小径薄壁管的超声相控阵检测.doc

1、XX大学 毕业设计（论文）题 目： 小径薄壁管的超声相控阵检测 学 院： 测试与光电工程学院专业名称： 测控技术与仪器班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二Oxx 年 六 月 小径薄壁管的超声相控阵检测 摘要：小径薄壁管是电站锅炉广泛应用的一种材料，随着电力机组不断增多，小径薄壁管的数量也在急剧增加，探伤工作越来越繁重。常规超声波探伤，由于小径薄壁管曲率大，声波耦合困难，其反射面声能损失较大，壁厚薄，探头的前沿长度对检验的影响大，因而，对小径薄壁管对接接头中的危害性缺陷较难判定，管子排列密集等现场工况也影响了常规超声波在小径薄壁管检测中的应用。因此，如何高效准确的检测出小径薄壁管缺陷是保证机组

2、安全运行的关键。本文采用相控阵检测方法对小径薄壁管环焊缝进行焊缝精细扫查，同时利用实时成像原理对焊缝坡口进行设置，还原焊缝真实情况并对检测结果进行3D成像，最后使用配套编码器对焊缝扫查进行数据分析从而对缺陷进行定位定量。根据中国特种设备研究院企业标准本文采用GD-2试块制作DAC曲线并利用半圆试块进行角度增益补偿，以此为基准对小径薄壁管进行焊缝缺陷扫查。同时采用DR成像技术检测方法进行对比实验，发现相控阵检测与之相比具有明显优势，不仅操作简便，且缺陷检出率高，同时在缺陷的定位定量上能够通过实时3D成像等技术较好呈现，为缺陷的定性带来很大的方便。关键词：小径薄壁管，相控阵，实时成像，DR成像Ul

3、trasonic phased array inspection of small diameter thin-wall pipes Abstract: the thin-walled tube is a material widely used in power plant boiler, with the increasing number of power unit, thin-walled tube is increasing dramatically, inspection work is more and more heavy. Conventional ultrasonic te

4、sting, the thin-walled tube with large curvature, the acoustic coupling difficulty, the reflection of energy loss is bigger, the wall thickness, and the front length of the probe influence the test seriously. therefore, It is difficult to determine the path of the thin-walled tube damage defects in

5、pipe butt joint, the pipes intensive layout in the site conditions also affect the conventional ultrasonic in application of thin-walled tube. As a result, how to efficiently and accurately detect the thin-walled tube defects is the key to ensure the safe operation of the unit.In this paper, the det

6、ection method for phased array weld fine scanning for the thin-walled pipe girth weld, and set the seam weld by using the principle of real-time imaging, reduction of the real situation and 3D imaging on the test results, finally used the match encoder of the welds to get the scanning data analyzed

7、and location the defect quantification. According to the Chinese special equipment Research Institute of enterprise standard GD-2 block is used in this paper to production of DAC curve and the semi-circular specimen angle gain compensation, as a benchmark for weld defect scanning for the thin-walled

8、 tube. At the same time using DR imaging technology as the detection methods were compared , found that compared with phased array detection has obvious advantages, not only has the advantages of simple operation, and high defect detection rate, at the same time by real-time 3D imaging technique is

9、better in the location of defects and quantitatively, bring great convenience for the qualitative defect.Keywords: thin-walled tube phased array real- time imaging DR imaging 目 录1 绪论11.1 引言11.2 课题研究背景及意义21.2.1 选题的依据及意义21.2.2 国内外研究现状21.3 课题研究主要内容32 相控阵检测原理及应用42.1 相控阵超声波探伤原理及成像方式42.2 相控阵超声波探伤的应用52.2.1

10、 相控阵超声波小径管探伤的困难52.2.2 相控阵超声波探伤条件的选择52.2.3 小径薄壁管相控阵超声波探伤的应用73 小径薄壁管的检测方法实施83.1 检测目的83.2 检测准备83.3 检测工件103.4 检测步骤113.5 检测工件113.5.1 基本参数设置113.5.2 DAC曲线制作15 3.5.3 角度增益补偿曲线制作16 3.5.4 理论模拟图像设置18 3.5.5 扫查194 检测结果及对比分析224.1 相控阵及DR检测结果224.2 3D图示345 结论及展望355.1 检测结论355.2 工作展望35参考文献36致谢37小径薄壁管的超声相控阵检测1. 绪论至今超声相控

