鑄造奧氏體不銹鋼(CentrifugalCastingAusteniticStainlessSteel,CCASS)窄間隙自動(dòng)焊焊縫為例,利用入射角為45。的雙晶斜探頭檢測(cè)深度30ram的缺陷時(shí),聲波在母材中的傳播距離(37mm)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在焊縫中的傳播距離(5mm)。由于C
3、CASS母材晶粒粗大,具有明顯的非均質(zhì)性及彈性各向異性,導(dǎo)致超聲發(fā)生聲束畸變和嚴(yán)重散射衰減,降低了檢測(cè)信噪比。鑒于數(shù)值模擬具有可視性好、參數(shù)調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn),可以有效模擬超聲波在材料中的傳播,通過與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合能夠提高檢測(cè)效率,對(duì)于超聲檢測(cè)研究具有重要意義。基于現(xiàn)有建模主要針對(duì)焊縫,而母材建模研究較少的現(xiàn)狀,本研究針對(duì)牌號(hào)為Z3CN2009M的CCASS材料,采用通用的Voronoi圖開展母材組織結(jié)構(gòu)建模研究,并利用有限差分法進(jìn)行超聲檢
4、測(cè)數(shù)值模擬,主要內(nèi)容如下:(1)對(duì)CCASS試塊的宏觀金相分析表明,母材主要由柱狀晶區(qū)和等軸晶區(qū)交疊構(gòu)成,分層現(xiàn)象明顯,且不同等軸晶區(qū)的平均晶粒直徑存在差異。對(duì)壁厚96mm的CCASS試塊母材晶粒直徑進(jìn)行測(cè)量,測(cè)得柱狀晶的長(zhǎng)度為1277mm,寬度為11lmm,長(zhǎng)徑比約為115;采用截距法,截取30mm長(zhǎng)度測(cè)得從外壁到內(nèi)壁的三層等軸晶區(qū)的平均晶粒直徑分別為12mm、18mm和28ram。(2)對(duì)CCASS試塊進(jìn)行聲學(xué)參數(shù)測(cè)量,試塊焊縫左側(cè)
5、、右側(cè)母材平均縱波聲速分別為5714m/s和5770m/s,左右兩側(cè)聲速相差56m/s,聲速波動(dòng)△以=098%;試塊焊縫左側(cè)、右側(cè)母材的衰減系數(shù)分別為0098dB/mm和0074dB/mm,二者相差0024dB/mm,相對(duì)差值約24%,衰減系數(shù)差別較大。(3)基于Voronoi圖,利用MATLAB分別建立CCASS試塊的柱狀晶區(qū)模型和等軸晶區(qū)模型,并以此為基礎(chǔ)得到CCASS試塊的母材模型,將模擬計(jì)算得到的時(shí)域波形、縱波聲速和聲衰減系數(shù)與
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