本文關(guān)鍵詞：環(huán)形焊縫自動化在線超聲TOFD成像檢測技術(shù)的研究

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【摘要】：管道被譽為是現(xiàn)代工業(yè)和人類生活的大動脈,而環(huán)形焊接是管道應(yīng)用的基礎(chǔ),對保衛(wèi)國家能源安全,保障經(jīng)濟建設(shè)和居民生活具有巨大影響。焊縫作為管道最脆弱的部分,是決定管線建成后安全、有效和穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素,因此對無損檢測技術(shù)有強烈的需求。在眾多的無損檢測技術(shù)中,超聲衍射時差(Time of Flight Diffraction, TOFD)成像檢測技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展,具有突出的技術(shù)優(yōu)勢,成為了焊縫質(zhì)量評價的重要手段,采用人工方式實施的技術(shù)已經(jīng)成熟并得到了廣泛應(yīng)用。但是,隨著管道應(yīng)用的規(guī)�；�、尺寸的大型化以及鋪設(shè)的高空化或地下化,使得環(huán)形焊縫檢測工作量巨大,任務(wù)更為艱巨和危險,人工檢測技術(shù)已日益表現(xiàn)出難以滿足這種發(fā)展需求,必須發(fā)展自動化超聲TOFD成像檢測技術(shù)。為此,本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目“基于旋轉(zhuǎn)聲場的高性能自動化在線超聲無損檢測理論與實踐研究”(NO.51175465),提出開展環(huán)形焊縫自動化在線超聲TOFD成像檢測技術(shù)的研究。根據(jù)環(huán)形焊縫自動化在線超聲TOFD檢測的特點,在建立基于水膜耦合的超聲TOFD檢測模型的基礎(chǔ)上,發(fā)展一種提高超聲TOFD檢測信號時間分辨率的方法,精確檢測水膜耦合環(huán)境下超聲TOFD檢測信號的波達(dá)時間,并結(jié)合圖像處理以及拉直與校正處理等技術(shù)手段,完成高質(zhì)量的環(huán)形焊縫超聲TOFD B和D掃描自動化成像,進(jìn)而實現(xiàn)焊縫缺陷的定量檢測。同時,成功研發(fā)了一套環(huán)形焊縫自動化在線超聲TOFD成像檢測系統(tǒng),達(dá)到焊縫在線質(zhì)量監(jiān)控與評價的實用化水平。具體研究工作包括：第一章,論述管道運輸對國民經(jīng)濟和人類生活的巨大影響以及開展環(huán)形焊縫自動化在線超聲TOFD成像檢測的重要意義。系統(tǒng)分析超聲TOFD成像檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢,并結(jié)合自動化檢測的特點,明確環(huán)形焊縫自動化在線超聲TOFD成像檢測所要解決的問題,為本文的研究指明方向。第二章,在明確超聲TOFD成像檢測原理的基礎(chǔ)上,分析相關(guān)超聲TOFD檢測信號的特性以及超聲TOFD探頭的聲束覆蓋范圍和頻率分布,并提出環(huán)形焊縫自動化在線超聲TOFD成像檢測系統(tǒng)的功能目標(biāo),完成其總體方案的設(shè)計,明確有待解決的關(guān)鍵技術(shù)。第三章,根據(jù)自動化在線檢測的特點,在建立基于水膜耦合的超聲TOFD檢測理論模型的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)相關(guān)檢測信號波達(dá)時間和缺陷定量的計算方法,并發(fā)展了一種基于裂譜子帶分解與SpaRSA算法的反卷積稀疏化技術(shù),提高超聲TOFD檢測信號的時間分辨率,從而精確確定水膜耦合環(huán)境下超聲TOFD檢測信號的波達(dá)時間,為實現(xiàn)環(huán)形焊縫自動化在線超聲TOFD成像檢測奠定必要的技術(shù)基礎(chǔ)。第四章,完成環(huán)形焊縫超聲TOFD的B和D掃描自動化成像,實現(xiàn)對成像結(jié)果的拉直與校正處理,并進(jìn)一步采用幅度變跡合成孔徑聚焦技術(shù)和反卷積稀疏化技術(shù)分別改善圖像橫向和縱向分辨率,達(dá)到友好表征超聲TOFD成像結(jié)果的目的。第五章,基于分布式體系結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計策略,采用便攜式計算機作為上位機及ARM+FPGA為現(xiàn)場中心測控單元,在完成硬件部分、軟件部分和機械掃查裝置等關(guān)鍵模塊開發(fā)的基礎(chǔ)上,成功研發(fā)了一套環(huán)形焊縫自動化在線超聲TOFD成像檢測系統(tǒng)。同時,還利用該系統(tǒng)對實際鋼管的環(huán)形焊縫進(jìn)行檢測應(yīng)用,以驗證所研發(fā)系統(tǒng)和技術(shù)的性能。第六章,對全文的研究工作進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié),展望未來開展深入研究的方向。
