超声相控阵小径管座角焊缝缺陷检测技术的分析

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1、万方数据第一章绪论1．1研究背景与课题来源弟一早珀记目前，压力容器、锅炉和压力管道等特种设备正在不断发展，电厂小径管座角焊缝是连接管排，电厂的集箱小径管角焊缝的结构应力集中在焊缝根部，在运行过程中如果出现集箱膨胀不畅的话，结构应力会传递到焊缝根部IlJ。由于小径管座角焊缝特殊的结构特点，工人在焊接时如果冷却时间太短，就会很容易出现根部未焊透，主管未融合，裂纹等缺陷[2】。当锅炉处在停止或运行的过程中，这一过程会出现较大的温度变化，因此形成很大的热应力，较大的热应力容易出现缺陷扩展以及热疲劳裂纹的现利31。因此对角焊缝内部缺陷的检验至关重要。小径

2、管座角焊缝结构较为复杂，目前常规检测尚且没有一种有效的检测方法检测焊缝内部[41，常规超声检测时受空间限制只能实现小径管单侧检测，声束很难完全覆盖焊缝内部，容易出现漏检，虽然x射线可作为一种检测手段，但存在着以下几个突出问题：(1)小径管座角焊缝具有管排管排密集、小径管间距较小的特点，例如电厂集箱管座角焊缝所在位置大部分无法放置射线机，更没有适合检测的角剧51。(2)．／J、径管座角焊缝特殊的焊缝结构致使射线检测时无法找到最好的投影角度，对于小径管座角焊缝的未焊透、未熔合、裂纹等危险性缺陷交出率极低。(3)．一般情况下小径管座角焊缝数量很多，即

3、使使用射线探伤进行检测，也会因射线检测效率低影响工期而被否定[61。超声相控阵技术得出现使我们在解决小径管座角焊缝检测这一难题上有了新的思路和方法。超声相控阵技术的基本原理等同于雷达电磁波相控阵技术。超声相控阵所使用的探头不同于常规超声探头[71，它是由若干压电晶片组成的阵列换能器，利用计算机电子系统来控制各个压电晶片按着一定的延时法则发射和接受超声波，从而实现声束的扫描、偏转与聚焦等功能【8】。利用扫描特性，相控阵技术可以在探头不移动的情况下实现对被检测区域的扫查；超声相控阵声束的偏转型特点决定了使用相控阵检测时在不移动探头的情况下实现对检测

4、区不同角度的扫查，实现较大面积覆盖【9】。从而提高检测效率及缺陷检出率；利用聚焦特性，相控阵技术可以提高声场信号强度、回波信号幅度和信噪比，从而提高缺陷检出率，以及缺陷深度、长度的测量精度【lol。万方数据天津工业大学硕士学位论文1．2超声相控阵技术发展概况20世纪40年代，Gabori正明了我们可以用相干光将三维图像记录在二维照相底片上，并称之为全息照相。但是这一技术直至1120年以后才被应用在超声领域，这样出现了记录超声图像的技术。几十年后随着计算机技术的快速发展，在这种环境下，超声成像技术有了新的突破，人们利用计算机技术和信息处理技术，同

5、时依据超声波的传播特点，终于出现新的成像方法【l¨。超声相控阵技术发展最迅猛的时期为近几年，相控技术不仅在系统设计、系统模拟等方面取得进展，生产与测试和应用等方面也取得了一系列的进展。许多公司己经开始采用新的复合材料制作相控阵换能器，这样可以改变超声相控阵的电声性能。在这其中自适应聚焦相控阵技术最为突出，这种技术的原理是根据探头在收到缺陷信息的同时，会自动激发一次规则，这样可以实现声束的控制优化，同时提高了缺陷的检出率Il引。目前，我国对超声相控阵技术的研究还不成熟，对于超声相控阵技术的研究还主要应用在医学领域。但是超声相控阵技术无可比拟的优点

6、，决定了超声相控阵技术将成为超声检测的重要方向【l引。超声相控阵技术可以灵活的控制声束，这样的优点为它提供了广阔的应用和发展前景。未来超声相控阵技术的主要研究方向将会是将分析与处理、数字成像和声时衍射等技术结合起来【l4’。相控阵超声检测技术的发展解决了很多超声检测的难题，但是由于技术复杂，要求技术人员具有很高的知识基础，并且仪器非常昂贵，目前还没有普及超声领域【15】。超声相控阵技术具有常规超声不具备的优势，例如实现声束多角度扫描，以及实现了声束动态聚焦，灵敏度较高，检测速度较常规超声有很大提高，超声相控阵技术的扇扫，B扫，A扫结合定量的特点

7、，可大大提高对缺陷进行定量时的准确性，提高检测效率和检测的准确性。对于受空间限制，结果比较复杂常规超声无法检测的区域，超声相控阵技术动态聚焦技术可实现有效检测。总结以上特点决定相控阵超声检测技术将会在检测领域有更好的发展II6

8、。超声相控阵技术不仅和常规超声相比具有明显优势，和常规射线相比也具有独特的优势：超声相控阵技术不存在环境污染的情况，对人体无害；更无需像射线检测一样需要加查作业，可大大缩短工期【l7。。1．3课题研究的意义目前，我国在超声相控阵检测技术上的研究与应用还主要集中在医学领域，相控阵技术在工业上的研究还需要研究和提高。随着集成

9、电路的飞速发展，为我2万方数据第一章绪论们对超声相控阵的深入研究创造了外部条件。目前超声相控阵检测在工业中应用并不广泛，对于小径管座角焊缝的相控阵检测