奥氏体不锈钢深厚焊缝缺陷超声相控阵检测技术

摘要

深厚离心铸造奥氏体不锈钢(Centrifugally Cast Austenitic Stainless Steel, CCASS)在当今核电及某些化工领域内有着广泛的应用,该类焊缝组织不均,较为粗大,具有明显的各向异性,其传统检测程序繁琐、速度慢、周期长、检测效果差,很难满足现代工业快速发展对无损检测的需求。研究采用合适的方法完成对CCASS焊缝缺陷的检测仍然是一个世界性的难题。
　　随着近些年超声相控阵技术的快速发展,采用具有检测可靠性高,检测分辨力好,检测速度快、检测效率高等优点的超声相控阵技术实现对CCASS焊缝缺陷检测的研究已经在世界范围内广泛的展开。目前相关学者在超声相控阵后处理算法方面的研究很多,但在成像算法方面,国内外研究较少涉及,也很少有将成像算法应用在现有的超声相控阵检测仪的研究报道。
　　本文立足于先进的超声相控阵技术,将声纳及雷达领域应用比较成熟的时间反转算法(Time Reversal,TR)和时间反转算子分解法(Decomposition Of The Time Reversal Operator,DORT)引入到深厚CCASS焊缝的超声相控阵检测的课题中。本文主要的工作和创新点如下。
　　(1)通过对波动方程的研究,基于Matlab软件建立超声相控阵探头辐射声场可视化仿真模型,并仿真验证超声相控阵探头各重要参数(2 MHz-5 MHz频率、8-24阵元数等)对探头辐射声场的影响。
　　(2)通过使用不同频率(2 MHz-5 MHz)的横波与纵波对定制奥氏体不锈钢深厚焊缝试块(高70-90 mm,缺陷最大深度50 mm,人工贯穿孔缺陷直径2 mm)的超声相控阵检测,验证实验室现有超声相控阵检测仪(OMNISCAN MX2)检测奥氏体不锈钢深厚焊缝缺陷的性能。结果表明低频纵波斜探头对CCASS焊缝缺陷的检测效果,比其他类型探头检测信噪比高大约5-10 dB。
　　(3)引进在声纳及雷达领域应用比较成熟的TR算法和DORT算法到本课题中,详细介绍上述算法的原理及实现过程,并在建立的超声相控阵探头辐射声场可视化仿真模型中仿真及验证TR算法、DORT算法的特性,证明TR算法可以有效的将超声能量聚焦到工件中最大的一个缺陷上,而 DORT算法可以检测工件中存在的多个缺陷并有较好的表现;本文中使用改进型 DORT算法弥补DORT算法不能直接在现有超声相控阵检测仪使用的缺点,并对该算法的特性进行了仿真及说明。
　　(4)在实验室现有超声相控阵检测仪( OMNISCAN MX2,OMNI-M-PA16128)中应用TR算法和改进型DORT算法。实验证明TR算法和改进型DORT算法都可以有效改善探头的聚焦效果,但改进型DORT算法的聚焦效果相对TR算法较差,仍需要进一步的改进。

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表清单

1绪论

1.1 课题研究目的及意义

1.2 国内外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超声相控阵检测技术基本理论及可视化仿真

2.1 超声相控阵的基本概念

2.2 超声声场波动方程可视化仿真

2.3 超声相控阵探头辐射声场的可视化仿真

2.4 本章小结

3 CCASS组织结构对超声相控阵检测的影响

3.1 引言

3.2 CCASS组织结构特点

3.3 CCASS母材超声相控阵检测结果及分析

3.4 深厚CCASS焊缝相控阵检测结果及分析

3.5 本章小结

4 CCASS焊缝缺陷超声相控阵检测成像算法仿真及实现

4.1 引言

4.2 时间反转法（TR）

4.3 时间反转算子分解法（DORT）

4.4 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