应力腐蚀裂纹局域电导率分布特征与人工调控方法

Stress Corrosion Cracking (SCC) is a failure mechanism of some structural steel that may occurs under low tensile stress and weak corrosion environment. SCC may cause serious safety problem for key structural components in nuclear power plant, and consequently need to be detected timely during service. The local conductivity distribution in crack zone affects the sizing precision of quantitative Eddy Current Testing (ECT) for SCC NonDestrutive Evaluation (NDE), and also is a key for the fabrication of simulated SCC testpieces. In order to clarify the features of the local conductivity distribution of typical SCCs and to establish a fabrication strategy to make artificial SCC of controllable crack conductivity, the following studies will be throughly conducted in this project:.1).Development of a submicron local conductivity measurement methodology for investigating 3 dimensional local conductivity distribution in crack region of typical SCC testpieces..2).Correlation investigation of the welding surface status and the local conductivity distribution of the surface crack fabricated with the Heat Isotropic Pressure (HIP) welding technique..3).Establishment of fabrication method for making artificial SCC based on the crack conductivity distribution and its controlling technique, and its feasibility evaluation with ECT measurement and crack reconstruction..4).Clarification of the influence of the closure loading on the crack conductivity of a closed fatigue crack, and the validity assesment to simulate SCC with a fatigue crack under closure loading.

应力腐蚀裂纹（SCC）是一些金属材料即使在低应力和弱腐蚀环境下也时有发生的开裂破坏现象，严重威胁核电站容器、管道等关键结构的安全，需对其进行涡流检测等定量无损评价。裂纹区域电导率分布极大影响SCC涡流定量检测精度，也是制备检测认证试验用人工SCC试件的基础。为究明SCC局域导电率分布特征，建立可人工调控裂纹区域电导率的SCC制备方法，本项目拟开展研究包括：1）建立基于亚微米四端子电位测量的局域电导率测定方法，分层/片测量典型SCC电导率并揭示其三维分布特征；2）研究焊接面形态与热等静压（HIP）焊接面导电率分布的相关性，建立焊接面电导率人工调控方法；3）结合SCC导电率分布规律和HIP焊接界面裂纹导电率调控技术，确立SCC人工模拟试件制备方法，并通过检测实验和信号反演验证其有效性；4）研究疲劳裂纹闭口加载方法及参数对裂纹区域导电率分布的影响，探讨负载闭口疲劳裂纹模拟SCC的可行性。

本项目针对核电结构中发生的典型应力腐蚀裂纹，以提高涡流检测应力腐蚀裂纹定量精度为目标，开展了如下研究：1）明确典型应力腐蚀裂纹局域电导率分布特性，2）基于固体焊接技术的界面裂纹导电率调控方法，3）应力腐蚀裂纹人工模拟试件制备和性能确认，4）验证机械负载闭口疲劳裂纹试件模拟应力腐蚀裂纹的可行性。.通过四年研究工作，全面实现了预期的研究目标。主要研究成果包括：.1）提出了沿应力腐蚀裂纹长度方向进行切片，逐层分析裂纹深度方向电导率分布然后整合获取应力腐蚀裂纹三维电导率分布的方法。自主开发了四端子直流电位检测平台和基于反问题理论的直流电位检测信号电导率分布重构方法和程序，首次获得了整个应力腐蚀裂纹的三维电导率分布，明确了应力腐蚀裂纹的导电率分布规律。.2）提出了基于焊接面预埋缺陷参数调节模拟调控应力腐蚀裂纹大小和电导率分布的方法，利用数值模拟，优化选取了模拟缺陷参数，利用固态焊接技术加工获得了多枚应力腐蚀裂纹模拟试件，基于自主搭建的四端子直流电位检测平台和重构方法进行了检测实验和等效电导率重构，证明了扩散焊和人工槽制备和调控模拟应力腐蚀裂纹试件的有效性。.3）提出了在线四点弯曲负载闭口疲劳裂纹模拟应力腐蚀裂纹的方法，设计加工了疲劳裂纹在线闭口装置，搭建了在线闭口疲劳裂纹涡流检测实验系统，探究了在线加载载荷对闭口疲劳裂纹涡流检测信号的影响，利用涡流检测反问题方法重构了裂纹等效电导率，结果表明利用闭口疲劳裂纹在涡流检测意义模拟应力腐蚀裂纹非常有效。.经过四年研究，共发表期刊论文35篇，其中SCI期刊论文20篇，发表国际会议论文34篇，申报发明专利16项（授权7项），获得软件著作权2项、国家行业标准各1项，主编国际丛书1部，获远东无损检测论坛优秀论文一等奖等论文奖励8项，作为大会主席在西安组织召开了19届ENDE，培养硕士生8名，博士生3名，其中硕士生5人，博士生2人毕业。