奥氏体不锈钢焊缝超声相控阵检测及POD定量分析

作     者：龚思璠 

作者单位：中国计量大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王强;谢正文;赵军

授予年度：2018年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：奥氏体不锈钢焊缝 超声相控阵 金相实验 匹配追踪 检出概率(POD) 

摘      要：奥氏体不锈钢由于材料性能的优势,在很多特殊领域有着重要的应用,但其焊接部位质量的好坏会直接影响到工件设备运行的安全性和使用寿命。目前,超声相控阵检测技术因其具有良好的声束偏转和聚焦性能,从而较多地应用于对奥氏体不锈钢厚壁焊缝的检测,但在实际检测过程中由于检测参数设置条件多,检测过程复杂等原因,会对缺陷的检出率产生较大的影响,所以,本文针对奥氏体不锈钢厚壁焊缝中深10mm-50mm的缺陷开展了相关的检测实验研究,并对其缺陷的检出率进行了POD定量分析。本文的主要工作如下:(1)为比较在实际检测中可调整探头参数的聚焦效果,通过Matlab建立线阵探头的声场仿真模型,并利用声束在Y轴方向上的累加声强定量对比分析不同频率和不同阵元数对声束性能和聚焦效果的影响。(2)利用金相实验对比分析定制奥氏体焊缝试块中不同区域微观组织的区别;并通过相控阵检测对比实验来探究焊缝区对超声波传播规律的影响。结果表明:焊缝区晶粒粗大、结构复杂,各向异性明显;通过对比实验发现同一深度焊缝区的增益值比母材区的高10dB左右,且二者同一深度最大声能差为17.8dB,最小声能差为10.3dB,故焊缝区对超声的传播会造成严重的声能衰减。(3)利用超声相控阵探伤仪对比设置不同检测参数对不同缺陷的检测效果,并利用匹配追踪方法对焊缝区检测回波信号进行处理。结果表明:对焊缝区缺陷的检测,采用纵波、低频、多阵元等检测参数能获得较高的信噪比和分辨率,且处理后不仅能有效抑制噪声信号,提高信噪比,还能提取出被淹没在噪声信号中深50mm处的缺陷信号,增强缺陷的信息。(4)利用检出概率(Probability of detection,POD)这一指标来定量分析不同因素对缺陷检出率的影响,并利用基于信号响应数据的POD模型,从不同探头频率、不同阵元数、不同检测材料、不同缺陷尺寸等方面探究了不同因素对奥氏体不锈钢焊缝超声相控阵缺陷检出率的影响。结果表明:超声相控阵检测技术的缺陷检出率随阵元数的增加、缺陷尺寸的增大而提高,随探头频率和被检材料结构噪声的增大而降低。