奥氏体不锈钢焊缝的相控阵超声检测

由于奥氏体不锈钢焊缝晶粒组织粗大以及结构的各向异性导致超声声束的散射和畸变,其超声检测比较困难。本文分析了奥氏体不锈钢焊缝超声检测特性,在奥氏体不锈钢焊缝试块上进行了常规超声和相控阵超声检测试验。研究结果表明:对于10 mm深焊缝缺陷,相控阵超声检测信噪比可达14 dB,而常规超声技术仅获得6 dB的信噪比,对于30 mm深内部缺陷,均未取得较好的效果。     

高密度聚乙烯管热熔接头的全聚焦成像实验分析

基于全矩阵数据捕获(FMC),利用全聚焦(TFM)成像技术,对高密度聚乙烯(HDPE)试块中不同深度(10～50 mm)的预制横通孔缺陷进行了全聚焦成像实验分析.在MATLAB软件中编写了全聚焦成像算法,并将全聚焦成像效果与超声相控阵扇形扫描成像效果进行比较.研究结果表明:全聚焦超声成像方法对于HDPE试块内部的横通孔缺陷,能够较好地实现缺陷位置的定位.在5 MHz频率探头的条件下,检测深度达到50 mm以上,深度定位误差在2 mm以内.相比于超声相控阵扇扫方法,本文方法的 ?1 mm缺陷最大幅值标准差从16.8 dB降低到了7.5 dB,?2 mm缺陷的最大幅值标准差从21.0 dB降低到了6.2 dB,有2～3倍的提升.     

基于TFM的奥氏体不锈钢成像算法检测

以奥氏体不锈钢为研究对象,针对现有超声相控阵技术,用仿真软件建立了大小为50 mm×50 mm的声源平面.在声源平面上建立了超声相控阵声场的可视化仿真模型,仿真了中心频率为5 MHz,阵元数为16的线性阵列换能器,按照TFM算法要求的规则采集回波信号并成像,并与现有超声相控阵成像结果进行系统地比较,发现TFM可以更准确地获得缺陷的位置信息,将TFM应用于超声相控阵检测,可以获得较好的缺陷检测效果.     

聚乙烯管热熔接头超声相控阵检测及检出率定量分析

基于超声相控阵技术,通过改变探头的频率(2. 25 MHz、5. 00 MHz),对定制的聚乙烯试块中不同深度(10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、30 mm、35 mm、40 mm)、直径分别为1 mm和2 mm的横通孔缺陷进行检测和分析,并利用超声相控阵技术进行了检出率定量分析。研究结果表明:采用较低频率的探头,对较大的缺陷能取得更好的检测结果。在95%的置信区间下限,90%缺陷检出率时,2. 25 MHz探头和5. 00 MHz探头能检测到直径为1 mm的横通孔缺陷深度分别为26. 21 mm和14. 98 mm。     

用于管道焊缝检测的激光超声系统

针对石油管道焊缝检测中被测样品粗糙,作业环境恶劣等问题,基于光折变晶体内双波混合干涉原理,研制了高频激光超声测振仪,结合激光超声的激励技术,设计了一种可用于检测石油管道表面及内部焊缝缺陷的激光超声检测系统.利用该系统分别对缺陷在表面和内部的管道焊缝试块进行了超声激励和检测实验.实验结果表明,该系统能有效地分析出被测样品表面以及内部缺陷的位置以及相应深度,检测分辨率达到0.01 mm,缺陷位置检测误差控制在2%以内.该检测系统结构紧凑可靠,操作简便,开发的高频激光超声测振仪能工作在管道焊缝检测的常见作业环境(70~75 d B低频环境噪声),具有一定的适用性.     

