安子良，軒福貞，涂善東

（1.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院軌道交通學(xué)院，上海 201418；2.華東理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200237）

316L不銹鋼擴(kuò)散焊接頭界面孔洞蠕變擴(kuò)展研究

安子良1，軒福貞2，涂善東2

（1.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院軌道交通學(xué)院，上海 201418；2.華東理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200237）

采用損傷因子D和等效電阻率修正Derby模型，建立基于等效電阻率的擴(kuò)散焊接頭界面孔洞擴(kuò)展動(dòng)態(tài)測(cè)量模型?；诂F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)搭建四探針直流電位計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，確立蠕變?cè)嚇訁?shù)、實(shí)驗(yàn)方法和步驟，從而實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)316L不銹鋼擴(kuò)散焊接頭界面孔洞蠕變擴(kuò)展行為。

擴(kuò)散焊；蠕變孔洞擴(kuò)展；等效電阻率；Derby模型

0 引 言

隨著微小型機(jī)械系統(tǒng)在國(guó)防、運(yùn)輸、空間探索、過(guò)程工業(yè)、醫(yī)療等方面的廣泛應(yīng)用，其擴(kuò)散焊構(gòu)件蠕變斷裂與早期失效的風(fēng)險(xiǎn)顯著提高[1-2]，而對(duì)于高溫承載環(huán)境中擴(kuò)散焊接頭界面缺陷的演化，以及缺陷對(duì)接頭斷裂失效的影響研究相對(duì)較少，同時(shí)關(guān)于擴(kuò)散焊接頭界面孔洞與裂紋的擴(kuò)展行為和斷裂失效過(guò)程的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)還未見報(bào)道[3-4]；因此，建立擴(kuò)散焊接頭內(nèi)部界面微觀缺陷演化的理論模型和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)方法顯得尤為緊迫，特別是從蠕變損傷角度研究擴(kuò)散焊構(gòu)件高溫失效過(guò)程和機(jī)理，對(duì)保證微小型化學(xué)機(jī)械系統(tǒng)封裝的完整性、可靠性、壽命評(píng)估都具有十分重要的意義。

本文根據(jù)損傷因子理論、Derby靜態(tài)模型和計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立了直流電位與擴(kuò)散焊接頭有效面積改變之間的定量關(guān)系，基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)構(gòu)建動(dòng)態(tài)四探針直流電位計(jì)算機(jī)測(cè)量系統(tǒng)。

1 基于等效電阻率的擴(kuò)散焊接頭界面孔洞擴(kuò)展動(dòng)態(tài)測(cè)量模型

1.1 Lodge和Briggs增量電阻模型

如圖1（a）所示，接頭界面缺陷形狀和尺寸分布不均，為了體現(xiàn)孔洞存在對(duì)接頭電阻增加的作用，Lodge和 Briggs[5]簡(jiǎn)化了接頭界面孔洞幾何形狀且認(rèn)為孔洞規(guī)則分布，見圖1（b）。如式（1）所示，經(jīng)施瓦茨變換后，Lodge和Briggs模型中電阻增量和擴(kuò)散焊接頭界面孔洞長(zhǎng)度之間的定量關(guān)系為

式中：ΔR——電阻增量，Ω；

ρ——電阻率，Ω·m；

教育部辦公廳頒布的《2017年教育信息化工作要點(diǎn)》提出：“推進(jìn)信息技術(shù)在教學(xué)中的深入普遍應(yīng)用，激發(fā)廣大教師應(yīng)用信息技術(shù)推動(dòng)教育理念、教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新的熱情，積極促進(jìn)線上線下相結(jié)合的混合式學(xué)習(xí)模式普及。” 在線開放課程是現(xiàn)代教育技術(shù)發(fā)展與教學(xué)資源共享化的結(jié)晶，具有學(xué)習(xí)任務(wù)明確、知識(shí)針對(duì)性強(qiáng)、考評(píng)方式豐富及節(jié)奏可控性等特點(diǎn)。建設(shè)《組織學(xué)與胚胎學(xué)》在線開放課程為《組織學(xué)與胚胎學(xué)》的課程教學(xué)改革提供了新的思路。

