钢管桁架相贯节点的相控阵检测方法研究.pdf

1、XX 大学毕业设计（论文）毕业设计（论文）题题目目：钢管桁架相贯节点的相控阵检测方法研钢管桁架相贯节点的相控阵检测方法研究究学学院：院：测试与光电工程学院测试与光电工程学院专业名称：专业名称：测控测控技术与仪器技术与仪器班级学号：班级学号：学生姓名：学生姓名：指导教师：指导教师：二二 Oxx 年年 六六 月月钢管桁架相贯节点的相控阵检测方法研究摘要：钢管桁架是用钢管在其端部焊接而成的格子式结构，各杆件之间以相贯线型式相交，主管与支管的连接方式可呈 K、T、Y 相贯节点形式。钢管桁架结构截面具有良好的抗压和抗弯性能，构造简单，且不用节点板.因为它具有外形优美、结构轻、稳定性好、刚度大等特点，以及

2、其独特的经济实用性能，钢管桁架可适用于不同形式的结构建筑.目前已广泛应用于吊车梁、屋盖结构、体育场馆、会展中心、塔架等大型建筑设施中。所以对其节点构造的焊接，以及焊接工艺和无损检测技术都有特殊的要求。超声波相控阵检测技术是一种独特的超声检测技术，主要通过调节激发晶片的数量、序列、时间等参数来调整声束的偏转角度、聚焦深度等变量来实现对检测材料的覆盖，探查缺陷并生成直观可视的电子扫描图像。强大的软件控制功能可大大提高相控阵的检测效率，探头晶片排布阵列的多元化也能优化超声成像质量。相控阵检测的多扫描方式使缺陷的定位更加准确，检测数据可存储以及可动态回放分析等优点使其广泛应用于工业检测行业。关键词：超

3、声波相控阵 钢管桁架 晶片 偏转 聚焦Research phased array detection steel truss withnodesAbstract:Steel pipe truss is pipe at the end of the welding and the grid type structure,amongthemembersintubularlinearintersect,Theconnectionofmainandbranch was K,T,Y tubular joints form.Section of the steel pipe truss structure

4、 has goodcompressive and flexural performance,simple structure and no node plate.Because it hasthe characteristics of beautiful appearance,light structure,good stability,stiffness of large,and the unique economical and practical performance,the steel tube truss can be applicableto different forms of

5、 architecture.Currently,it has been widely applied in crane beam,roofstructure,the stadiums,convention and Exhibition Center,the tower of large buildingfacilities.So the joint welding,and welding technology and nondestructive testingtechnology have special requirements.Phased array ultrasonic testin

6、g technology is a unique ultrasonic detection technology,mainly through the excitation chip number,sequence,time and other parameters to adjustthe sound beam deflection angle,depth of focus and other variables to achieve for materialinspection coverage,probing the defects and generate an intuitive v

7、isual electronicscanning image.Software is a powerful control functions can greatly improve the detectionefficiency of a phased array,diversification of wafer probe arrays can also optimization ofultrasound imaging quality.Phased array inspection of multi scan mode to locate defectsmore accurately,d

8、ata detection can stored and dynamic replay analysis advantages make itwidely used in industrial inspection industry.Keywords:Keywords:Ultrasonic phased arraysteel pipe trusswaferdeflectionfocus目目录录1绪论.11.1 选题的依据及意义.11.2 超声相控阵发展及研究现状.21.3 相控阵技术用于钢管桁架相贯节点的优势.32理论基础.52.1 超声相控阵检测原理概述.52.1.1 相控阵的偏转.52.1

9、.2 相控阵的聚焦.62.1.3 相控阵的发射和接收.72.1.4 相控阵探头及其主要参数.82.1.5 相控阵的扫查方式.92.1.6 相控阵的扫描模式及图像显示.103实验准备.133.1 Phascan 超声相控阵仪器简介.133.2 仪器探头参数设置及校准.133.2.1 创建应用设置.133.2.2 探头和斜楔的设置.143.2.3 聚焦法则设置.153.2.4 声速的校准.163.2.5 延迟的校准.163.2.6 灵敏度的校准.173.2.7TCG 曲线的校准.183.3 实验材料及状态.184钢管桁架相贯节点焊缝的超声检测.204.1 实验难点.204.2 钢管桁架相贯节点焊缝

10、的相控阵检测实验.204.2.1 实验参数分析.204.2.2 实验结果分析.224.2.3 实验优化验证.234.3 钢管桁架相贯节点焊缝的常规超声检测实验.304.3.1 实验结果分析.304.3.2 实验方案优化.314.4 结论.315总结.32参考文献.33致谢.341钢管桁架相贯节点的相控阵检测方法研究钢管桁架相贯节点的相控阵检测方法研究1 1 绪论绪论1.11.1 选题的依据及意义选题的依据及意义近年来，随着钢铁产量的供应增长，管桁架被广泛的用于基础设施的建设中。例如体育馆、商务会所、地铁站台、商务楼等。钢管结构具有外形美、经济、构造简单等优点。常用钢桁架主要用于承重构件。各式塔

