【摘 要】
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发电厂中越来越多高参数热力设备投入运行,这对受热面金属材料的使用性能提出了更高的要求。而现行的常规和无损检测技术手段对于金属材料的失效检测在时间及操作上均存在一定局限性,因此需要一种能够快速原位且无损的检测技术对金属受热面状态进行有效评估检测。耐热钢在高温高压的工况服役过程中材料将发生蠕变导致显微组织老化以及宏观性能的逐渐劣化,造成金属基体存在明显差异,同时激光诱导击穿光谱(LIBS)技术受基体效
【基金项目】
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国家自然科学基金项目( 51476061); 广东省自然科学基金重点项目“基于新型激光光谱的金属材料失效检测机制研究”(2017B030311009)
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发电厂中越来越多高参数热力设备投入运行,这对受热面金属材料的使用性能提出了更高的要求。而现行的常规和无损检测技术手段对于金属材料的失效检测在时间及操作上均存在一定局限性,因此需要一种能够快速原位且无损的检测技术对金属受热面状态进行有效评估检测。耐热钢在高温高压的工况服役过程中材料将发生蠕变导致显微组织老化以及宏观性能的逐渐劣化,造成金属基体存在明显差异,同时激光诱导击穿光谱(LIBS)技术受基体效应影响明显。因此基于以上特性本文致力于将LIBS技术实现金属受热面的快速原位失效检测。论文首先对工业环境服役下典型的受热面金属进行激光光谱层析,分析了金属管道表面氧化层和基体沿径向方向光谱特征变化规律。通过对管道表面有无氧化层干扰的光谱进行相关性分析,发现根据特征谱线强度沿径向方向的变化趋势可以实现表面氧化层与基体的边界的识别,并获取基体的代表性光谱。此外分析了表面氧化层的存在对于基体等离子体特性的影响。其次针对氧化层对基体光谱造成的干扰采用不同的预处理方法(多元散射矫正、标准正态变化和小波阈值去噪)进行修正,分析了光谱修正对于K折叠支持向量机递归特征消除(K-SVM-RFE)特征选择过程的影响,并基于特征选择出的最优特征子集建立老化等级预测模型。结果表明多元散射矫正(MSC)可有效修正表面氧化层的干扰,基于最优特征子集建立的老化等级预测模型在外部测试集上预测准确率为84.72%,并且模型在有氧化层干扰与相应消除氧化层干扰的样本数据上性能表现相近。然后研发了一种高度集成化的便携式LIBS测量装置原理性样机,使用MSC光谱修正后基于K-SVM-RFE选择出的最优特征子集并建立老化等级预测模型。随后将模型封装开发样机配套的金属特性实时测量软件,并在实验室条件下对便携式设备样机的性能进行了测试验证,为便携式LIBS设备实现工业环境下金属受热面失效诊断提供了有效的依据和方法。最后对本学位论文的研究工作进行了总结,并对下一步研究工作的进行提出展望。
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