316L不锈钢扩散焊接头界面孔洞蠕变扩展研究

安子良，轩福贞，涂善东

（1.上海应用技术学院轨道交通学院，上海 201418；2.华东理工大学机械与动力工程学院，上海 200237）

316L不锈钢扩散焊接头界面孔洞蠕变扩展研究

安子良1，轩福贞2，涂善东2

（1.上海应用技术学院轨道交通学院，上海 201418；2.华东理工大学机械与动力工程学院，上海 200237）

采用损伤因子D和等效电阻率修正Derby模型，建立基于等效电阻率的扩散焊接头界面孔洞扩展动态测量模型。基于现场总线技术搭建四探针直流电位计算机数据采集系统，确立蠕变试样参数、实验方法和步骤，从而实时动态地监测316L不锈钢扩散焊接头界面孔洞蠕变扩展行为。

扩散焊；蠕变孔洞扩展；等效电阻率；Derby模型

0 引 言

随着微小型机械系统在国防、运输、空间探索、过程工业、医疗等方面的广泛应用，其扩散焊构件蠕变断裂与早期失效的风险显著提高[1-2]，而对于高温承载环境中扩散焊接头界面缺陷的演化，以及缺陷对接头断裂失效的影响研究相对较少，同时关于扩散焊接头界面孔洞与裂纹的扩展行为和断裂失效过程的实时动态监测还未见报道[3-4]；因此，建立扩散焊接头内部界面微观缺陷演化的理论模型和实验观测方法显得尤为紧迫，特别是从蠕变损伤角度研究扩散焊构件高温失效过程和机理，对保证微小型化学机械系统封装的完整性、可靠性、寿命评估都具有十分重要的意义。

本文根据损伤因子理论、Derby静态模型和计算机技术，建立了直流电位与扩散焊接头有效面积改变之间的定量关系，基于现场总线技术构建动态四探针直流电位计算机测量系统。

1 基于等效电阻率的扩散焊接头界面孔洞扩展动态测量模型

1.1 Lodge和Briggs增量电阻模型

如图1（a）所示，接头界面缺陷形状和尺寸分布不均，为了体现孔洞存在对接头电阻增加的作用，Lodge和 Briggs[5]简化了接头界面孔洞几何形状且认为孔洞规则分布，见图1（b）。如式（1）所示，经施瓦茨变换后，Lodge和Briggs模型中电阻增量和扩散焊接头界面孔洞长度之间的定量关系为

式中：ΔR——电阻增量，Ω；

ρ——电阻率，Ω·m；

教育部办公厅颁布的《2017年教育信息化工作要点》提出：“推进信息技术在教学中的深入普遍应用，激发广大教师应用信息技术推动教育理念、教学模式和教学内容创新的热情，积极促进线上线下相结合的混合式学习模式普及。” 在线开放课程是现代教育技术发展与教学资源共享化的结晶，具有学习任务明确、知识针对性强、考评方式丰富及节奏可控性等特点。建设《组织学与胚胎学》在线开放课程为《组织学与胚胎学》的课程教学改革提供了新的思路。

A——接头焊合面积，m2；

该垃圾焚烧发电项目规模为3×500 t/d，NOx排放限值为130 mg/m3（11%O2，标态干基，小时均值），2019年NOx排放将提高标准，NOx调整至100 mg/m3（11%O2，干基，日均值）；采用SNCR+PNCR系统脱硝，设备投资成本约为1 400万元，运行以SNCR为主，PNCR为辅；SNCR脱硝还原剂采用20%氨水。

k——两孔洞之间的焊合长度，μm。

Aω——材料损伤后的有效面积，m2；

1.2 Derby电位修正模型

由于孔洞在扩散焊接头界面上为非均匀分布，Lodge和Briggs计算模型在测量接头焊合率时需根据金相结果进行修正。因此，Derby模型以被测接头横截面积A1和实际焊合面积A2替代了孔洞间距k和含单孔洞截面长度h，见图1（c）和式（2），当输入电流、输出电压位置、接头电阻率和接头横截面积A1为常量时，可建立直流电位与接头焊合面积之间的定量关系。Derby修正模型虽然不能检测界面上每个孔洞的具体尺寸，但能准确测量接头界面焊合面积的大小[6]，改变了过去只能通过金相法测量扩散焊接头焊合率的方法。

式中：ρ——电阻率，Ω·m；

I——输入电流，A；

A1——接头初始横截面积，m2；

A1、A2——接头原始和实际焊合面积和，m2。

1.3 基于等效电阻率的扩散焊接头界面孔洞扩展动态测量模型

为了建立扩散焊接头界面孔洞扩展动态监测理论模型和实验方法，本文采用Bridgman法则中的损伤因子D来修正由于高温承载导致接头有效面积改变而带来的电阻率变化。由于金属电阻对材料内部缺陷损伤的敏感，Lemaitre等提出利用Bridgman法则的损伤因子D来修正由于材料内部受到损伤后有效横截面积减小带来的电流密度变化，并将其定义为有效电流Iω，其表达式为