A——接頭焊合面積，m2；

該垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目規(guī)模為3×500 t/d，NOx排放限值為130 mg/m3（11%O2，標(biāo)態(tài)干基，小時(shí)均值），2019年NOx排放將提高標(biāo)準(zhǔn)，NOx調(diào)整至100 mg/m3（11%O2，干基，日均值）；采用SNCR+PNCR系統(tǒng)脫硝，設(shè)備投資成本約為1 400萬(wàn)元，運(yùn)行以SNCR為主，PNCR為輔；SNCR脫硝還原劑采用20%氨水。

k——兩孔洞之間的焊合長(zhǎng)度，μm。

Aω——材料損傷后的有效面積，m2；

1.2 Derby電位修正模型

由于孔洞在擴(kuò)散焊接頭界面上為非均勻分布，Lodge和Briggs計(jì)算模型在測(cè)量接頭焊合率時(shí)需根據(jù)金相結(jié)果進(jìn)行修正。因此，Derby模型以被測(cè)接頭橫截面積A1和實(shí)際焊合面積A2替代了孔洞間距k和含單孔洞截面長(zhǎng)度h，見圖1（c）和式（2），當(dāng)輸入電流、輸出電壓位置、接頭電阻率和接頭橫截面積A1為常量時(shí)，可建立直流電位與接頭焊合面積之間的定量關(guān)系。Derby修正模型雖然不能檢測(cè)界面上每個(gè)孔洞的具體尺寸，但能準(zhǔn)確測(cè)量接頭界面焊合面積的大小[6]，改變了過(guò)去只能通過(guò)金相法測(cè)量擴(kuò)散焊接頭焊合率的方法。

式中：ρ——電阻率，Ω·m；

I——輸入電流，A；

A1——接頭初始橫截面積，m2；

A1、A2——接頭原始和實(shí)際焊合面積和，m2。

1.3 基于等效電阻率的擴(kuò)散焊接頭界面孔洞擴(kuò)展動(dòng)態(tài)測(cè)量模型

為了建立擴(kuò)散焊接頭界面孔洞擴(kuò)展動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)理論模型和實(shí)驗(yàn)方法，本文采用Bridgman法則中的損傷因子D來(lái)修正由于高溫承載導(dǎo)致接頭有效面積改變而帶來(lái)的電阻率變化。由于金屬電阻對(duì)材料內(nèi)部缺陷損傷的敏感，Lemaitre等提出利用Bridgman法則的損傷因子D來(lái)修正由于材料內(nèi)部受到損傷后有效橫截面積減小帶來(lái)的電流密度變化，并將其定義為有效電流Iω，其表達(dá)式為

土壤中鎘的測(cè)定采用原子吸收光譜法[13]，鉛的測(cè)定采用雙硫腙分光光度法[13]，銅的測(cè)定采用原子吸收光譜法[13]，鋅的測(cè)定采用原子吸光光譜法[13]，鉻的測(cè)定采用二苯碳酰二肼分光光度法[14]，砷的測(cè)定采用新銀鹽分光光度法[15]。

則材料損傷后的等效電阻表達(dá)式為

2.3.1 諧波運(yùn)動(dòng)成像 （harmonic motion imaging，HMI）諧波運(yùn)動(dòng)成像是通過(guò)一個(gè)外部聲源發(fā)射超聲波，超聲波產(chǎn)生的聲輻射力對(duì)被檢組織形成周期性的壓力，使得被檢組織產(chǎn)生諧波運(yùn)動(dòng)，通過(guò)采集組織被激發(fā)前后的超聲圖像進(jìn)行位移相位估計(jì)，可間接反映組織的彈性狀況，彈性越大，應(yīng)變就越大[6]。應(yīng)變是組織硬度的相對(duì)指標(biāo)，會(huì)隨壓力的改變而改變。

ρ0——材料初始電阻率，Ω·m；

由式（1）可知，k/h實(shí)際上就是擴(kuò)散焊接頭焊合率的表達(dá)式，Lodge和Briggs模型在XY二維平面內(nèi)體現(xiàn)了由于單個(gè)孔洞存在對(duì)接頭電阻增加的作用，為直流電位法在擴(kuò)散焊接頭界面缺陷無(wú)損檢測(cè)應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。

K——材料系數(shù)，對(duì)于大多數(shù)金屬材料來(lái)說(shuō)K=2。

h——兩孔洞之間的間隔，μm；

損傷因子D可由式（4）計(jì)算得：

式中：V0——初始電壓值，V；

Vω——材料出現(xiàn)損傷后的電壓值，V。

對(duì)于高溫承載環(huán)境中的擴(kuò)散焊接頭而言，接頭界面原有缺陷以及蠕變孔洞的擴(kuò)展和匯合必然導(dǎo)致接頭有效面積的變化。因此，如式（6）所示，將等效電阻率ρω替代Derby模型中的材料電阻率ρ，從而建立直流電位與擴(kuò)散焊接頭有效面積動(dòng)態(tài)改變之間的定量關(guān)系，體現(xiàn)了由于各種因素導(dǎo)致的接頭有效面積改變。直流電位與擴(kuò)散焊接頭有效面積之間的定量關(guān)系表達(dá)式為

這就好比要搞清楚自己接手的是什么樣的工程，自己又該有哪些具體的實(shí)施構(gòu)想，然后才能有的放矢對(duì)著圖紙付諸施工，至于“夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)”，那只是時(shí)間的問(wèn)題。

