本文關(guān)鍵詞：對接焊縫的超聲相控陣檢測及三維成像分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：焊接件是通過焊接工藝加工制造而成的結(jié)構(gòu)件,廣泛應用于機械制造、交通運輸、核能電力、航空航天等行業(yè),與傳統(tǒng)鉚接和鑄造工藝相比,有節(jié)省金屬材料、工藝簡單便于操作、生產(chǎn)制造周期短等優(yōu)勢。在焊接過程中由于焊接結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)計、人工操作等因素,焊接件在生產(chǎn)制造中常會伴隨著如裂紋、氣孔、夾渣、未融合、未焊透等焊接缺陷。在焊接件的服役過程中,各種焊接缺陷對焊接件的質(zhì)量有非常大的影響。缺陷的存在破壞了焊接部位材料的聯(lián)系性,大幅降低了材料力學性能和機械強度,極易導致材料的失效破壞,嚴重影響焊接件的服役性能。超聲相控陣檢測技術(shù)作為一種先進的無損檢測新技術(shù),以其動態(tài)聚焦和可變聲束角度等特點在對接焊縫檢測中得到逐步應用。然而傳統(tǒng)超聲相控陣檢測所得二維圖譜存在缺陷的反映不夠直觀,缺陷評判受干擾因素多等特點。為了完整和準確地呈現(xiàn)缺陷形態(tài),分析缺陷特征,本文充分考慮工業(yè)實際情況,將超聲相控陣技術(shù)與三維可視化成像技術(shù)有機結(jié)合,開展針對對接焊縫結(jié)構(gòu)的超聲相控陣三維成像檢測研究。本文首先闡述了超聲相控陣發(fā)射及接收聲束技術(shù)和成像原理,介紹了線性掃查、動態(tài)深度聚焦、扇形掃描三種常見相控陣掃查方式。采用數(shù)學建模的方法建立了線陣列聲場模型,用數(shù)值仿真的方法對聲束偏轉(zhuǎn)和聚焦特性進行研究,通過對陣元長度與間距參數(shù)對聲場的影響研究發(fā)現(xiàn),陣元間距的改變會對柵瓣效應產(chǎn)生很大影響,而陣元長度的變化則更多的是影響旁瓣效應。其次,開展了三維可視化的數(shù)據(jù)構(gòu)成及成像方法的研究,分析了可視化數(shù)據(jù)的離散性、具有規(guī)則或非規(guī)則結(jié)構(gòu)、具有維度三個特點,并列舉了常見的均勻網(wǎng)格,非均勻網(wǎng)格、結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和多邊形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。通過對比面繪制和體繪制技術(shù),選用基于區(qū)域增長技術(shù)的混合繪制法來實現(xiàn)三維缺陷重構(gòu)。在此基礎(chǔ)之上,基于Phascan超聲相控陣平臺的二次開發(fā)模塊搭建掃查成像系統(tǒng),實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸;以Arduino Uno單片機作為掃查架的主控芯片,python接口OpenCV實現(xiàn)數(shù)據(jù)圖像中值濾波、顏色映射和輪廓分割預處理;以MIMICS平臺完成三維重構(gòu),并通過三組含不同對比缺陷(分別反映缺陷深度、直徑、走向等信息)的人工試塊驗證了整個成像系統(tǒng)和成像方法的可行性,且成像具有較高精度。最后,針對對接焊縫試件選取合適參數(shù)陣列探頭,明確規(guī)范了聲速校準、延遲校準、靈敏度校準(ACG修正)以及TCG修正的原理及操作方法,繼而對焊縫進行超聲相控陣三維成像掃描,獲得缺陷斷層二維圖譜及缺陷三維圖像。通過對二維圖譜和三維缺陷的分析,總結(jié)對接焊縫典型缺陷的圖譜特征,并與傳統(tǒng)A掃超聲檢測及射線檢測結(jié)果進行了對比,對比實驗結(jié)果表明所得三維圖像對缺陷的反映直觀、具體、準確。本文的研究方法和結(jié)果可為超聲相控陣三維成像檢測技術(shù)的普及和發(fā)展提供參考。
【關(guān)鍵詞】：對接焊縫缺陷 超聲相控陣技術(shù) 三維成像 一維線陣列 區(qū)域增長技術(shù) 混合繪制法
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG441.7;TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 課題的研究背景10-12
• 1.2 課題的來源和研究意義12-13
• 1.2.1 課題的來源12
• 1.2.2 課題的研究意義12-13
• 1.3 主要研究內(nèi)容及研究路線13-14
• 1.4 本章小結(jié)14-15
• 第2章 超聲相控陣理論及聲場特性研究15-30
• 2.1 引言15
• 2.2 超聲相控陣的原理和特性15-25
• 2.2.1 相控陣檢測工作原理15-16
• 2.2.2 相控陣掃查方式16-18
• 2.2.3 相控陣的聚焦與偏轉(zhuǎn)特性18-25
• 2.3 超聲相控陣的聲場仿真及優(yōu)化25-29
• 2.3.1 相控陣超聲聲場模擬仿真25-28
• 2.3.2 相控陣陣列參數(shù)對聲場的影響及優(yōu)化28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 超聲相控陣三維成像方法研究30-42
• 3.1 引言30
• 3.2 體數(shù)據(jù)三維重構(gòu)原理30-37
• 3.2.1 三維可視化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)30-34
• 3.2.2 三維可視化方法34-37
• 3.3 切片圖像的預處理37-41
• 3.3.1 切片圖像前端圓滑37-38
• 3.3.2 切片圖像后端消噪38-39
• 3.3.3 切片圖像顏色映射39-40
• 3.3.4 切片圖像輪廓分割40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第4章 超聲相控陣三維成像的實現(xiàn)42-54
• 4.1 引言42
• 4.2 相控陣三維成像平臺42-47
• 4.2.1 硬件基礎(chǔ)42-46
• 4.2.2 軟件基礎(chǔ)46-47
• 4.3 超聲相控陣三維成像驗證試塊的制作與成像47-53
• 4.3.1 驗證性試塊的制作47-48
• 4.3.2 驗證性缺陷試塊三維成像48-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 第5章 鋼制構(gòu)件對接焊縫的缺陷檢測及三維成像分析54-69
• 5.1 引言54
• 5.2 相控陣平臺參數(shù)設(shè)置及校準54-59
• 5.2.1 參數(shù)設(shè)置54-55
• 5.2.2 儀器探頭校準55-59
• 5.2.3 編碼器校準59
• 5.3 焊縫超聲相控陣檢測圖譜分析及三維成像分析59-68
• 5.3.1 典型缺陷S掃描圖譜分析60-63
• 5.3.2 典型缺陷三維成像分析63-68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 第6章 總結(jié)與展望69-71
• 6.1 總結(jié)69-70
• 6.2 展望70-71
• 參考文獻71-75
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和參加科研情況75-76
• 致謝76-77
• 附錄77-81

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