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304核级不锈钢应力腐蚀的声发射检测研究

作　者: 毛雪伟
导　师: 李健；王立坤
学　校: 天津大学
专　业: 仪器仪表工程
关键词: 声发射电化学检测 304不锈钢应力腐蚀特征提取聚类分析
分类号: TG172
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

因其无限的储量和高效清洁的应用，核能逐渐赢得了社会青睐。然而，随着核电产业的扩大和生产对其依赖的增加，核电安全问题日益凸显。大量统计数据表明，应力腐蚀严重影响设备的使用状态，已经成为核电事故的主要隐患。因此，完善工业腐蚀在线监检测技术，提高腐蚀检测预警的准确性与时效性，对保证核电安全应用具有重要意义。本文基于腐蚀检测领域的最新发展情况，采用声发射动态检测技术，详细探讨了作为核电工业关键设备材料的304核级不锈钢的应力腐蚀发展规律。本文的关键内容及主要结论如下：（1）基于声发射检测技术，研究304不锈钢材料的沿晶应力腐蚀发展规律，并与传统电化学技术检测结果进行相互对比，从而证实声发射技术能够迅速并且准确地判断不锈钢材料沿晶应力腐蚀程度。（2）基于声发射检测技术，研究304不锈钢材料的穿晶应力腐蚀发展规律，与传统电化学技术检测结果相互对比，发现声发射信号活动性在腐蚀过程中有明显变化，并可据此准确划分材料穿晶应力腐蚀发展阶段。（3）研究声发射信号的分析处理方法，包括散点矩阵、自组织特征映射神经网络及K-均值运算等，对材料腐蚀过程中的声发射信号进行特征提取和聚类分析，并实现对应力腐蚀过程中不同腐蚀形态的准确识别。研究发现，在沿晶应力腐蚀过程中，声发射信号主要产生自材料裂纹沿晶间溶解扩展、裂纹尖端塑性变形以及最终材料韧带的机械撕裂，而在穿晶应力腐蚀过程中，则分别来源于氢气泡的破裂、试样表面点蚀的形成以及穿晶裂纹的扩展。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-17
  1.1 课题研究背景  9-10
    1.1.1 核电工业发展现状及其核电安全问题  9
    1.1.2 核电工业特殊环境及其设备材料腐蚀  9-10
  1.2 应力腐蚀检测技术研究概况  10-14
    1.2.1 腐蚀检测技术研究现状  10-12
    1.2.2 声发射腐蚀检测技术应用研究  12-13
    1.2.3 声发射信号处理技术  13-14
  1.3 本文的重要研究意义及关键研究内容  14-17
第二章敏化 304 核级不锈钢沿晶应力腐蚀过程的检测研究  17-35
  2.1 实验系统搭建  17-20
    2.1.1 实验装置  17-19
    2.1.2 声发射检测系统  19
    2.1.3 电化学测试系统  19-20
  2.2 标准 304 不锈钢试样的沿晶应力腐蚀检测研究  20-25
    2.2.1 实验材料制备  20-21
    2.2.2 实验过程  21-22
    2.2.3 标准试样电化学检测结果  22-23
    2.2.4 标准试样声发射技术检测结果  23-24
    2.2.5 试样表面腐蚀形貌  24-25
  2.3 预制缺口 304 不锈钢试样的沿晶应力腐蚀检测研究  25-30
    2.3.1 实验材料制备  26
    2.3.2 实验过程  26-27
    2.3.3 预制缺口试样电化学检测结果  27-28
    2.3.4 预制缺口试样声发射技术检测结果  28-30
  2.4 标准 304 不锈钢试样在空气中的慢拉伸过程  30-32
    2.4.1 实验材料制备  30
    2.4.2 实验过程  30-31
    2.4.3 空气中拉伸标准试样声发射技术检测结果  31-32
  2.5 预制缺口 304 不锈钢试样在空气中的慢拉伸过程  32-34
    2.5.1 实验材料制备  32-33
    2.5.2 实验过程  33
    2.5.3 空气中拉伸标准试样声发射技术检测结果  33-34
  2.6 本章小结  34-35
第三章未敏化 304 核级不锈钢穿晶应力腐蚀过程的检测研究  35-45
  3.1 高浓度氯化钠溶液中标准 304 不锈钢试样的穿晶应力腐蚀检测研究  35-38
    3.1.1 实验材料制备  35-36
    3.1.2 实验过程  36
    3.1.3 高浓度氯化钠溶液中未敏化试样电化学检测结果  36-37
    3.1.4 高浓度氯化钠溶液中未敏化试样声发射技术检测结果  37-38
  3.2 酸性氯化钠溶液中标准 304 不锈钢试样的穿晶应力腐蚀检测研究  38-42
    3.2.1 实验材料制备  38-39
    3.2.2 实验过程  39-40
    3.2.3 酸性氯化钠溶液中未敏化试样电化学检测结果  40-41
    3.2.4 酸性氯化钠溶液中未敏化试样声发射技术检测结果  41-42
  3.3 未敏化标准 304 不锈钢试样在空气中的慢拉伸过程  42-43
    3.3.1 实验材料制备  42
    3.3.2 实验过程  42
    3.3.3 空气中拉伸未敏化标准试样声发射技术检测结果  42-43
  3.4 本章小结  43-45
第四章声发射检测信号处理方法研究  45-71
  4.1 声发射信号预处理  46-48
    4.1.1 信号噪声分析  46-47
    4.1.2 基于梳状滤波器的消噪处理  47-48
  4.2 声发射信号聚类分析原理及相关算法  48-52
    4.2.1 声发射信号特征提取原理  48-50
    4.2.2 基于 SOM 神经网络的 K-均值聚类算法  50-52
    4.2.3 聚类可分性判定算法  52
  4.3 304 核级不锈钢沿晶应力腐蚀过程中声发射信号的聚类分析  52-64
    4.3.1 标准试样腐蚀过程中声发射信号的聚类分析  52-58
      4.3.1.1 标准试样腐蚀过程中声发射信号的特征提取  52-55
      4.3.1.2 标准试样腐蚀过程中声发射信号的聚类计算  55-56
      4.3.1.3 标准试样腐蚀过程中声发射信号的类别特征分析  56-58
    4.3.2 预制缺口试样腐蚀过程中声发射信号的聚类分析  58-64
      4.3.2.1 预制缺口试样腐蚀过程中声发射信号的特征提取  58-59
      4.3.2.2 预制缺口试样腐蚀过程中声发射信号的聚类计算  59-61
      4.3.2.3 预制缺口试样腐蚀过程中声发射信号的特征分析  61-62
      4.3.2.4 预制缺口试样在空气中拉伸的声发射信号的特征提取  62-64
  4.4 304 核级不锈钢穿晶应力腐蚀过程中声发射信号的聚类分析  64-69
    4.4.1 试样在酸性氯化钠溶液中的声发射信号特征提取  64-65
    4.4.2 试样在酸性氯化钠溶液中的声发射信号聚类计算  65-67
    4.4.3 试样在酸性氯化钠溶液中的声发射信号类别特征分析  67-69
  4.5 本章小结  69-71
第五章总结与展望  71-74
  5.1 本文主要工作内容  71-72
  5.2 相关研究内容展望  72-74
参考文献  74-78
发表论文和参加科研情况说明  78-79
致谢  79

304核级不锈钢应力腐蚀的声发射检测研究

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