【摘要】：管道在各個領域具有廣泛應用,而焊接是管道鋪設應用的基礎工藝。因此,在管道中勢必存在大量的焊縫。然而,焊縫是整個管道系統(tǒng)性能最為薄弱的環(huán)節(jié),其質量直接關系到整個系統(tǒng)的安全運行,因而必須對其進行質量檢測和評價。目前,盡管無損檢測方法很多,但超聲無損檢測技術因其攜帶信息豐富、穿透能力強、分辨率高、對人體無害和易與信息技術相結合等優(yōu)點,已經成為焊縫無損檢測的重要手段。但隨著管道應用的日益增長,加之管道"上天入地"式的鋪設方式,傳統(tǒng)手工檢測方法無論是檢測效率,還是檢測的可達性,都難以滿足目前管道的發(fā)展需求;另一方面,隨著超聲無損評價的興起,焊縫對定量超聲無損檢測方法具有強烈的需求,而考慮到焊縫的具體特點,分區(qū)檢測應該是焊縫定量超聲無損檢測的有效手段,但由于傳統(tǒng)采用多探頭實施的分區(qū)檢測方法,其無論是在應用適應能力,還是在檢測性能方面,都面臨諸多挑戰(zhàn)。基于以上背景,本論文在國家自然科學基金項目"圓柱類部件高性能自動化相控陣超聲成像檢測理論與技術的研究"(No.51675480)資助下,提出開展基于相控陣超聲的管道焊縫分區(qū)檢測系統(tǒng)的研發(fā)。在系統(tǒng)了解管道焊縫分區(qū)檢測和相控陣超聲成像機理以及相關技術研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢的基礎上,建立相控陣超聲成像理論基礎,確定管道焊縫相控陣超聲分區(qū)檢測系統(tǒng)總體方案,完成面向高分辨率分區(qū)檢測的相控陣聲束合成與控制、'焊縫多模式超聲成像及其結果表征等關鍵技術的研究,研發(fā)出一套基于相控陣超聲的管道焊縫分區(qū)檢測系統(tǒng),為管道環(huán)形焊縫的定量超聲無損檢測奠定必要的技術基礎。本文主要的研究內容與創(chuàng)新點在于：:第一章,論述管道物料輸運的意義及開展環(huán)形焊縫無損檢測的重要性,系統(tǒng)總結管道無損檢測相關技術的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢,分析管道環(huán)形焊縫超聲無損檢測所面臨的問題,明確以基于相控陣超聲的焊縫分區(qū)檢測為本文的研究目標,并推進其向定量化和自動化方向發(fā)展,為后續(xù)的研究指明方向。第二章,根據(jù)波動方程及點源的聲場分布,在采用瑞利積分推導單個矩形活塞式陣元聲場理論表達式的基礎上,實現(xiàn)相控陣活塞式超聲換能器的波束合成與控制。同時,完成基于相控陣超聲的管道環(huán)形焊縫分區(qū)檢測系統(tǒng)總體方案的設計,并進行功能模塊的劃分,明確有待解決的關鍵技術。第三章,開展相控陣超聲分區(qū)檢測聲場理論研究。利用角譜法分別實現(xiàn)均勻介質內及疊層介質內相控陣超聲聚焦聲場的理論計算,并明確不同相控陣換能器幾何參數(shù)對聚焦聲場的影響。同時,以焊縫各分區(qū)區(qū)域內聲場聚焦位置為起始點,根據(jù)管道壁厚及焊縫與相控陣換能器之間的相對位置,利用費馬定理反演確定相控陣換能器中參與發(fā)射和接收的陣元序列,從而建立焊縫分區(qū)檢測聲場的聚焦法則,實現(xiàn)檢測波束的合成與控制。第四章,開展管道環(huán)形焊縫相控陣超聲分區(qū)檢測成像的研究。在實現(xiàn)機械掃查運動和探頭耦合水控制的基礎上,將雙門帶狀圖、B掃查成像和TOFD成像有機結合,實現(xiàn)焊縫復合式超聲成像,其中雙門帶狀圖表征各個分區(qū)內回波的位置和幅值,B掃查成像表征焊縫橫截面缺陷的分布情況,而TOFD成像主要用于凸顯檢測焊縫中心區(qū)域的小型缺陷,從而達到全面、準確和定量表征焊縫缺陷的目的。第五章,采用分布式體系結構、模塊化設計策略,以多模式通訊總線為信息傳輸橋梁,在重點研發(fā)掃查機構、基于CAN總線的運動測控模塊和基于PXI總線的相控陣超聲檢測板卡等關鍵硬件及相關軟件模塊的基礎上,研發(fā)了一套基于相控陣超聲的焊縫全自動分區(qū)檢測系統(tǒng)。同時,利用研發(fā)的系統(tǒng)對人工試塊開展相關實驗研究,以證實論文研發(fā)技術的可行性和有效性。第六章,對本文的研究工作進行回顧和總結,對下一步的研究工作進行展望。
【圖文】：

圖１．１我國油

規(guī)苑（海上自動超聲檢測規(guī)范）也采用了分區(qū)檢測技術，并加入了自動化超聲無損檢逡逑測的概念ｔＷ。商業(yè)的管道焊縫分區(qū)檢測儀基本被國外么司所壟斷，其中比較著名的是逡逑Ｒ／Ｄ邋（后來被奧林巴斯收購）生產的ＰｉｐｅＷｉｚａｒｄ全自動超聲相控陣檢測儀，圖１．２所逡逑示為該儀器分區(qū)掃查的原理示意圖。在國內，管道焊縫分區(qū)檢測技術起步較晚，，目前逡逑仍處于發(fā)展階段，天津大學、上海交通大學、中北大學和一些其它研究機構已經開始逡逑了焊縫全自動分區(qū)檢測技術的研究，并取得了初步的成果。天津大學的陳世利等通過逡逑對相控陣聲場的建模與仿真，得出了相控陣探頭陣列的參數(shù)對聚焦聲宋指向性的影響逡逑ｔ４２３，為分區(qū)檢測提供了理論基礎。上海電＾自動化設計研究所的張晚黎和陳冰設計了逡逑一種大口徑管道環(huán)焊縫相控陣超聲自動檢測系統(tǒng)，通過電子的方式實現(xiàn)了相控陣探頭逡逑的移位、動態(tài)偏轉和聚焦１４３３，進而實現(xiàn)了分區(qū)檢測。但是，國內目前仍然沒有成熟的逡逑全自動管道焊縫檢測儀器。逡逑ＳＵＲＦＡＣＥ邋ＷＡＶ巨Ｓ。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG441.7

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本文編號：2576697