碳纤维复合材料分层缺陷的超声相控阵检测方法

碳纤维复合材料(CFRP)具有相对密度小、比强度和比模量大等优点,被广泛应用于航空航天、汽车等领域。碳纤维复合材料在生产和服役过程中容易产生分层缺陷,将严重影响其力学性能。鉴于此,开展了碳纤维复合材料分层缺陷的超声相控阵检测方法研究。首先,利用超声相控阵检测仪器测量了不同大小和位置的分层缺陷超声A扫描信号;其次,通过设置A扫描信号的闸门,提取闸门内的幅值和深度信息作为表征分层缺陷大小和位置的信号特征;最后,利用提取的幅值和深度信号特征分别构建了分层缺陷的C扫描图像。结果表明,超声相控阵技术对分层缺陷有良好的成像效果,基于深度特征的图像可以准确识别分层缺陷的位置;而基于深度和幅值特征的图像用于识别分层缺陷的轮廓。     

Hilbert-Huang变换在非线性超声无损检测中的应用

为了提高非线性超声无损检测方法对缺陷位置和相对大小的表征能力,该文将H ilbert-Huang变换方法用于非线性超声无损检测信号的处理。粗晶奥氏体不锈钢材料的非线性超声无损检测信号具有非线性、非稳态和低信噪比的特性,H ilbert-Huang变换对此类信号的特征提取具有独特的优势。实验结果表明:通过H ilbert-Huang变换的瞬时频率能够确定缺陷位置,瞬时幅度可表征缺陷的相对大小;该方法达到了对0.6mm晶粒平均直径的粗晶奥氏体不锈钢中65 mm深、0.8 mm平底孔的小缺陷检出能力,说明H ilbert-Huang变换有效提高了非线性超声无损检测的缺陷表征能力。     

管道环焊缝相控超声检测系统设计

传统的单探头超声检测精度低、效率差，严重影响了管道环焊缝缺陷检测自动化程度的提高，为此将超声相控阵技术移植到管道环焊缝缺陷检测，设计了一套管道环焊缝缺陷检测系统，给出了检测系统的硬、软件设计．在硬件设计中，通过Matlab编程优化阵列换能器的参数，解决了一系列技术难点．试块和模拟管道的实验结果表明，该系统具有良好的超声发射与接收合成能力，而且对管道焊缝缺陷的检出率和缺陷定位均迭到检测要求，同时也证明了阵列换能器参数优化设计方法的可行性。     

管道小缺陷超声检测传感器阵列电路设计

针对现有的管道缺陷超声阵列检测技术发射声能低、小缺陷检出率低以及电路结构复杂的问题,设计了一种8通道阵列收发电路.发射电路采用单片机控制发射电路产生时序和重复频率均可调的8路高压窄脉冲,实现阵列的激发.接收电路采用数控模拟多路复用器,实现接收电路的分时复用.将该阵列电路用于管道试样检测中,能够检测出直径2mm、高3.6mm的平底孔和长×宽×高为10mm×0.5mm×1.5mm的裂纹,测量壁厚的平均误差达到0.51%,且电路稳定可靠.     

厚板电子束焊缝的超声扇形扫描检测

针对传统超声斜角探伤法检测厚板焊缝宽度受限的问题,采用超声相控阵扇形扫描方法,对55 mm厚TC4电子束焊缝进行检测研究.对相控阵波束在TC4焊缝中的偏转聚焦特性及扇形扫描进行模拟分析,采用扇形扫描与D扫描、A扫描相结合的方法分析缺陷特征,给出缺陷的三维定位.结果表明：扇形扫描角度为30°～70°,采用双面检测的方法可以实现宽度有限的厚板焊缝的检测,扇形扫描图像能够更加直观地显示缺陷.在TC4电子束焊缝中检测出气孔、裂纹、未熔合和未焊透四种缺陷.通过合理设置坐标系,可以实现焊缝缺陷的三维定位,测得缺陷距离换能器楔块前沿的距离、埋藏深度和距离扫查起始位置的水平距离.     

