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1、(10)申请公布号 CN 104049034 A (43)申请公布日 2014.09.17 CN 104049034 A (21)申请号 201410310855.4 (22)申请日 2014.07.02 G01N 29/04(2006.01) (71)申请人 国电科学技术研究院 地址 210031 江苏省南京市浦口区浦东路 10 号 (72)发明人 代真 刘庆刚 胡先龙 李伟 刘红权 刘健 (74)专利代理机构 石家庄新世纪专利商标事务 所有限公司 13100 代理人 李志民 陈建民 (54) 发明名称 含断续夹层钢板的疲劳扩展寿命估算方法 (57) 摘要 本发明公开了一种基于 TOFD 技。
2、术及断裂力 学理论的含断续夹层钢板的疲劳扩展寿命估算方 法， 断裂力学理论计算参量中的初始缺陷尺寸对 疲劳扩展过程影响较大， 因此运用断裂力学理论 进行疲劳扩展寿命估算时， 初始缺陷长度的测量 精度将影响估算结果的准确性， 所以将采用 TOFD 技术测量的断续夹层缺陷的尺寸作为断裂力学理 论计算的初始缺陷长度， 这是由于 TOFD 对与其声 束平行的缺陷测量精度极高， 可达 0.3 毫米 ； 断 裂力学理论计算的其他参量由含断续夹层缺陷的 钢板切割取样制作成试件进行疲劳试验获得。运 用断裂力学理论， 估算含断续夹层缺陷的锅炉钢 结构的疲劳扩展寿命， 本发明测量精确。 (51)Int.Cl. 权。
3、利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104049034 A CN 104049034 A 1/1 页 2 1. 一种含断续夹层钢板的疲劳扩展寿命估算方法， 其特征在于 ： 所述方法借助 TOFD 技 术及断裂力学理论来完成， 其包括以下步骤 ： 1） 若某新建火电厂锅炉钢结构主立柱翼板 （1）层间存在弥散分布的断续夹层缺陷 （2） ， 则采用 TOFD 技术对所述断续夹层缺陷 （2） 的尺寸进行测量， 获得所述断续夹层缺陷 （2） 长度值 ； 测量时， 将 T。
4、OFD 探头组分别置于含所述断续夹层缺陷 （2） 的所述翼板 （1） 的内、 外表面 上， 从而使得置于一面的第一 TOFD 探头 （3） 发出声束， 而置于另一面的第二 TOFD 探头 （4） 接收声束， 以达到 TOFD 声束与所述断续夹层缺陷 （2） 长度方向平行的状态 ； 2） 将采用 TOFD 技术测量的所述断续夹层缺陷 （2） 的长度值作为初始缺陷长度， 运用断 裂力学理论估算含所述断续夹层缺陷 （2） 的锅炉钢结构的疲劳扩展寿命。 2. 根据权利要求 1 所述的一种含断续夹层钢板的疲劳扩展寿命估算方法， 其特征在 于 ： 断裂力学理论计算的其他参量由疲劳试验获得， 该疲劳试验的试。
5、件由含所述断续夹层 缺陷 （2） 的翼板 （1） 经切割取样制得 ； 采集含所述断续夹层缺陷 （2） 的锅炉钢结构的运行工 况下的振动信息， 将采集的数据用于所述试件的疲劳试验中。 权 利 要 求 书 CN 104049034 A 2 1/3 页 3 含断续夹层钢板的疲劳扩展寿命估算方法 技术领域 0001 本发明涉及一种基于 TOFD 技术及断裂力学理论的含断续夹层钢板的疲劳扩展寿 命估算方法。 背景技术 0002 某电厂基建期， 其 1 号、 2 号锅炉的钢结构主立柱翼板中存在断续夹层缺陷， 这些 断续夹层长约2mm4mm， 弥散分布于钢板内部。 由于进度问题， 2号锅炉含断续夹层缺陷的 。
