氢蚀机理和检测技术研究
Mechanism and Detection Technique of Hydrogen Attack
本文从热力学理论出发,给出了一种新的氢蚀甲烷气泡压力与逸度关系的理论分析方法,这种结果与现有的分析结果相比,简单实用,计算精度有所提高,且理论结果与实验结果有良好的对应关系.本文给出了一种新的氢蚀甲烷平均压力的测定方法,这种方法是通过定氢和用图像分析仪实现的.氢蚀甲烷平均压力的测定表明:在氢蚀过程中,甲烷压力是变化的,先增大至极大值后,然后下降.在相同的氢压与温度下,随氢蚀时间的增大,甲烷压力开始下降,稍后下降减缓,然后达到一个基本稳定值.另外,本文实验得到一个新的结论:在氢蚀长大期,冲击韧性和面缩率的下降均不能很好地衡量氢蚀程度,但拉伸强度能敏感地反应氢蚀程度. 本文用测量氢蚀激活能和脱碳激活能的方法,首次对国产15CRMO钢及焊头的氢蚀动力学特性进行了研究.脱碳激活能与氢蚀激活能接近这一事实说明,在15CRMO钢氢蚀初期,氢蚀过程由碳的扩散过程所控制.在本文实验条件下,15CRMO钢氢蚀处于孕育期,氢蚀形式为表面产生沿晶甲烷气泡和表面脱碳.焊接热影响区的氢蚀程度大于基体.碳化物分析表明:15CRMO基材氢蚀前为单一M3C峰,氢蚀后有M3C峰存在,然后分解为M.15CRMO焊接热影响区氢蚀前后都为M3C,焊接使M3C的氢蚀反应过程发生了变化. 本文首次观察到了304不锈钢在450℃,5MPA氢气中服役20000小时后发生了氢蚀,并对其进行了较深入的热力学分析和机理研究.研究表明,304钢氢蚀原因是由于CR〓C〓析出,氢蚀气泡在CR〓C〓处形核,氢蚀气泡周围无CR和C偏聚. 本文首次定义了有关超声波检测氢蚀的缺陷反射回波率的概念,即用缺陷反射回波平均高度与原始波高之比作为回波率,定量地描述氢蚀程度,这个概念可以用于工业实际检测工作中做为氢蚀程度的度量,实验结果表明,超声波波速法不能准确检测氢蚀程度,而缺陷反射法波形对氢蚀程度非常敏感,可以反映氢蚀程度.氢蚀超声波缺陷反射波形具有波形密度大,回波密集等特性.本文得到超声波衰减系数能准确地检测氢蚀程度,并首次提出了有关超声波衰减的统计分析方法.这种统计分析方法为:经PEARSON的X〓检验,同一试样的超声波衰减系数测定值总体呈正态分布,正态总体均值μ反映了氢蚀程度,氢蚀程度加深,μ值增大,同时,总体方差σ也增加,数据分散度增加.能用正态分布的μ和σ显著性检验方法区分不同的氢蚀程度,也能给出μ和σ的置信区间.这一方法能有效地运用到工程实际的检测工作中,提高检测的可靠性,这是对衰减法的进一步完善和发展.增加超声频率能够提高检测精度,但同时又增加了衰减和盲区宽度,检测氢蚀时,应综合考虑这两方面的工作.本文得到的这一原则,也能有效地指导实际检测工作. 本文对低碳钢氢蚀后期的声发射特性进行了研究,低碳钢氢蚀后,其拉伸过程声发射事件明显减少,但是高幅声发射信号的振铃计数明显增多.随氢蚀程度的加深.这种趋势愈加明显.低碳钢氢蚀后,声发射源发生了变化,从未氢蚀的位错运动到氢蚀后以显微裂纹长大与连接为主.拉伸过程的声发射活动能敏感地反映低碳钢的氢蚀程度.本文结果能做为实际检测工作的理论依据,以此为基础,可以进一步发展低碳钢容器氢蚀的在线监测技术. 本文从实用性的角度出发,首次对不同氢蚀程度试样的巴克毫森(BN)与磁声发射(MAE)信号进行了检测,给出了BN和MAE技术检测氢蚀程度的实验基础,并对其内在规律进行了初步的探讨.结果表明,氢蚀与未氢蚀试样的BN和MAE信号差别较大,因而,可以用磁学BN和MAE方法检测氢蚀.在氢蚀早期,BN信号对氢蚀程度敏感,在氢蚀后期,MAE信号对氢蚀程度敏感.因而,复合使用BN和MAE检测方法,可以有效地判定钢的氢蚀程度.本文提出的这两种磁学检测技术,能有效地运用于实际的氢蚀检测工作,它一方面发展了新的氢蚀检测技术,另一方面扩大了磁学检测的应用范围,它是一种很有发展前景的无损检测氢蚀的新方法.
- 作者：
- 李晓刚
- 学位授予单位：
- 中国科学院金属腐蚀与防护研究所
- 专业名称：
- 腐蚀与防护
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 1994年
- 导师姓名：
- 柯伟；姚治铭
- 关键词：
- 氢腐蚀；腐蚀检测
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