大厚度奥氏体钢焊缝超声检测用纵波斜射双晶探头研制

介绍了垂直深度达１２０ｍｍ的Ｊ型奥氏体钢焊缝超声检测用纵波斜射双晶探头的设计参数和应用实例     

不锈钢管道均匀电磁场内检测探头设计和试验研究

针对传统的均匀电磁场检测探头不适用于管道内检测的不足,设计一种赫姆霍兹线圈式不锈钢管道内检测探头并搭建试验系统。通过有限元软件COMSOL建立轴向裂纹的不锈钢管道均匀电磁场内检测有限元模型,探究不锈钢管道内电磁场的分布和变化规律,提取特征信号B_z和B_r,分析裂纹的长度和深度对特征信号的影响。根据仿真结果和管道内检测的特点,设计赫姆霍兹线圈式管道内检测探头,搭建不锈钢管道内检测试验系统,并进行试验测试。结果表明:管道内表面的裂纹会引起均匀电磁场的扰动;特征信号B_z的畸变量包含裂纹的深度信息,B_r的波峰波谷间距包含裂纹的长度信息;检测系统可以实现不锈钢管道内表面轴向裂纹的全周向扫查。     

裂纹参数对深水海底管道疲劳寿命的影响

分析海底管道在运行期间产生缺陷的类型,并统计了近几年发生的海底管道事故的原因,发现裂纹缺陷的出现是引发这些管道事故的首要原因.裂纹缺陷会引发管道泄漏甚至断裂.针对裂纹缺陷对海底管道疲劳寿命的影响,考虑断裂力学的相关理论,运用ANSYS有限元软件对管道所受的载荷情况、管壁上裂纹的长度、深度等参数进行了敏感性分析,研究了各参数对管道疲劳寿命的影响规律,并得出了管道失效的主要原因.仿真结果表明:载荷区间、裂纹长度、深度变化都会对管道的疲劳寿命产生较大的影响,其中裂纹深度的变化是管道疲劳寿命的主要影响因素.分析结果可以为海洋工程实际提供参考.     

超声导波在管道缺陷成像中的发展与挑战

回顾了超声导波在管道缺陷检测中的发展历程,阐述了管道导波的传播模态,调研了管道缺陷成像技术的研究现状.对超声导波在管道缺陷成像的应用展开了评述,介绍了相控阵成像法、时间反转法、层析成像法、偏移成像法、延迟叠加法,并比较了各种方法的特点与适用范围.最后总结了当前超声导波在管道缺陷成像中面临的机遇与挑战.     

基于BS7910标准的X70钢环焊缝超声相控阵检出埋藏缺陷的安全评定

为降低建设成本,长输管线通常采用高等级管线钢。对于服役约9年的X70钢管道的一道环焊缝,采用超声相控阵检测,检出5处埋藏裂纹缺陷。基于"合于使用"的原则,采用BS7910:2005标准中的2 B级评定方法进行安全评价。评定结果表明,5处埋藏裂纹缺陷均在标准允许范围内,管道可以安全运行。另外,为探索埋藏缺陷承载安全的表征方法,在缺陷对应的管道外表面贴应变花,以测量缺陷管体外表面的应变。应变测试结果表明,该方法能够表征缺陷尺度与承载能力的关系。     

基于自然磁化现象的损伤定量无损检测方法

为了开发对材料裂纹产生前的早期损伤程度进行定量无损检测的新方法,探讨自然磁化机理,以核能设备中常用的常磁性材料——奥氏体不锈钢SUS304为研究对象,通过实验对不同形状和厚度的材料试样进行多次拉伸,测量相应的自然磁化漏磁场磁感应强度和残余应变分布,从而建立了基于自然磁化现象的机械损伤与其磁化漏磁场的定量关系,进而证明了可以通过检测自然磁化漏磁场强度实现对奥氏体不锈钢材料损伤程度的定量检测和评估.基于实验所建立的机械损伤与自然磁化漏磁场的定量关系,结合磁记忆检测方法的优点,提出了一种较为简单但更为全面的对局部缺陷损伤程度进行定量检测的方法.奥氏体不锈钢的自然磁化机理可以初步认为是机械损伤引起的位错堆积导致了奥氏体不锈钢中马氏体含量和位错能的增加,由于材料的各向异性致使在铁磁属性的马氏体组织内产生了自然磁化,从而使材料整体呈现自然磁化特性.     