【關(guān)鍵詞】：環(huán)形焊縫 超聲TOFD成像 自動化檢測 水膜耦合 反卷積稀疏化 圖像分辨率
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG441.7
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-32
• 1.1 本文的研究背景與意義13-18
• 1.1.1 環(huán)形焊接是管道應(yīng)用的基礎(chǔ),對國民經(jīng)濟產(chǎn)生巨大的影響13-14
• 1.1.2 焊縫是管道中最脆弱的部位,對無損檢測技術(shù)需求強烈14-16
• 1.1.3 超聲TOFD成像檢測技術(shù)優(yōu)勢明顯,正向自動化方向邁進(jìn)16-18
• 1.2 超聲TOFD成像檢測相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢18-27
• 1.2.1 檢測機理日益明晰,檢測方法不斷涌現(xiàn)18-22
• 1.2.2 檢測標(biāo)準(zhǔn)日趨完善,應(yīng)用范圍不斷擴大22-23
• 1.2.3 信息技術(shù)廣泛應(yīng)用,技術(shù)性能大幅提高23-25
• 1.2.4 人工檢測業(yè)已成熟,自動檢測正在興起25-27
• 1.3 自動化超聲TOFD成像檢測是環(huán)焊縫在線質(zhì)量監(jiān)控的有效手段27-28
• 1.4 本文的研究內(nèi)容及其章節(jié)安排28-32
• 第二章 環(huán)形焊縫超聲TOFD成像檢測原理及其系統(tǒng)總體方案32-43
• 本章摘要32
• 2.1 引言32
• 2.2 環(huán)形焊縫超聲TOFD成像檢測原理32-38
• 2.2.1 超聲TOFD檢測原理及其相關(guān)信號的特性分析32-34
• 2.2.2 環(huán)形焊縫超聲TOFD成像技術(shù)34-35
• 2.2.3 超聲TOFD探頭聲束覆蓋范圍和頻率分量的計算35-38
• 2.3 環(huán)形焊縫自動化在線超聲TOFD成像檢測系統(tǒng)的總體方案38-42
• 2.3.1 功能目標(biāo)38-39
• 2.3.2 總體方案39-42
• 2.3.3 有待解決的關(guān)鍵技術(shù)42
• 2.4 本章小結(jié)42-43
• 第三章 基于水膜耦合的超聲TOFD信號波達(dá)時間檢測技術(shù)43-58
• 本章摘要43
• 3.1 引言43-44
• 3.2 基于水膜耦合的超聲TOFD檢測理論模型44-47
• 3.2.1 信號波達(dá)時間和缺陷定量計算方法44-46
• 3.2.2 精度影響因素的分析46-47
• 3.3 超聲TOFD檢測信號時間分辨率的改善方法47-54
• 3.3.1 基于SPARSA算法的反卷積稀疏化技術(shù)48-50
• 3.3.2 超聲TOFD信號的子帶分解及反卷積參考信號的選取50-52
• 3.3.3 超聲TOFD檢測信號稀疏化的實現(xiàn)52-54
• 3.4 實驗研究54-57
• 3.5 本章小結(jié)57-58
• 第四章 環(huán)形焊縫超聲TOFD成像檢測技術(shù)58-72
• 本章摘要58
• 4.1 引言58-59
• 4.2 環(huán)形焊縫超聲TOFD成像技術(shù)59-60
• 4.3 環(huán)形焊縫超聲TOFD圖像處理技術(shù)60-70
• 4.3.1 直通波拉直處理60-61
• 4.3.2 圖像厚度校正處理61-63
• 4.3.3 圖像分辨率的改善方法63-70
• 4.4 本章小結(jié)70-72
• 第五章 環(huán)形焊縫自動化在線超聲TOFD成像檢測系統(tǒng)72-91
• 本章摘要72
• 5.1 引言72
• 5.2 系統(tǒng)研發(fā)72-88
• 5.2.1 關(guān)鍵功能模塊的開發(fā)73-87
• 5.2.2 系統(tǒng)集成87-88
• 5.3 實驗研究88-90
• 5.4 本章小結(jié)90-91
• 第六章 總結(jié)與展望91-94
• 6.1 結(jié)論91-92
• 6.2 展望92-94
• 參考文獻(xiàn)94-100

【參考文獻(xiàn)】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 遲大釗;基于超聲TOFD法的焊縫缺陷表征研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

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本文編號：1001228