[发明专利]双相不锈钢厚板焊接残余应力的中子衍射测试方法

说明书

本发明公开一种双相不锈钢厚板焊接残余应力的中子衍射测试方法，该方法通过确定不同方向应力的测试晶面、改变波长的方式，提高中子在双相不锈钢厚板中的穿透深度，降低测试时间和测试误差；通过衍射峰强度的转化，准确计算中子衍射测试的规范体积内的两相比例；在特定的设备和衍射条件下，可实现对两相应力的同时测试。本发明以变波长的方式能够有效提高中子的穿透深度；能够降低中子衍射测试双相不锈钢厚板残余应力的时间；能够降低双相不锈钢厚板残余应力的测试误差；能够利用中子衍射所得衍射峰强度的数据对规范体积内的两相比例实现准确计算；明确两相间性能不匹配引起的微观应力产生的影响，准确计算双相不锈钢的宏观焊接残余应力分布。

技术领域

本发明涉及焊接残余应力的中子衍射测试技术领域，具体地说是涉及双相不锈钢厚板焊接残余应力的中子衍射测试技术。

背景技术

双相不锈钢由于含有奥氏体(fcc)和铁素体(bcc)双相组织，因此兼顾了奥氏体不锈钢所具有的优良的韧性及焊接性能和铁素体不锈钢具有的高强度及耐氯化物应力腐蚀等性能。这些优点使双相不锈钢作为可焊接的结构材料发展迅速，并成为和奥氏体型、铁素体型以及马氏体型不锈钢并列的一个钢种。如今，双相不锈钢作为一种重要的工程材料，已经在石油、天然气、化工和造纸等领域得到广泛的应用，并且在核电、海水淡化系统和水力发电等新兴的绿色能源和环保领域中具有巨大的潜力。

随着工业设备向高效率、大型化的方向发展，双相不锈钢厚板焊接结构的应用不断增加。焊接过程是瞬时热量高度集中输入的过程，随着热源的移动，热量的分布随时发生变化，局部区域不均匀的温度分布，焊接残余应力的产生不可避免。其厚板焊接结构由于多次热循环、大梯度温度以及较大焊接约束而造成其内部焊接应力分布复杂、变化剧烈，在焊接接头处形成较大的残余拉应力。焊接结构的残余应力对一个构件的影响极其之大。当焊接件中的残余应力超过材料的屈服强度时，就会在局部产生塑性变形甚至产生裂纹，在外力的不断作用下，结构可能发生断裂，这也是导致焊接裂纹和接头强度与性能下降的重要因素。所以，准确测试双相不锈钢厚板焊接接头残余应力大小和分布以便调控和减少残余应力十分必要，对于提高双相不锈钢焊接结构的稳定性和疲劳性能具有重要意义。

目前，存在多种残余应力测试技术，而中子衍射技术是唯一真正意义上适用于测量材料或工程部件内部的三维应力状态的无损检测方式。中子衍射应力分析的原理与X射线应力分析相同，都是基于布拉格原理测试材料晶面间距的变化获得应力值。中子衍射对试样中应力的测试实际上是对材料对应的相所含应力进行测试，已经成熟地运用于单相材料的残余应力评估。但双相不锈钢中由于奥氏体和铁素体相中存在因弹性、塑性、热膨胀系数不匹配引起的微观应力，且焊后两相比例不平衡，需要准确测定规范体积内的两相比例。通常测试两相比例的方法如EBSD等其他电镜观察法等只能实现对某一截面的相比例评估，广角XRD只能实现对某一特定体积范围的相比例测试，难以通过其他方法准确测试中子衍射测试中规范体积内的两相比例。目前我国还未见文献记载有中子衍射技术对双相钢残余应力进行测试。

尽管中子衍射技术可以测试材料内部的残余应力，但随着板厚逐渐增大，中子穿透路径逐渐增加，衍射峰信号减弱，本底增强，从而测试误差增大，导致很多中子应力谱仪对30mm以上的厚板残余应力测试存在较大阻力，无法满足工业应用的需求。增加规范体积和测试时间是利用中子衍射测试厚板残余应力的最直接手段。但由于分辨率和开堆时间的限制，这两种方法无法有效提高中子衍射测试厚板残余应力的效率。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供一种双相不锈钢厚板焊接残余应力的中子衍射测试方法。

本发明所采用的技术解决方案是：

双相不锈钢厚板焊接残余应力的中子衍射测试方法，包括以下步骤：

a选择铁素体相、奥氏体相的初步测试波长：