超聲相控陣小徑管座角焊縫缺陷檢測(cè)技術(shù)的分析

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)第一章緒論1．1研究背景與課題來(lái)源弟一早珀記目前，壓力容器、鍋爐和壓力管道等特種設(shè)備正在不斷發(fā)展，電廠小徑管座角焊縫是連接管排，電廠的集箱小徑管角焊縫的結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中在焊縫根部，在運(yùn)行過(guò)程中如果出現(xiàn)集箱膨脹不暢的話，結(jié)構(gòu)應(yīng)力會(huì)傳遞到焊縫根部IlJ。由于小徑管座角焊縫特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工人在焊接時(shí)如果冷卻時(shí)間太短，就會(huì)很容易出現(xiàn)根部未焊透，主管未融合，裂紋等缺陷[2】。當(dāng)鍋爐處在停止或運(yùn)行的過(guò)程中，這一過(guò)程會(huì)出現(xiàn)較大的溫度變化，因此形成很大的熱應(yīng)力，較大的熱應(yīng)力容易出現(xiàn)缺陷擴(kuò)展以及熱疲勞裂紋的現(xiàn)利31。因此對(duì)角焊縫內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)至關(guān)重要。小徑

2、管座角焊縫結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，目前常規(guī)檢測(cè)尚且沒(méi)有一種有效的檢測(cè)方法檢測(cè)焊縫內(nèi)部[41，常規(guī)超聲檢測(cè)時(shí)受空間限制只能實(shí)現(xiàn)小徑管單側(cè)檢測(cè)，聲束很難完全覆蓋焊縫內(nèi)部，容易出現(xiàn)漏檢，雖然x射線可作為一種檢測(cè)手段，但存在著以下幾個(gè)突出問(wèn)題：(1)小徑管座角焊縫具有管排管排密集、小徑管間距較小的特點(diǎn)，例如電廠集箱管座角焊縫所在位置大部分無(wú)法放置射線機(jī)，更沒(méi)有適合檢測(cè)的角劇51。(2)．／J、徑管座角焊縫特殊的焊縫結(jié)構(gòu)致使射線檢測(cè)時(shí)無(wú)法找到最好的投影角度，對(duì)于小徑管座角焊縫的未焊透、未熔合、裂紋等危險(xiǎn)性缺陷交出率極低。(3)．一般情況下小徑管座角焊縫數(shù)量很多，即

3、使使用射線探傷進(jìn)行檢測(cè)，也會(huì)因射線檢測(cè)效率低影響工期而被否定[61。超聲相控陣技術(shù)得出現(xiàn)使我們?cè)诮鉀Q小徑管座角焊縫檢測(cè)這一難題上有了新的思路和方法。超聲相控陣技術(shù)的基本原理等同于雷達(dá)電磁波相控陣技術(shù)。超聲相控陣所使用的探頭不同于常規(guī)超聲探頭[71，它是由若干壓電晶片組成的陣列換能器，利用計(jì)算機(jī)電子系統(tǒng)來(lái)控制各個(gè)壓電晶片按著一定的延時(shí)法則發(fā)射和接受超聲波，從而實(shí)現(xiàn)聲束的掃描、偏轉(zhuǎn)與聚焦等功能【8】。利用掃描特性，相控陣技術(shù)可以在探頭不移動(dòng)的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢測(cè)區(qū)域的掃查；超聲相控陣聲束的偏轉(zhuǎn)型特點(diǎn)決定了使用相控陣檢測(cè)時(shí)在不移動(dòng)探頭的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)

4、區(qū)不同角度的掃查，實(shí)現(xiàn)較大面積覆蓋【9】。從而提高檢測(cè)效率及缺陷檢出率；利用聚焦特性，相控陣技術(shù)可以提高聲場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)度、回波信號(hào)幅度和信噪比，從而提高缺陷檢出率，以及缺陷深度、長(zhǎng)度的測(cè)量精度【lol。萬(wàn)方數(shù)據(jù)天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文1．2超聲相控陣技術(shù)發(fā)展概況20世紀(jì)40年代，Gabori正明了我們可以用相干光將三維圖像記錄在二維照相底片上，并稱之為全息照相。但是這一技術(shù)直至1120年以后才被應(yīng)用在超聲領(lǐng)域，這樣出現(xiàn)了記錄超聲圖像的技術(shù)。幾十年后隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，在這種環(huán)境下，超聲成像技術(shù)有了新的突破，人們利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息處理技術(shù)，同