11、架，输电线路塔等，是一种造型优美的的空间钢桁架。桁架是指由杆件在端部相互连接而组成的格子式结构，管桁架即是由管子焊接而成的结构。杆件一般只受轴线拉力或压力，应力均匀分布在截面上，结构自重小。它可以做成各式形状，如简支桁架、拱、框架及塔架等。因而桁架结构在现今的许多大跨度的场馆建筑，如会展中心、体育场馆或其他一些大型公共建筑中得到了广泛运用。钢管结构的线条流畅，体形优美。钢管截面惯性半径较大，可减轻体重，因而经济性优良，相应减少了防腐和防火涂料的费用。钢管的连接主要采取焊接，即使大型结构的高空安装合拢节点部分采用栓接，也必须把栓接部件焊到钢管杆件上，因而焊接技术在钢管结构的施工安装中占有重要的地

12、位。无论从焊接节点构造，焊接工艺和无损检测技术都有特殊的要求。我国近年来已经建造了多座管结构形式的大型航站楼、体育馆屋盖和公路桥拱大部分桁架结构中的杆件均在节点处采用焊接连接，而在焊接之前，需预先按将要焊接的各杆件焊缝形状进行腹杆及弦杆的下料切割，这就需要对腹杆端头进行相贯线切割及弦杆的开槽切割。由于桁架结构中各杆件与杆件之间是以相贯线型式相交，杆件端头断面形状比较复杂，因此在实际切割加工中一般采用机械自动切割加工和手工切割加工两种方法进行加工。主管与支管的连接呈 K、T、Y 或复合形相贯节点形式时，支管端马鞍形曲线。按国外标准规定，把此类圆管相贯形接头分为四个区，即趾部、两侧部、根部区。相贯

13、形节点的焊缝可以分为全焊缝、部分焊透和角焊缝三类，依据设计计算承载要求选择确定。要求全焊透时，支管马鞍形端部（圆管时）的边缘管壁必须切割出一定的坡口面角度以与弦杆表面之间形成适于焊透的坡口角度，所须切割的坡口面角度值随支管与主管斜交角度不同以及接头各区支管母线与主管交点切线的斜面交角度不同而异，坡口面角度值还与各区位置以及支管与主管的管径比有关。与此同时，超声相控阵灵活有效的控制声速不仅使之具有很广的应用和发展前2景，而且有助于改善检测的可达性和适用性，这也提高了检测的精确性、重现性和检测结果的可靠性，增加了检测的实时性和直观性，促进了无损检测与评价的应用和发展，因此超声相控阵的检测方法也是重

14、要的研究课题3。1.1.2 2 超声相控阵发展及研究现状超声相控阵发展及研究现状超声相控阵检测技术的概念源于雷达天线电磁波技术，至今已有二十多年的发展历史。医学超声诊断的应用相对来说是比较成熟的。利用其超声高能聚焦特性可用于杀死癌细胞。早在二十世纪六十年代，相控阵技术用于工业检测时，因受限于电子及换能器制造技术发展滞后，数字信号处理技术欠成熟等因素。再加上检测系统复杂且成本较高，所以，该技术在工业无损检测领域未完全普及。直到九十年代，超声相控阵技术才逐渐被接受。凭借声束可灵活偏转及可动态聚焦等特性，相控阵检测作为一门新技术进入人们的视野，并进行重点研究。后期，相控阵系统在阵列和成像研发中取得了

15、成果，形形色色的相控阵仪器被生产并用于缺陷检测。二十世纪九十年代，在国外超声相控阵检测技术已经逐步发展起来。专利方面，超声相控阵检测在金属焊缝检测上也获得了相应的专利1。利用斜探头在声传播方向上的聚焦特性，通过转换激发多个换能器的阵列来检测焊缝中的缺陷。电站锅炉管座角焊缝失效部位疲劳裂纹频繁出现3。为提高缺陷检出率保证检测的可靠性，相控阵检测技术也被用于此。相控阵检测还可以通过调节声束参数，克服检测对象管壁薄、曲率大等因素的影响，对小径管对接接头进行检测。还可以用于检测汽轮机的叶片根部及航空材料等4。一种名为 FAUST 系统的新型超声相控阵扫描系统，由法国的原子能协会研制。是一套基于 VXI

16、 总线可以同时使多个阵列换能器工作的系统5。超声相控阵技术处于逐渐完善的过程当中，阵列换能器的制造技术也在提高。美国人 J.Ritter研究出的复合晶体换能器由 16 阵元组成，扫描范围为 30-70，且只对部分材料敏感6。除此以外，表面波以及板波的相控阵检测也有广泛的应用7。另外，加拿大RD TECH 公司也有自己的研究成果。该公司研发的检测系统，获得了美国通用公司的肯定，探头为压电陶瓷型线性阵列，探头最多可容纳 60 个晶片，40-70的扫查角度8。其他方面，例如相控阵系统的自适应动态聚焦、二维阵列9.10方面、板波、表面波换能器11方面等，都将是日后重点研究的方向。其中，相控阵自适应聚焦的研究已经引起广泛关注，该系统可根据接收到的缺陷回波信号，自动对聚焦法则进行更改，优化检测方法，提高缺陷检出率。相控阵全自动检测装置已用于在天然气管道环焊缝的检测，检测技术还在趋于完善；也用于海洋平台结构的检测12。3相比较在国内，超声相控阵检测技术尚且欠成熟，还处于研究阶段。在工业检测领域中，由于超声波在固体中传播，波的干涉、变形等因素而造成波传播规律复杂，仪器研发成本较高的现状，相对来说研究较