11、阵技术已有近20多年的发展历史。初期主要应用于医疗领域,医学超声成像中用相控阵换能器快速移动声束对被检器官进行成像，而大功率超声利用其可控聚焦特性局部升温热疗治癌,使目标组织升温并减少非目标组织的功率吸收1,2。最初,系统的复杂性、固体中波动传播的复杂性及成本费用高等原因使其在工业无损检测中的应用受限，因此，早期相控阵仪器多用于高端工业，如核工业、管道、航空航天等。近年来，超声相控阵技术以其灵活的声束偏转及聚焦性能越来越引起人们的重视。随着压电复合材料、纳秒级脉冲信号可控制、数据处理分析、软件技术和计算机模拟等高新技术在超声相控阵成像领域中的综合应用，超声相控阵检测技术得以快速发展，逐渐应用于

12、工业无损检测领域3,4。1.1 引言 目前，在役油气管道、小径薄壁管探伤存在以下几个问题：焊缝中裂纹、未融合等面积型缺陷检出率低，检测工序多、工效低、劳动量大，难以保证工程进度。很多小径管在安装过程中，管子密集排列，处于困难位置，给射线探伤带来很大难度。且射线防护难点大,与其它工种不能交叉作业、成本大、材料消耗高。而采用常规超声波探伤或TOFD探伤，由于小径管曲率大，声波耦合困难，其反射面声能损失较大，壁厚薄，探头的前沿长度对检验的影响大，因而，对小径管对接接头中的危害性缺陷较难判定，且管子排列密集等现场工况也影响了常规超声波在小径管检测中的应用。为此，国内很多专业技术人员根据常规技术出现的问

13、题，尝试使用国内外最新的检测技术研究成果，并越来越体现出新技术应用的优越性5。相控阵超声检测技术就是当今国内最新的检测专业技术，利用精密复杂的相控阵和功能强大的软件来控制超声波声束，使其覆盖被检测材料，并生成被检材料的内部结构图像。与常规的检测技术相比较，相控阵检测技术是通过控制各个独立阵元的延时，可生成不同指向性的超声波波束，产生不同形式的声束效果，可以模拟各种斜聚焦探头的工作，并且可以电子扫描和动态聚焦，无需或少移动探头，检测速度快，探头放在一个位置就可以生成被检测物体的完整图像，实现了自动扫查，且可检测复杂形状的物体，且相控阵探头小巧、灵活，适用于现场工况需求6,7。这种技术无辐射、无污

14、染，能够适应多工种立体交叉作业现场，且解决因采用射线检测而造成其他人员全部需要安全避让等问题。1.2 课题研究背景及意义1.2.1 选题的依据及意义：小径薄壁管8检验参数有别于大口径管和平板，有以下特点：(l)通常有很多被检焊缝；(2)管子之间往往空间有限；(3)通常不能移动管件；(4)检测对象大多是管-管对接焊缝；(5)有些管焊缝有有限接近空间；(6)有时焊缝位于弯管部位；(7)管径、壁厚、材质、规格多种多样；(8)规范可能要求或不要求检测横向缺陷。实际检测操作中，对小径薄壁管作超声检测有以下几个问题：(l)要求使用外形较小的阵列和扫查器；(2)超声波束在管壁厚度内有明显散焦现象，最好能用曲

15、面阵列或矩阵聚焦，但该技术尚未市售；(3)需用抽真空耦合；(4)要根据不同管径、壁厚分别配置；(5)对缺陷在垂直面上定量测高不太准确；(6)若按ASME规范9,10，要求对每种管径、壁厚都制作校验试管。与此同时，常规超声检测也存在着主观性强（对操作者依赖性很大），扫查结果无记录，一般检测速度较慢等缺陷。对此，于2003年面世的便携式相控阵仪器经不断改正后特适用于焊缝检测，取代了射线照相。用相控阵进行在役检测，不会中断生产过程，而且缺陷检出率高，也不会像射线照相有环境保护问题，高效合算。1.2.2 国内外研究现状国内超声检测技术的主要研究领域可以分为检测方法研究和设备研发。在设备研发方面主要为数字化超声波探伤仪、TOFD超声检测系统、超声成像系统和磁致伸缩超声导波检测系统；在检测方法和技术方面，主要为自动超声检测技术、超声成像检测技术、人工智能技术、TOFD超声检测技术和超声导波检测技术。2000年以来，国内研究机构和高校主要侧重于超声相控阵技术。例如清华大学的施克仁教授和鲍晓宇博士、电子测试技术国防科技重点实验室利用数字波形相位延时技