土壤中镉的测定采用原子吸收光谱法[13]，铅的测定采用双硫腙分光光度法[13]，铜的测定采用原子吸收光谱法[13]，锌的测定采用原子吸光光谱法[13]，铬的测定采用二苯碳酰二肼分光光度法[14]，砷的测定采用新银盐分光光度法[15]。

则材料损伤后的等效电阻表达式为

2.3.1 谐波运动成像 （harmonic motion imaging，HMI）谐波运动成像是通过一个外部声源发射超声波，超声波产生的声辐射力对被检组织形成周期性的压力，使得被检组织产生谐波运动，通过采集组织被激发前后的超声图像进行位移相位估计，可间接反映组织的弹性状况，弹性越大，应变就越大[6]。应变是组织硬度的相对指标，会随压力的改变而改变。

ρ0——材料初始电阻率，Ω·m；

由式（1）可知，k/h实际上就是扩散焊接头焊合率的表达式，Lodge和Briggs模型在XY二维平面内体现了由于单个孔洞存在对接头电阻增加的作用，为直流电位法在扩散焊接头界面缺陷无损检测应用奠定了理论基础。

K——材料系数，对于大多数金属材料来说K=2。

h——两孔洞之间的间隔，μm；

损伤因子D可由式（4）计算得：

式中：V0——初始电压值，V；

Vω——材料出现损伤后的电压值，V。

对于高温承载环境中的扩散焊接头而言，接头界面原有缺陷以及蠕变孔洞的扩展和汇合必然导致接头有效面积的变化。因此，如式（6）所示，将等效电阻率ρω替代Derby模型中的材料电阻率ρ，从而建立直流电位与扩散焊接头有效面积动态改变之间的定量关系，体现了由于各种因素导致的接头有效面积改变。直流电位与扩散焊接头有效面积之间的定量关系表达式为

这就好比要搞清楚自己接手的是什么样的工程，自己又该有哪些具体的实施构想，然后才能有的放矢对着图纸付诸施工，至于“梦想照进现实”，那只是时间的问题。

图1 316L不锈钢扩散焊接头界面微观结构图和简化后的扩散焊接头界面孔洞模型

式中：ρ0——初始电阻率，Ω·m；

式中：ρω——材料损伤后的等效电阻率，Ω·m；

V0——均值电压，V；

据统计，沈大高速从开通初期全线日均流量3300台次，发展到现如今日均流量12.5万台次，车流量呈几何倍数的增长。

L——输出电极间距，m；

s——两孔洞之间的间隔，μm；

Vω——接头实测电位值，V；

L——电压与电极之间距离，m；s——两孔洞之间的间隔，μm；

A2——接头实际横截面积，m2；

h——两孔洞之间的间隔，μm。

2 接头界面孔洞蠕变扩展直流电位法测量系统

基于等效电阻率的动态测量模型确立后，采用现场总线技术搭建扩散焊接头界面孔洞蠕变扩展行为计算机测控系统，自动采集、记录316L不锈钢扩散焊接头界面孔洞蠕变扩展电位随时间变化的试验数据。通过多次在RD2-3型蠕变及持久试验机上进行静态“四探针直流电位法”试验，确定扩散焊接头界面孔洞蠕变扩展试样的截面形状、尺寸、夹具，以及试验机拉杆长度、恒流源型号、输入电流、输入与输出电极位置等试验参数。本文着重讨论扩散焊接头界面孔洞蠕变扩展实验样品的确定方法和计算机测控系统的搭建。

分娩是产妇必经的生理过程，但初产妇缺乏分娩的经验，极易产生焦虑、恐惧、抑郁等不良心理情绪，最终影响到妊娠结局，甚至危及母婴安全[1-2]。本文主要就中医情志护理对改善初产妇产后心理状态的临床效果进行研究，并作如下总结：

2.1 扩散焊接头界面孔洞蠕变扩展试样形状和尺寸的确定

综上所述，在临床偏头痛患者的治疗中联合使用氟桂利嗪和尼莫地平进行治疗，疗效较之单纯使用氟桂利嗪进行治疗要更高，具有临床意义，值得推广使用。

模糊综合评判则是利用模糊和集合的相应的数学理论方法对实际中所存在的模糊数量值进行评价，包括对各个单因素集进行相应的评价和多层因素集进行不同程度的评价。模糊综合评判的主要顺序为，首先，要对因素集进行选取，其次是对评语集进行相应的背择，而后对评判矩阵、加权系数进行确定，最后是对综合评级向量以及对评级值进行相应的计算。

