钢包耳轴深厚焊缝的相控阵超声检测技术

摘要

钢包在钢铁行业中有着广泛的应用,由于受载严重,钢包耳轴根部焊缝易产生缺陷,导致安全事故。为确保钢包的安全运行,需加强焊缝区域的检测。
　　耳轴根部焊缝区域高度仅28 mm,宽度不足20 mm,相对整个耳轴区域较小,但焊缝位置距检测面150 mm以上,对检测技术的穿透力要求较高,而100 mm以内的检测面宽度则限制了接触式探头的移动范围。相控阵超声检测技术通过控制各阵元的激发延时,可实现大范围的扇形扫描成像,具有较强的穿透力和扫描范围,检测效率较高,可有效的解决钢包耳轴根部焊缝的检测难题。本文基于相控阵超声检测技术声束聚焦与声束偏转的特性,对钢包耳轴根部焊缝展开了研究。本文的具体工作主要包括:
　　(1)基于声场理论和阵列信号处理理论,结合仿真分析,提出采用中心频率5 MHz,16阵元,d?1/2?的相控阵探头解决钢包耳轴根部焊缝的检测问题。
　　(2)通过CIVA软件对钢包耳轴根部焊缝进行了声场计算及缺陷响应仿真,声场计算展示了横波检测与纵波检测时的声场特性,缺陷响应仿真说明了横波检测与纵波检测对焊缝区域两个横通孔缺陷均具有很强的分辨率,误差范围在1 mm以内。
　　(3)采用Omniscan相控阵超声检测仪,对钢包耳轴试块深210 mm-236 mm的焊缝区域进行了检测分析,确定了最优检测参数,其中一次反射横波扇扫和小角度入射纵波扇扫均能获得较好的检测效果,检测信噪比最高可达18 dB。最后,对某炼钢厂100 t钢包耳轴进行了实际检测。
　　(4)针对钢包耳轴实际检测过程中信噪比低的问题,本文采用小波阈值去噪和匹配追踪去噪两种时频去噪方法,对钢包耳轴根部焊缝的A扫描成像进行了处理并比较了两种方法的去噪性能。结果表明:采用Gabor原子构建原子库,进行5层迭代时,匹配追踪去噪对不同信噪比的信号处理都获得了很好的效果,而小波阈值去噪在低信噪比下处理性能较差。以A扫描成像的匹配追踪处理为基础,本文实现了相控阵超声独特的 S扫描成像的匹配追踪去噪应用,与仪器的S成像结果相比,匹配追踪去噪后的S扫描成像质量大大提高。

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表清单

1 绪论

1.1 论文研究背景、目的及意义

1.2 研究现状及发展趋势

1.3 论文研究内容及结构安排

1.4 本章小结

2 钢包耳轴相控阵超声检测理论及仿真分析

2.1 引言

2.2 钢包耳轴检测分析

2.3 相控阵超声检测参数优化

2.4 钢包耳轴根部焊缝声场计算与缺陷响应仿真

2.5 本章小结

3 相控阵超声检测实验与结果分析

3.1 引言

3.2 实验设备简介

3.3 试块及缺陷制作

3.4 试块检测与结果分析

3.5 耳轴焊缝现场检测

3.6 本章小结

4 相控阵超声检测信号后处理及数据分析

4.1 引言

4.2 相控阵超声检测数据提取

4.3 小波阈值去噪参数优化

4.4 检测信号匹配追踪去噪

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

作者简历