6、立柱全部退货， 但是 1 号锅炉因为受热面已经全部安装， 含断续夹层缺陷的立柱无法更换， 只能通过加强监控和监督， 继续使用。 由于， 锅炉运行工况所造成的振动比较大并且一直持 续存在， 因此， 振动造成的断续夹层缺陷疲劳扩展， 便成为最大的危险源。 0003 其一， 由于国内外未曾出现含断续夹层缺陷的立柱服役的情况， 因此， 对 1 号锅炉 在用的含断续夹层缺陷的钢结构主立柱进行高灵敏度、 高可靠度的疲劳扩展寿命估算变的 尤为重要。 0004 其二， 初始缺陷尺寸对疲劳扩展过程影响较大， 因此运用断裂力学理论进行疲劳 扩展寿命估算时， 初始缺陷长度的测量精度将影响估算结果的准确性。并且此断续。
7、夹层缺 陷为埋藏性缺陷， 其尺寸测量只能运用超声波检测或射线检测， 但是由于此断续夹层缺陷 较小， 常规超声波和射线方法难以有效测量。因此， 运用较高测量精度的 TOFD 技术进行初 始缺陷尺寸的测量成为一种必要。 发明内容 0005 本发明要解决的技术问题是提供一种能够对锅炉钢结构主立柱翼板内部断续夹 层缺陷进行疲劳扩展寿命估算的方法。 0006 为解决上述技术问题， 本发明所采取的技术方案是 ： 一种含断续夹层钢板的疲劳 扩展寿命估算方法， 其关键技术在于 ： 所述方法借助 TOFD 技术及断裂力学理论来完成， 其 包括以下步骤 ： 若某新建火电厂锅炉钢结构主立柱翼板层间存在弥散分布的断续。
8、夹层缺陷， 则采用 TOFD 技术对所述断续夹层缺陷的尺寸进行测量， 获得所述断续夹层缺陷长度值 ； 测量时， 将 TOFD 探头组分别置于含所述断续夹层缺陷的所述翼板的内、 外表面上， 从 而使得置于一面的第一TOFD探头发出声束， 而置于另一面的第二TOFD探头接收声束， 以达 到 TOFD 声束与所述断续夹层缺陷长度方向平行的状态 ； 2） 将采用 TOFD 技术测量的所述断续夹层缺陷的长度值作为初始缺陷长度， 运用断裂 力学理论估算含所述断续夹层缺陷的锅炉钢结构的疲劳扩展寿命。 0007 所述断裂力学理论计算的其他参量由疲劳试验获得， 该疲劳试验的试件由含所述 断续夹层缺陷的翼板经切割。
9、取样制得 ； 采集含所述断续夹层缺陷的锅炉钢结构的运行工况 下的振动信息， 将采集的数据用于所述试件的疲劳试验中。 0008 采用上述技术方案所产生的有益效果在于 ： 本发明利用 TOFD 技术对与其声束平 说 明 书 CN 104049034 A 3 2/3 页 4 行的缺陷进测量精度极高 （可达0.3毫米） 的特点， 精确测量初始缺陷的长度， 保障了断裂 力学理论计算参量的准确性， 从而使得含断续夹层缺陷的锅炉钢结构的疲劳扩展寿命估算 结果更加可靠、 更加接近实际情况。 附图说明 0009 图 1 为火电厂锅炉钢结构主立柱结构示意图 ； 图 2 为主立柱翼板内部断续夹层缺陷剖面及 TOFD。
10、 测量方式示意图 ； 其中， 1、 翼板 ； 2、 断续夹层缺陷 ； 3、 第一 TOFD 探头 ； 4、 第二 TOFD 探头。 具体实施方式 0010 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 0011 参见附图 1 和 2， 可知火电厂锅炉钢结构主立柱所述翼板 1 内部的断续夹层缺陷 2 的位置情况及 TOFD 技术测量所述断续夹层缺陷 2 长度的情况。 0012 本发明的监测步骤如下 ： 1、 某新建火电厂锅炉钢结构主立柱所述翼板 1 层间存在弥散分布的所述断续夹层缺 陷 2 ； 2、 采用 TOFD 技术对所述断续夹层缺陷 2 的尺寸进行测量， 获得所述断续夹层缺陷 2。