分别采用φ5 mm、5 mm×5 mm和5 mm×7.5 mm 3种截面形状的316L不锈钢扩散焊接头进行“四探针直流电位法”敏感性试验[7-9]。由图2（a）可知，对于5mm×7.5mm的长方体试样，当输入电流由0.5A提高至1A时，接头输出电压同样提高一倍，由0.17mV提升至0.34mV，且电压曲线非常稳定。由图2（b）可知，对于恒定输入电流不同截面接头输出电压值次序为Vφ5mm＞V5mm×7.5mm＞V5mm×5mm，输出电压值随输入电流调整呈线性变换且电压值次序不变，由此可见静态“四探针直流电位法”的稳定性和灵敏性比较高。因此，如图3所示，本文蠕变裂纹扩展实验试样标距为φ5mm×60mm，输入电流、输出电压电极位置分布确定为7mm和3mm，外接导线均采用高温性能良好的304不锈钢带。

图2 四探针直流电位法装置和接头电位曲线

如图4所示，在上、下拉杆连接处加入聚四氟乙烯材料转接头，隔离试样、上下拉杆与试验机主机，从而降低了测试线路电阻损耗，提高实验设备的检出限、灵敏度。在进行316L不锈钢扩散焊接头界面孔洞蠕变扩展试验时，对一级杠杆在1，2，3，4，5，6kN共6个点进行了负荷精度校验，采用标准热电偶对3台RD2-3型蠕变及持久试验机加热炉的K型热电偶550℃进行标定，以确保试验温度的准确性。本文界面孔洞扩展试验在550℃高温环境中进行，高温对电阻率的影响远大于负载电阻的热效应，如加热炉温度控制稳定则只需考虑测量系统的稳定性即可，不再进行电阻率温度补偿实验。由图5可知，加热炉温度稳定，试样直流电位随着加热炉由室温升至550℃逐渐由0.758mV提高到1.37mV，且当加热炉进入保温过程后试样电位一直保持在1.37mV。由此可见，直流电位计算机测控系统精度完全满足316L不锈钢扩散焊接头界面孔洞蠕变扩展试验要求。

2.2 扩散焊接头蠕变扩展计算机测量系统

图3 扩散焊接头界面孔洞蠕变扩展试样（单位:mm）

图4 输出电压和加热炉温度变化曲线（预加载荷800N，试验温度550℃）

四探针直流电位法计算机测控系统的硬件主要由RD2-3型蠕变及持久试验机、JWL-30型直流恒流源、ADAM4011模数转换模块、ADAM4520串口通信模块和PC610H工控机组成。为了降低电磁干扰和共模干扰，系统接地处理一定要符合GB 14050—2008《系统接地的型式及安全技术要求》。上位机软件主要包括串口数据读写模块、数据处理与显示模块和实验结果存储模块3部分，本文采用RS485通信协议作为工控机和ADAM4011模块数据传输的桥梁，由MSComm控件完成上位机与下位机之间的数据通信，采用VB6.0编制实验操作界面和实时数据显示界面，试验数据存储到Access后台数据库中。

思想政治教育接受效果的优劣受到思想政治教育环境和情境的限制。教育者在进行思想政治教育行为归因分析时，不能忽视情境性因素的作用，更要在指引当代大学生行为判断的过程中，矫正错误归因方式，将情境性归因与倾向性归因放在同等重要的位置上。

自从20世纪70年代能源危机以来，以丹麦为代表的许多西方国家开始进行生物质能源发电研究，垃圾、动物粪便、农业剩余物等都曾经被用来尝试发电。但是30多年的科学研究与实践证明了农作物秸秆直燃发电是一种最适宜的选择。

3 结束语

利用Bridgman法则中的损伤因子D和Derby静态测试模型，建立基于等效电阻率的扩散焊接头界面孔洞扩展动态测量模型。根据本文扩散焊接头的特点和RD2-3型蠕变及持久试验机的技术参数，确立了适用于“动态四探针直流电位法”的接头蠕变试样参数、实验方法和步骤。采用现场总线技术搭建“动态四探针直流电位”计算机数据采集系统，实现了扩散焊接头界面孔洞蠕变扩展数据的自动采集与记录，从而使“动态四探针直流电位法”能用于实时测量接头界面孔洞蠕变扩展行为。

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Study on creep growth properties of interface cavity in 316L stainless steel diffusion bonding joints

AN Zi-liang1，XUAN Fu-zhen2，TU Shan-dong2
（1.School of Railway Transportation，Shanghai Institute of Technology，Shanghai 201418，China；2.School of Mechanical and Powder Engineering，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China）

The Derby model was modified by using the damage factor D and the effective resistivity，and quantitative analysis between the voltage and remaining area of the joint was established to investigate the process and mechanism of creep damage of interface cavity in 316L stainless steel diffusion bonding joints.The computer measuring system based on the dynamic four contact direct current method was established by field bus technology.Creep specimen，testing method and procedure were acquired and the creep growth of the interface void was monitored in real-time by the dynamic four contact direct current method.

diffusion bonding；creep cavity growth；effective resistivity；Derby model

TG142.71；TG453.9；TG441.7；TM930.12

：A

：1674-5124（2014）05-0021-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2014.05.005

2013-10-02；

：2013-12-24

安子良（1972-），男，河北唐山市人，讲师，博士，主要从事高温高热设备结构完整性监测与使用寿命预测的研究。