基于超声模型的奥氏体不锈钢焊缝无损评价研究

摘要

本文的主旨是发展建立有效的模型方法，来深入研究各向异性焊缝中的超声束传播行为，为使用先进的超声检测方法评价这类复杂媒质提供的有益指导。具体研究内容和取得的成果如下：
　　将多高斯声束模型应用到双晶换能器检测系统，并结合基尔霍夫近似方法和分离变量方法获得的标准缺陷体远场散射模型，建立了适合于双晶换能器检测系统的超声测量模型，用于预测平底孔和横通孔反射体的回波响应，并与相应的实验测量结果进行了详细的对比分析，验证了理论模型方法的准确性。
　　针对近轴近似多高斯声束模型难以准确计算离轴区域声场的问题，推导并提出了一个非近轴近似多高斯声束模型，用于计算相控阵换能器辐射的偏转聚焦声场，并与瑞利积分、近轴近似方法及远场近似方法计算结果进行了比较分析。进一步，基于非近轴近似声场模型，我们发展了一个完全的相控阵系统测量模型，用于预测相控线阵换能器接收到的横通孔缺陷回波信号，并与实验测量结果进行对比，以验证该测量模型的准确性。最后，利用超声测量模型这一有力工具，分析并揭示了线性相控阵系统的聚焦能力随着声束偏转角度变化的原因。
　　应用多高斯声束模型研究了圆管奥氏体不锈钢堆焊结构中的声场分布特征，主要考虑了圆管表面曲率和各向异性堆焊层对入射超声波声束的聚焦/散焦、偏转传播等影响。在此基础上，建立了相应的超声测量模型用于预测各向异性堆焊层下的横通孔缺陷回波信号，并与实验测量结果进行了对比，验证了该理论模型的准确性。
　　针对不均匀、各向异性镍基合金焊缝结构，利用声线模型研究了其中声束偏转、分离和曲线传播等复杂现象，并与实验结果进行了对比分析，两者吻合较好。之后，针对由声束偏转而带来的缺陷定位偏差问题，应用声线模型来定位焊缝中缺陷，相应的实验结果有效地验证了声线模型定位的准确性。进一步，研究了相控阵换能器在镍基合金焊缝中的聚焦行为，指出了聚焦声束在各向异性焊缝中的焦点偏移现象，并通过将声线模型与二分搜索法相结合来计算在指定位置聚焦的声线和相应传播时间，进而确定各向异性焊缝中合理的聚焦延迟法则。最后，通过线阵换能器对焊缝区横通孔反射体的聚焦实验来证明该聚焦法则的有效性。

目录

基于超声模型的奥氏体 不锈钢焊缝无损评价研究

STUDY ON NONDESTRUCTIVE EVALUATION OF AUSTENITIC STAINLESS STEEL WELDS BASED ON ULTRASONIC MODELING

摘 要

Abstract

物理量名称及符号表

目 录

第一章绪论

1.1课题背景和意义

1.2焊接缺陷的超声识别与定量研究

1.3超声波模拟和仿真的研究方法及应用现状

1.4本课题的主要研究内容

第二章双晶换能器的超声测量模型

2.1引言

2.2双晶换能器的结构特点

2.3理论方法

2.4模型预测结果及实验验证

2.5本章小结

第三章相控阵换能器辐射声场计算及超声测量模型

3.1引言

3.2基于非近轴近似多高斯模型的相控阵换能器声场计算

3.3声场计算结果分析与比较

3.4一个完全的线性相控阵系统测量模型

3.5横通孔反射体回波信号预测和实验验证

3.6相控阵系统的角度敏感性

3.7本章小节

第四章奥氏体不锈钢堆焊结构中的超声测量模型

4.1引言

4.2奥氏体不锈钢堆焊层结构及其弹性特点

4.3超声波在各向异性媒质中传播理论

4.4各向异性媒质中的辐射声场计算

4.5曲面堆焊结构中的横通孔回波预测及实验验证

4.6本章小结

第五章不锈钢焊接接头中的超声传播模拟与实验

5.1引言

5.2试件焊缝中的晶粒取向描述

5.3声线模型

5.4异种钢接头中的纵波传播路径计算和实验测量

5.5应用声线模型对焊缝中缺陷进行定位

5.6研究相控阵换能器在各向异性焊缝中的聚焦问题

5.7本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

致 谢

个人简历