拉应力作用下含缺陷埋地管道应变与裂纹扩展行为分析

本文基于数值模拟和宽板拉伸实验方法,研究了单点缺陷与双点缺陷对含螺旋焊缝缺陷管道应力应变及裂纹扩展行为。首先基于管材的力学性能和标准等确定缺陷尺寸,然后利用ABAQUS建立含不同参数缺陷的宽板及全尺寸管道模型,通过分析外力下的应力分布特点,验证了管道宽板模型的可靠性；其次采用有限元软件研究不同缺陷长度与深度对管道焊缝处裂纹萌生的规律,结果表明相对长度0.79(实际长度为20mm)和相对深度为45.98(实际深度4mm)的缺陷对裂纹萌生影响较大。最后通过设计3组含焊缝处缺陷管道宽板拉伸实验,结果表明宽板焊缝上、下侧截面点位的应力应变在轴向拉力作用下,均呈现出先缓慢增加后快速上升的趋势,且相对单点缺陷,双点缺陷的相互作用对裂纹的萌生和扩展产生了较大影响。     

油气管道缺陷漏磁检测试验

在油气管道检测中,缺陷的定量分析一直是个难题.通过试验研制了管道漏磁腐蚀检测器,在钢管(273mm,壁厚为14.3mm)上设计了系列缺陷,并采集了缺陷漏磁的相关信号.研究了管道缺陷漏磁信号的分布规律和缺陷的几何尺寸大小之间的关系,结果表明,缺陷漏磁场检测信号的两波谷间距、检测到信号的传感器数和信号峰谷值分别是缺陷长度、宽度和深度量化分析的重要特征量,并由此得出缺陷长、宽、高的计算方法.通过该方法对缺陷的漏磁信号进行量化分析,表明缺陷长度、宽度和深度的平均绝对误差分别为2.4mm、8.3mm和0.8mm.     

锯齿形超声相控阵声场特性

针对空心轴类零件的外表面纵向裂纹,该文提出采用锯齿形超声相控阵换能器进行电子旋转扫查检测的方法。为研究锯齿形超声相控阵探头的聚焦声场特性,首先根据射线声学原理,研究该换能器在圆弧形分界面条件下的延迟法则计算方法;其次采用有限元仿真方法分析该换能器超声声场的聚焦声场特性,结合动态光弹实验方法,对聚焦声场进行观测实验;最后在含有人工缺陷试块中进行检测实验。实验结果表明:通过设计相应的聚焦法则,可以实现电子控制声场周向扫查,在聚焦点附近声场能量增大,在远离聚焦点处声场能量减弱,瞬态观测实验声场聚焦效果与仿真结果相符,检测实验缺陷信号明显,无底波干扰。     

基于GA-BP神经网络的微裂纹漏磁定量识别技术

针对漏磁检测定量识别技术中识别的缺陷尺寸大多为1~10 mm的较大裂纹,与实际自然裂纹相差太大的问题,将基于遗传算法优化的BP神经网络（GA-BP）算法应用到微裂纹缺陷的漏磁定量识别中,使得漏磁检测定量识别缺陷的宽度、深度达到小于0.50 mm的微细裂纹,并通过基于磁偶极子模型的理论计算与漏磁检测实验两种方法构建了微裂纹（0.10~0.30 mm）缺陷样本库.由于在实际检测过程中存在干扰噪声的原因,实验数据的预测结果误差比理论计算数据预测结果明显偏大,最大为16.73%,但预测结果能够基本反映微裂纹缺陷的尺寸大小.