镍基合金钢焊接缺陷分析及超声波检测技术研究

作     者：许佳 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：雷毅;鲍华

授予年度：2016年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070206[理学-声学] 0802[工学-机械工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：镍基合金钢 超声波检测 焊接缺陷 小波变换 复合小波 

摘      要：液化石油天然气(Liquefied Natural Gas)具有节省存储空间与方便远距离运输的优点,同时其可靠性高、风险小,进一步推动了天然气在各行业中的应用与发展。但是LNG既具有天然气易燃易爆的特点,同时由于低温、液态特征容易引起的其他安全问题,所以确保LNG罐体稳定性尤为重要。LNG罐体主要由5%Ni钢、9%Ni钢为主的低温镍基合金钢板焊接而成,焊接过程中可能导致多种缺陷。由于镍基合金钢焊缝组织晶粒粗大,超声波散射、衰减严重,造成缺欠的漏检和误判。本课题分析了镍基合金钢焊接过程可能产生的缺陷及其重要性,并通过设计加工窄脉冲纵波斜探头和分析复合小波降噪方法对回波信号进行降噪效果分析。论文通过建立镍基合金钢焊接缺陷鱼刺图及焊接缺陷评价层析分析图,得出对镍基合金钢安全性影响比较严重的缺陷类型有:焊接热裂纹、低温韧性不足、焊接磁偏吹等;导致缺陷产生的因素中影响比较大的有:工人失误、人因技术不足、焊前材料准备不足、工艺选择不当、焊接环境不洁等因素。分析了X7Ni9钢和X12Ni5钢焊缝区、热影响区及母材的金相组织,得出镍基合金钢焊缝组织为晶粒尺寸粗大,其中9%Ni钢焊缝区平均晶粒尺寸359.2μm。设计了适用于镍基合金钢的窄脉冲纵波斜探头,其中频率选择2MHz,压电晶片材料选择锆钛酸铅(PZT-5),晶片厚度1mm,晶片尺寸为20×20mm,阻尼块成分中钨粉与环氧树脂的质量比为20:1,斜楔块采用有机玻璃并加工有齿形声陷阱,入射角度为45°与60°。以构造的基准检测信号为研究对象,通过Haar、Daubechies、Coiflets、BiorSplines、和Symlets小波基函数逐步分析小波基函数、分解层数、阈值选取规则、阈值重调方法和阈值函数对降噪效果的影响,以信噪比比较得出合适的单小波降噪方法。其中选择db4小波函数,分解层数为4,阈值函数为软阈值s,阈值选取规则为rigrsure,阈值重调方法为sln,信噪比最大,为30.7501dB。以优选的单小波函数两两复合,得到复合小波降噪的理想小波函数。其中,db4小波函数与sym5小波函数复合降噪效果最佳,信噪比为33.7500dB。通过获得的理想的小波降噪参数对不同类型的镍基合金钢焊缝进行超声波检测信号进行降噪,降噪效果均能达到可接受水平。