【摘要】：管道在各個(gè)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用,而焊接是管道鋪設(shè)應(yīng)用的基礎(chǔ)工藝。因此,在管道中勢(shì)必存在大量的焊縫。然而,焊縫是整個(gè)管道系統(tǒng)性能最為薄弱的環(huán)節(jié),其質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行,因而必須對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)價(jià)。目前,盡管無損檢測(cè)方法很多,但超聲無損檢測(cè)技術(shù)因其攜帶信息豐富、穿透能力強(qiáng)、分辨率高、對(duì)人體無害和易與信息技術(shù)相結(jié)合等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為焊縫無損檢測(cè)的重要手段。但隨著管道應(yīng)用的日益增長,加之管道"上天入地"式的鋪設(shè)方式,傳統(tǒng)手工檢測(cè)方法無論是檢測(cè)效率,還是檢測(cè)的可達(dá)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(píng)價(jià)的興起,焊縫對(duì)定量超聲無損檢測(cè)方法具有強(qiáng)烈的需求,而考慮到焊縫的具體特點(diǎn),分區(qū)檢測(cè)應(yīng)該是焊縫定量超聲無損檢測(cè)的有效手段,但由于傳統(tǒng)采用多探頭實(shí)施的分區(qū)檢測(cè)方法,其無論是在應(yīng)用適應(yīng)能力,還是在檢測(cè)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(xué)基金項(xiàng)目"圓柱類部件高性能自動(dòng)化相控陣超聲成像檢測(cè)理論與技術(shù)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(cè)系統(tǒng)的研發(fā)。在系統(tǒng)了解管道焊縫分區(qū)檢測(cè)和相控陣超聲成像機(jī)理以及相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上,建立相控陣超聲成像理論基礎(chǔ),確定管道焊縫相控陣超聲分區(qū)檢測(cè)系統(tǒng)總體方案,完成面向高分辨率分區(qū)檢測(cè)的相控陣聲束合成與控制、'焊縫多模式超聲成像及其結(jié)果表征等關(guān)鍵技術(shù)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(cè)系統(tǒng),為管道環(huán)形焊縫的定量超聲無損檢測(cè)奠定必要的技術(shù)基礎(chǔ)。本文主要的研究內(nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)在于：:第一章,論述管道物料輸運(yùn)的意義及開展環(huán)形焊縫無損檢測(cè)的重要性,系統(tǒng)總結(jié)管道無損檢測(cè)相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì),分析管道環(huán)形焊縫超聲無損檢測(cè)所面臨的問題,明確以基于相控陣超聲的焊縫分區(qū)檢測(cè)為本文的研究目標(biāo),并推進(jìn)其向定量化和自動(dòng)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(dòng)方程及點(diǎn)源的聲場(chǎng)分布,在采用瑞利積分推導(dǎo)單個(gè)矩形活塞式陣元聲場(chǎng)理論表達(dá)式的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)相控陣活塞式超聲換能器的波束合成與控制。同時(shí),完成基于相控陣超聲的管道環(huán)形焊縫分區(qū)檢測(cè)系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì),并進(jìn)行功能模塊的劃分,明確有待解決的關(guān)鍵技術(shù)。第三章,開展相控陣超聲分區(qū)檢測(cè)聲場(chǎng)理論研究。利用角譜法分別實(shí)現(xiàn)均勻介質(zhì)內(nèi)及疊層介質(zhì)內(nèi)相控陣超聲聚焦聲場(chǎng)的理論計(jì)算,并明確不同相控陣換能器幾何參數(shù)對(duì)聚焦聲場(chǎng)的影響。同時(shí),以焊縫各分區(qū)區(qū)域內(nèi)聲場(chǎng)聚焦位置為起始點(diǎn),根據(jù)管道壁厚及焊縫與相控陣換能器之間的相對(duì)位置,利用費(fèi)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(cè)聲場(chǎng)的聚焦法則,實(shí)現(xiàn)檢測(cè)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(cè)成像的研究。在實(shí)現(xiàn)機(jī)械掃查運(yùn)動(dòng)和探頭耦合水控制的基礎(chǔ)上,將雙門帶狀圖、B掃查成像和TOFD成像有機(jī)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)焊縫復(fù)合式超聲成像,其中雙門帶狀圖表征各個(gè)分區(qū)內(nèi)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(cè)焊縫中心區(qū)域的小型缺陷,從而達(dá)到全面、準(zhǔn)確和定量表征焊縫缺陷的目的。第五章,采用分布式體系結(jié)構(gòu)、模塊化設(shè)計(jì)策略,以多模式通訊總線為信息傳輸橋梁,在重點(diǎn)研發(fā)掃查機(jī)構(gòu)、基于CAN總線的運(yùn)動(dòng)測(cè)控模塊和基于PXI總線的相控陣超聲檢測(cè)板卡等關(guān)鍵硬件及相關(guān)軟件模塊的基礎(chǔ)上,研發(fā)了一套基于相控陣超聲的焊縫全自動(dòng)分區(qū)檢測(cè)系統(tǒng)。同時(shí),利用研發(fā)的系統(tǒng)對(duì)人工試塊開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究,以證實(shí)論文研發(fā)技術(shù)的可行性和有效性。第六章,對(duì)本文的研究工作進(jìn)行回顧和總結(jié),對(duì)下一步的研究工作進(jìn)行展望。
【圖文】：

圖１．１我國油

規(guī)苑（海上自動(dòng)超聲檢測(cè)規(guī)范）也采用了分區(qū)檢測(cè)技術(shù)，并加入了自動(dòng)化超聲無損檢逡逑測(cè)的概念ｔＷ。商業(yè)的管道焊縫分區(qū)檢測(cè)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(chǎn)的ＰｉｐｅＷｉｚａｒｄ全自動(dòng)超聲相控陣檢測(cè)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(nèi)，管道焊縫分區(qū)檢測(cè)技術(shù)起步較晚，，目前逡逑仍處于發(fā)展階段，天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、中北大學(xué)和一些其它研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始逡逑了焊縫全自動(dòng)分區(qū)檢測(cè)技術(shù)的研究，并取得了初步的成果。天津大學(xué)的陳世利等通過逡逑對(duì)相控陣聲場(chǎng)的建模與仿真，得出了相控陣探頭陣列的參數(shù)對(duì)聚焦聲宋指向性的影響逡逑ｔ４２３，為分區(qū)檢測(cè)提供了理論基礎(chǔ)。上海電＾自動(dòng)化設(shè)計(jì)研究所的張晚黎和陳冰設(shè)計(jì)了逡逑一種大口徑管道環(huán)焊縫相控陣超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，通過電子的方式實(shí)現(xiàn)了相控陣探頭逡逑的移位、動(dòng)態(tài)偏轉(zhuǎn)和聚焦１４３３，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了分區(qū)檢測(cè)。但是，國內(nèi)目前仍然沒有成熟的逡逑全自動(dòng)管道焊縫檢測(cè)儀器。逡逑ＳＵＲＦＡＣＥ邋ＷＡＶ巨Ｓ。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG441.7

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本文編號(hào)：2576697