圖1 316L不銹鋼擴(kuò)散焊接頭界面微觀結(jié)構(gòu)圖和簡(jiǎn)化后的擴(kuò)散焊接頭界面孔洞模型

式中：ρ0——初始電阻率，Ω·m；

式中：ρω——材料損傷后的等效電阻率，Ω·m；

V0——均值電壓，V；

據(jù)統(tǒng)計(jì)，沈大高速?gòu)拈_通初期全線日均流量3300臺(tái)次，發(fā)展到現(xiàn)如今日均流量12.5萬(wàn)臺(tái)次，車流量呈幾何倍數(shù)的增長(zhǎng)。

L——輸出電極間距，m；

s——兩孔洞之間的間隔，μm；

Vω——接頭實(shí)測(cè)電位值，V；

L——電壓與電極之間距離，m；s——兩孔洞之間的間隔，μm；

A2——接頭實(shí)際橫截面積，m2；

h——兩孔洞之間的間隔，μm。

2 接頭界面孔洞蠕變擴(kuò)展直流電位法測(cè)量系統(tǒng)

基于等效電阻率的動(dòng)態(tài)測(cè)量模型確立后，采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)搭建擴(kuò)散焊接頭界面孔洞蠕變擴(kuò)展行為計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，自動(dòng)采集、記錄316L不銹鋼擴(kuò)散焊接頭界面孔洞蠕變擴(kuò)展電位隨時(shí)間變化的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)多次在RD2-3型蠕變及持久試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行靜態(tài)“四探針直流電位法”試驗(yàn)，確定擴(kuò)散焊接頭界面孔洞蠕變擴(kuò)展試樣的截面形狀、尺寸、夾具，以及試驗(yàn)機(jī)拉桿長(zhǎng)度、恒流源型號(hào)、輸入電流、輸入與輸出電極位置等試驗(yàn)參數(shù)。本文著重討論擴(kuò)散焊接頭界面孔洞蠕變擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)樣品的確定方法和計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的搭建。

分娩是產(chǎn)婦必經(jīng)的生理過(guò)程，但初產(chǎn)婦缺乏分娩的經(jīng)驗(yàn)，極易產(chǎn)生焦慮、恐懼、抑郁等不良心理情緒，最終影響到妊娠結(jié)局，甚至危及母嬰安全[1-2]。本文主要就中醫(yī)情志護(hù)理對(duì)改善初產(chǎn)婦產(chǎn)后心理狀態(tài)的臨床效果進(jìn)行研究，并作如下總結(jié)：

2.1 擴(kuò)散焊接頭界面孔洞蠕變擴(kuò)展試樣形狀和尺寸的確定

綜上所述，在臨床偏頭痛患者的治療中聯(lián)合使用氟桂利嗪和尼莫地平進(jìn)行治療，療效較之單純使用氟桂利嗪進(jìn)行治療要更高，具有臨床意義，值得推廣使用。

模糊綜合評(píng)判則是利用模糊和集合的相應(yīng)的數(shù)學(xué)理論方法對(duì)實(shí)際中所存在的模糊數(shù)量值進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括對(duì)各個(gè)單因素集進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)價(jià)和多層因素集進(jìn)行不同程度的評(píng)價(jià)。模糊綜合評(píng)判的主要順序?yàn)?，首先，要?duì)因素集進(jìn)行選取，其次是對(duì)評(píng)語(yǔ)集進(jìn)行相應(yīng)的背擇，而后對(duì)評(píng)判矩陣、加權(quán)系數(shù)進(jìn)行確定，最后是對(duì)綜合評(píng)級(jí)向量以及對(duì)評(píng)級(jí)值進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。

分別采用φ5 mm、5 mm×5 mm和5 mm×7.5 mm 3種截面形狀的316L不銹鋼擴(kuò)散焊接頭進(jìn)行“四探針直流電位法”敏感性試驗(yàn)[7-9]。由圖2（a）可知，對(duì)于5mm×7.5mm的長(zhǎng)方體試樣，當(dāng)輸入電流由0.5A提高至1A時(shí)，接頭輸出電壓同樣提高一倍，由0.17mV提升至0.34mV，且電壓曲線非常穩(wěn)定。由圖2（b）可知，對(duì)于恒定輸入電流不同截面接頭輸出電壓值次序?yàn)閂φ5mm＞V5mm×7.5mm＞V5mm×5mm，輸出電壓值隨輸入電流調(diào)整呈線性變換且電壓值次序不變，由此可見靜態(tài)“四探針直流電位法”的穩(wěn)定性和靈敏性比較高。因此，如圖3所示，本文蠕變裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)試樣標(biāo)距為φ5mm×60mm，輸入電流、輸出電壓電極位置分布確定為7mm和3mm，外接導(dǎo)線均采用高溫性能良好的304不銹鋼帶。

