Page 68 - 无损检测2023年第十期

曾晨明, 等:

基于磁巴克豪森效应的 P92钢热老化状态检测

表1 不同硬度 P92钢的 MBN 信号小波包降噪后 通过对比不同硬度 P92钢的 MBN 检测信号经
的能量比和均方根误差 过小波包算法和 VMD 算法降噪处理得到的能量比
启发式硬阈值 启发式软阈值 与均方根误差两个参数的大小, 发现基于启发式硬
阈值原则的小波包算法降噪效果最优, 因此使用此
硬度 / HB 均方根 均方根
能量比 / dB 能量比 / dB
误差 / mV 误差 / mV 方法作为滤波算法。
1.4 硬度试验特征值提取结果分析
165 7.75 50.51 5.34 66.61
提取滤波处理之后的 MBN 信号4种典型特征
175 6.95 45.97 3.93 79.27
值, 即均方根、 峰峰值、 半高宽和包络面积, 不同特征
185 6.97 39.86 3.89 56.81
205 6.60 32.45 3.37 47.08
值与 P92钢硬度的关系曲线如图4所示。
215 6.58 31.37 3.25 45.12
图4 ( a ),( b ),( d ) 中均方根、 峰峰值、 包络面积
1.3 基于 VMD 算法的硬度测定试验 随着硬度值的增大逐渐减小, 且近似为线性关系, 图
采用 VMD 算法对标准 P92钢的 MBN 信号进 4 ( c ) 中半高宽随着硬度值的增大逐渐增大, 但硬度

行处理。按分解个数 K 值( 分别为 2~10 ) 进行 在大于175后, 半高宽的增大明显变缓。此4种特

VMD 分解。在试验中, 可以通过在最佳临界 K 值 征值的变化表明, 随着 P92 钢材料硬度的增加,
和K-1的分解层数分别进行信号比较, 通过分析 MBN 信号逐渐变得“ 矮胖”, 与文献[ 13 ] 描述一致。

试验所需信号所处的频带和分解结果, 筛选出最佳 K 2 P92钢热老化规律试验
值 [ 12 ] 。为了使包含 MBN 信号特征频带信息的分解

信号充分显示, 选择 K 值为 4 进行 VMD 分解。 对超超临界机组主蒸汽管道未服役 P92 钢样
4
通过计算互相关系数和能量比, 可以筛选出有 品以及服役时间分别为 3×10 , 4.9×10 , 5.6×
4

4 4 4
效IMF 分量, 再使用有效IMF 分量来进行 MBN 10 , 7×10 , 9.3×10 h 的 P92 钢试样分别进行了
信号的重构。相关系数可表示为 3次 MBN 检测, 并对检测结果进行基于启发式硬
Cov ( X , Y ) 阈值原则的小波包算法处理, 绘制4种特征值与服
C= ( 1 )
VarX VarY 役时间的关系曲线, 其结果如图5所示。

式中: X 为IMF分量信号; Y 为原始信号。 由从图5可知, 当服役时间小于30000h时, 均
经过计算, MBN 信号经过 VMD 分解后各分量 方根、 峰峰值和包络面积均有小幅度的下降, 半高宽
的能量比和互相关系数 C 如表 2 所示。从表 2 可 呈小幅度的上升态势, 表现为材料硬度小幅度的增
以看出, IMF3 分量能量比和互相关系数都远大于 加, 在此阶段材料的性能有所提升; 当服役时间为

其他分量, 因此选择了信号的 IMF3 分量作为滤波 30000~70000h时, 均方根、 峰峰值和包络面积均
处理后的信号。 上升, 半高宽下降, 表现为材料的硬度逐渐减小, 在
表2 原始信号与各个分量的能量比与相关系数 这一阶段材料的性能下降较快; 当服役时间大于

项目 IMF1 IMF2 IMF3 IMF4 70000h时, 均方根、 峰峰值和包络面积均上升缓
能量比 / dB 0.05 0.08 9.59 0.15 慢, 表现为材料硬度减小趋于平缓, 在这一阶段,
互相关系数 0.10 0.14 0.95 0.18 P92钢材料在长时间服役过程中热老化程度达到一
定阈值, 由老化带来的性能下降速率明显下降。
基于此处理过程采用 VMD 算法对硬度( HB ) 分
别为165 , 175 , 185 , 205的 P92钢试件的 MBN 检测信 P92耐热钢服役过程中发生的微观结构变化可
以归结为4 种强化机制所涉及的微观组织结构演
号进行处理, 其能量比和均方根误差如表3所示。
变, 在4种强化途径中, 固溶强化效果有限。亚结构
表3 不同硬度 P92钢 MBN 信号 VMD 分解结果
强化和位错强化起到降低硬度作用, 而析出相强化
硬度 / HB 能量比 / dB 均方根误差 / mV
起到增加硬度的作用 [ 14 ] 。析出相强化是指高温条
165 6.18 60.83
件下析出的大量第二相会随着硬度条件的增加在尺
175 5.69 48.72
寸、 分布等方面发生变化, 第二相颗粒在其周围产生
185 4.56 52.97
应力场, 阻碍位错的运动, 从而提高材料的强度。对
205 4.17 43.89
于亚结构强化, P92 耐热钢中最主要的亚结构为马氏
215 3.95 40.13
3
4
2023年 第45卷 第10期
无损检测