11、 长 度值。在运用 TOFD 技术进行测量时， 将 TOFD 探头组分别置于含所述断续夹层缺陷 2 的所 述翼板 1 的内、 外表面上， 从而使得置于一面的所述第一 TOFD 探头 3 发出声束， 而置于另一 面的所述第二 TOFD 探头 4 接收声束， 以达到 TOFD 声束与所述断续夹层缺陷 2 长度方向平 行的状态。这是由于 TOFD 对与其声束平行的缺陷测量精度极高， 可达 0.3 毫米。 0013 3、 将采用 TOFD 技术测量的所述断续夹层缺陷 2 的长度值作为断裂力学理论计算 的初始缺陷长度。 0014 4、 断裂力学理论计算的其他参量由疲劳试验获得 ： 将含所述断续夹层缺陷 。
12、2 的所 述翼板1进行切割取样， 作为疲劳试验的所述试件 ； 采集含所述断续夹层缺陷2的锅炉钢结 构的运行工况下的振动信息， 将采集的数据用于所述试件的疲劳试验。 0015 5、 运用断裂力学理论， 估算含所述断续夹层缺陷的锅炉钢结构的疲劳扩展寿命。 实施例 0016 对某新建电厂 1 号锅炉钢结构主立柱含所述断续夹层缺陷 2 的所述翼板 1（翼板 厚度 50mm， 材质为 Q345B） 进行疲劳扩展寿命估算， 所述断续夹层缺陷 2 长约 2mm 4mm， 弥 散分布于所述翼板 1 内部。 0017 运用断裂力学理论中的疲劳扩展基本公式 ： （1） （2） 式 1、 式 2 中 ： a 为裂纹。
13、长度， N 为循环次数， C、 m 、为与材料、 缺陷类型等有关的常 说 明 书 CN 104049034 A 4 3/3 页 5 数，和为裂纹处的应力幅值最大值和最小值。代表疲劳裂纹扩展速率。 0018 由于锅炉运行工况下， 钢结构所受载荷稳定， 因此所述翼板 1 受等幅载荷作用， 可 直接对疲劳扩展公式积分， 得到相应的疲劳寿命 ： （3） 式 3 中 ： an为临界裂纹长度， a0为初始缺陷长度， Nn为由初始缺陷长度 a0扩展到临界 裂纹长度 an所需要的循环次数。 0019 将 Nn值除以含所述断续夹层缺陷 2 的锅炉钢结构在运行工况下采集的载荷频率， 即可得到疲劳小时数。如果所得疲。
14、劳小时数大于锅炉设计寿命则不影响安全使用 ； 如果所 得疲劳小时数小于锅炉设计寿命则不能继续使用， 需降参数运行或停运。 0020 式 1 式 3 中各计算参量的获得， 如下所示 ： 采集含所述断续夹层缺陷 2 的锅炉钢结构运行工况下的振动信息， 将该振动数据作为 疲劳试验的加载条件， 将在所述翼板 1 上切割取样的所述试件作为疲劳试验的试件， 试验 时记录若干个试验中的循环数 N 及其所对应的裂纹长度 a。 0021 为几何形状系数， 其值可由断裂力学专著查得。 0022 值和值为锅炉运行工况下， 钢结构振动时所述翼板 1 承受的裂纹 处的应力幅值的最大值和最小值， 根据锅炉运行工况下采集的。
15、振动数据， 通过有限元软件 进行数值模拟获得 ； 通过式 2 进而获得每次试验的值。 0023 C 值与 m 值 ： 将每次试验的 N、 a 进行曲线拟合， 获得值 ； 然后将每次试验所对 应的值与值在双对数坐标系中表示出来， 用最小二乘法进行拟合处理， 可以得到 参数 C 值与 m 值。 0024 初始缺陷长度 a0： 由 TOFD 测量 （TOFD 声束与所述断续夹层缺陷 2 平行） 。 0025 临界裂纹长度 an： （4） （5） 式5中由从所述翼板1上切割的所述试件3通过三点弯曲试验或紧凑拉伸试验获 得， 继而可获得 an值。 说 明 书 CN 104049034 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104049034 A 6 。