圖2 四探針直流電位法裝置和接頭電位曲線

如圖4所示，在上、下拉桿連接處加入聚四氟乙烯材料轉(zhuǎn)接頭，隔離試樣、上下拉桿與試驗(yàn)機(jī)主機(jī)，從而降低了測(cè)試線路電阻損耗，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備的檢出限、靈敏度。在進(jìn)行316L不銹鋼擴(kuò)散焊接頭界面孔洞蠕變擴(kuò)展試驗(yàn)時(shí)，對(duì)一級(jí)杠桿在1，2，3，4，5，6kN共6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了負(fù)荷精度校驗(yàn)，采用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶對(duì)3臺(tái)RD2-3型蠕變及持久試驗(yàn)機(jī)加熱爐的K型熱電偶550℃進(jìn)行標(biāo)定，以確保試驗(yàn)溫度的準(zhǔn)確性。本文界面孔洞擴(kuò)展試驗(yàn)在550℃高溫環(huán)境中進(jìn)行，高溫對(duì)電阻率的影響遠(yuǎn)大于負(fù)載電阻的熱效應(yīng)，如加熱爐溫度控制穩(wěn)定則只需考慮測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性即可，不再進(jìn)行電阻率溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)。由圖5可知，加熱爐溫度穩(wěn)定，試樣直流電位隨著加熱爐由室溫升至550℃逐漸由0.758mV提高到1.37mV，且當(dāng)加熱爐進(jìn)入保溫過(guò)程后試樣電位一直保持在1.37mV。由此可見，直流電位計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)精度完全滿足316L不銹鋼擴(kuò)散焊接頭界面孔洞蠕變擴(kuò)展試驗(yàn)要求。

2.2 擴(kuò)散焊接頭蠕變擴(kuò)展計(jì)算機(jī)測(cè)量系統(tǒng)

圖3 擴(kuò)散焊接頭界面孔洞蠕變擴(kuò)展試樣（單位:mm）

圖4 輸出電壓和加熱爐溫度變化曲線（預(yù)加載荷800N，試驗(yàn)溫度550℃）

四探針直流電位法計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的硬件主要由RD2-3型蠕變及持久試驗(yàn)機(jī)、JWL-30型直流恒流源、ADAM4011模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、ADAM4520串口通信模塊和PC610H工控機(jī)組成。為了降低電磁干擾和共模干擾，系統(tǒng)接地處理一定要符合GB 14050—2008《系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求》。上位機(jī)軟件主要包括串口數(shù)據(jù)讀寫模塊、數(shù)據(jù)處理與顯示模塊和實(shí)驗(yàn)結(jié)果存儲(chǔ)模塊3部分，本文采用RS485通信協(xié)議作為工控機(jī)和ADAM4011模塊數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄?，由MSComm控件完成上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，采用VB6.0編制實(shí)驗(yàn)操作界面和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示界面，試驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到Access后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

思想政治教育接受效果的優(yōu)劣受到思想政治教育環(huán)境和情境的限制。教育者在進(jìn)行思想政治教育行為歸因分析時(shí)，不能忽視情境性因素的作用，更要在指引當(dāng)代大學(xué)生行為判斷的過(guò)程中，矯正錯(cuò)誤歸因方式，將情境性歸因與傾向性歸因放在同等重要的位置上。

自從20世紀(jì)70年代能源危機(jī)以來(lái)，以丹麥為代表的許多西方國(guó)家開始進(jìn)行生物質(zhì)能源發(fā)電研究，垃圾、動(dòng)物糞便、農(nóng)業(yè)剩余物等都曾經(jīng)被用來(lái)嘗試發(fā)電。但是30多年的科學(xué)研究與實(shí)踐證明了農(nóng)作物秸稈直燃發(fā)電是一種最適宜的選擇。

3 結(jié)束語(yǔ)

利用Bridgman法則中的損傷因子D和Derby靜態(tài)測(cè)試模型，建立基于等效電阻率的擴(kuò)散焊接頭界面孔洞擴(kuò)展動(dòng)態(tài)測(cè)量模型。根據(jù)本文擴(kuò)散焊接頭的特點(diǎn)和RD2-3型蠕變及持久試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)參數(shù)，確立了適用于“動(dòng)態(tài)四探針直流電位法”的接頭蠕變?cè)嚇訁?shù)、實(shí)驗(yàn)方法和步驟。采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)搭建“動(dòng)態(tài)四探針直流電位”計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)散焊接頭界面孔洞蠕變擴(kuò)展數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與記錄，從而使“動(dòng)態(tài)四探針直流電位法”能用于實(shí)時(shí)測(cè)量接頭界面孔洞蠕變擴(kuò)展行為。

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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，講師，博士，主要從事高溫高熱設(shè)備結(jié)構(gòu)完整性監(jiān)測(cè)與使用壽命預(yù)測(cè)的研究。