5、時(shí)依據(jù)超聲波的傳播特點(diǎn)，終于出現(xiàn)新的成像方法【l¨。超聲相控陣技術(shù)發(fā)展最迅猛的時(shí)期為近幾年，相控技術(shù)不僅在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)模擬等方面取得進(jìn)展，生產(chǎn)與測(cè)試和應(yīng)用等方面也取得了一系列的進(jìn)展。許多公司己經(jīng)開始采用新的復(fù)合材料制作相控陣換能器，這樣可以改變超聲相控陣的電聲性能。在這其中自適應(yīng)聚焦相控陣技術(shù)最為突出，這種技術(shù)的原理是根據(jù)探頭在收到缺陷信息的同時(shí)，會(huì)自動(dòng)激發(fā)一次規(guī)則，這樣可以實(shí)現(xiàn)聲束的控制優(yōu)化，同時(shí)提高了缺陷的檢出率Il引。目前，我國(guó)對(duì)超聲相控陣技術(shù)的研究還不成熟，對(duì)于超聲相控陣技術(shù)的研究還主要應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。但是超聲相控陣技術(shù)無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)

6、，決定了超聲相控陣技術(shù)將成為超聲檢測(cè)的重要方向【l引。超聲相控陣技術(shù)可以靈活的控制聲束，這樣的優(yōu)點(diǎn)為它提供了廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。未來(lái)超聲相控陣技術(shù)的主要研究方向?qū)?huì)是將分析與處理、數(shù)字成像和聲時(shí)衍射等技術(shù)結(jié)合起來(lái)【l4’。相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展解決了很多超聲檢測(cè)的難題，但是由于技術(shù)復(fù)雜，要求技術(shù)人員具有很高的知識(shí)基礎(chǔ)，并且儀器非常昂貴，目前還沒(méi)有普及超聲領(lǐng)域【15】。超聲相控陣技術(shù)具有常規(guī)超聲不具備的優(yōu)勢(shì)，例如實(shí)現(xiàn)聲束多角度掃描，以及實(shí)現(xiàn)了聲束動(dòng)態(tài)聚焦，靈敏度較高，檢測(cè)速度較常規(guī)超聲有很大提高，超聲相控陣技術(shù)的扇掃，B掃，A掃結(jié)合定量的特點(diǎn)

7、，可大大提高對(duì)缺陷進(jìn)行定量時(shí)的準(zhǔn)確性，提高檢測(cè)效率和檢測(cè)的準(zhǔn)確性。對(duì)于受空間限制，結(jié)果比較復(fù)雜常規(guī)超聲無(wú)法檢測(cè)的區(qū)域，超聲相控陣技術(shù)動(dòng)態(tài)聚焦技術(shù)可實(shí)現(xiàn)有效檢測(cè)?？偨Y(jié)以上特點(diǎn)決定相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)將會(huì)在檢測(cè)領(lǐng)域有更好的發(fā)展II6

8、。超聲相控陣技術(shù)不僅和常規(guī)超聲相比具有明顯優(yōu)勢(shì)，和常規(guī)射線相比也具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：超聲相控陣技術(shù)不存在環(huán)境污染的情況，對(duì)人體無(wú)害；更無(wú)需像射線檢測(cè)一樣需要加查作業(yè)，可大大縮短工期【l7。。1．3課題研究的意義目前，我國(guó)在超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)上的研究與應(yīng)用還主要集中在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，相控陣技術(shù)在工業(yè)上的研究還需要研究和提高。隨著集成

9、電路的飛速發(fā)展，為我2萬(wàn)方數(shù)據(jù)第一章緒論們對(duì)超聲相控陣的深入研究創(chuàng)造了外部條件。目前超聲相控陣檢測(cè)在工業(yè)中應(yīng)用并不廣泛，對(duì)于小徑管座角焊縫的相控陣檢測(cè)