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千万吨级炼油、大型煤制清洁能源等国家重大工程所需的千吨级高压高温氢系统大型承载件的首选材料是钒改性铬钼钢。这种高强钢具有更高的强度和许用温度,可显著减轻承载件重量,从而降低制造运输和安装难度,提高综合经济性。但是,这种高强钢对焊接、热处理和无损检测的要求高,制造难度大。钒改性铬钼钢在临氢环境下会产生氢损伤,需要在氢致滞后开裂发生之前采用一定的评价标准来评估材料内的氢含量以判断是否采取除氢措施。随着无损检测技术的发展,对临氢环境中设备氢含量进行无损检测,同时发展一种能在线检测设备材料氢含量的方法,保证设备在服役期限内的安全运行,对钒改性铬钼钢的发展使用具有重要意义。 本文采用纵波和表面波对经过不同充氢时间的母材试样和焊缝试样进行检测。随着充氢时间的增大,母材试样中纵波的界面反射波波峰之间的时间间隔略有减小,说明波速有所增大,反映了材料弹性模量的增大。纵波在传播过程中的衰减随着被检测件充氢时间的增大而增大。母材试样检测过程中表面波的界面反射波到达的时刻随充氢时间的增大而提前,同样说明波速有所增大。焊缝试样检测过程中表面波的界面反射波到达的时刻随充氢时间的增大而滞后,说明波速有所减小。 论文根据线源冲击Lamb问题的弹性动力学理论,建立了简谐力函数作为等效载荷,无限单元吸收边界条件的有限元模型。分析了单元尺寸、吸收边界、时间步长等因素造成的误差,优化了模型参数。对声波在钢中的传播进行了模拟。表面质点的位移时间响应依次经历掠面纵波、表面波和右边界反射波。质点位移分析表明,随深度变化的归一化质点位移与理论吻合 论文还分析了表面波在氢损伤介质中的声学变化规律以及载荷的频率对表面波传播的影响。在氢损伤软化介质中,表面波的传播速度随氢影响深度的增大而减小。在氢损伤硬化介质中,表面波的传播速度随氢影响深度的增大而增大。高频信号可有效降低对仪器精度和分辨率的要求,对检测较为有利。