[发明专利]一种热疲劳裂纹模拟试块的制备方法

说明书

本发明公开的一种热疲劳裂纹模拟试块制备方法，属于无损检测试块制备技术领域。首先在试块的中部加工贯通的管孔，在试块一面的管孔周围加工若干裂纹诱导尖；然后通过反复快速加热至高温后急速冷却，使试块上产生热疲劳裂纹；最后对管孔进行扩孔，去除裂纹诱导尖，对试块的检测面进行打磨，直至粗糙度与被检工件一致，完成热疲劳裂纹模拟试块的制备。采用本方法制备得到的热疲劳裂纹模拟试块，可用于验证和评价检测系统和检测工艺，提高检测系统对热疲劳裂纹或其它具有热疲劳裂纹特征缺陷的识别、定位和定量能力，发现高温蒸汽母管危害性缺陷，确保电站机组的安全运行。

技术领域

本发明属于无损检测试块制备技术领域，涉及一种热疲劳裂纹模拟试块的制备方法。

背景技术

随着国内外火电机组温度、压力参数的不断增加、在役机组服役时间的增长以及机组的深度调峰，近年来，火电机组多次出现因高温蒸汽管道取样管孔和减温器附近热疲劳裂纹引起的蒸汽母管泄漏事故。高温蒸汽管道取样管孔和减温器附近热疲劳裂纹以两种形态存在：管道内壁热疲劳龟裂裂纹和管道内壁疏水管孔四周径向辐射状热疲劳裂纹，有时两种裂纹形态会同时存在。热疲劳裂纹的发展具有疲劳裂纹的一般特征，疲劳断裂有一个时间过程，含裂纹的萌生、裂纹的扩展和最终的瞬时断裂三个阶段。典型的断口都是由这三个部分组成的，其具有典型的贝壳状或者海滩状条纹。在这三个阶段内，载荷经历了一定的循环周次。需要指出的是，疲劳的最终断裂是瞬时的，它的危害性极大。热疲劳裂纹一般在内壁萌生，逐渐发展至外壁形成贯穿裂纹，引起蒸汽母管泄漏。因此，在裂纹萌、扩展阶段对其进行无损检测对设备的安全尤为重要。

但是，管道内壁管孔四周径向热疲劳裂纹存在于管座角焊缝下部，裂纹分布于管道内壁管孔四周、垂直于管孔内壁成径向分布，所在位置结构较为复杂，传统检测方法不易发现，虽然相控阵检测具有很大优势，但不同方向、位置的裂纹与结构信号辨识较为困难，并且定量不准。然而，在热疲劳裂纹模拟试块上进行超声检测或者相控阵检测工艺验证进而改进检测工艺，是提高检测能力，解决缺陷识别、定位和定量问题的一种有效途径。热疲劳裂纹模拟试块可以从以往检测中所发现含有自然缺陷的样件中获取，但该方法的随机性较大，不能批量制作，且不同检测位置获得的样件差异性过大，不具备对比性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种热疲劳裂纹模拟试块的制备方法，可用于验证和评价检测系统和检测工艺，提高检测系统对热疲劳裂纹或其它具有热疲劳裂纹特征缺陷的识别、定位和定量能力，发现高温蒸汽母管危害性缺陷，确保电站机组的安全运行。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种热疲劳裂纹模拟试块的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：在试块的中部加工贯通的管孔，在试块一面的管孔周围加工若干裂纹诱导尖；

步骤2：将试块加热至1000±50℃后保温；

步骤3：将试块放入5～35℃的冷却介质中冷却10～20min；

步骤4：将试块取出后在空气中自然干燥；

步骤5：重复步骤2～步骤4，直至试块表面出现目视可辨裂纹；对管孔进行扩孔，去除裂纹诱导尖，对试块的检测面进行打磨，直至粗糙度与被检工件一致，完成热疲劳裂纹模拟试块的制备。

优选地，试块的材质与被检工件相同，被检工件的曲率半径为试块曲率半径的0.9～1.5倍。

优选地，试块为长方体，试块的4个顶角处均设有连接孔，试块上的连接孔通过连接件固定在底座上，试块与底座之间设有隔热层。

优选地，步骤1中，裂纹诱导尖均布在管孔周围，裂纹诱导尖的数量为8～16个。

优选地，步骤1中，裂纹诱导尖的角度为10°～30°，裂纹诱导尖的长度为管孔直径的0.1～0.15倍，裂纹诱导尖的深度为试块厚度的0.025倍，且不大于1mm。