非导电涂层下焊缝位置涡流检测系统研究

作     者：丁冲 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：范孟豹

授予年度：2021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：焊缝位置 涡流检测 非导电涂层 信号调理 

摘      要：管道和储罐作为石油化工行业的基础设施,承担着运输和贮藏的任务,其安全可靠性是保证正常生产的关键。焊缝是管道、储罐结构连接部位,也是最容易产生安全隐患的区域,对其进行定期检测和维护尤为重要。管道和储罐表面非导电涂层的应用,使得焊缝位置无法进行直接辨别。因此,对焊缝位置的检测是进行焊缝评估的前提。然而,非导电涂层限制了先进检测技术在该场合的应用。涡流无损检测技术具有非接触、无损害、无需耦合、检测速度快、适合在线监测的特点,是解决非导电涂层下焊缝位置检测的一种有效方法。本文基于涡流检测技术,通过建模仿真、系统开发、实验的方式,对非导电涂层下焊缝位置涡流检测系统进行深入研究。主要研究内容总结如下:1.非导电涂层下焊缝位置涡流检测仿真研究。根据涡流检测和有限元建模理论,结合非导电涂层下焊缝类型,利用COMSOL建立无余高焊缝和有余高焊缝涡流信号模型。在此基础之上,利用参数化扫描仿真了不同线圈位置的涡流信号,揭示了两种类型焊缝检测过程中线圈阻抗随线圈位置的变化规律,并探究了激励信号频率、涂层厚度、线圈外径对检测结果的影响。2.非导电涂层下焊缝位置涡流检测系统开发。根据线圈信号检测和特征值提取需求,设计系统开发方案,分别从硬件、软件层面对系统进行研究。首先,以STM32为微控制器,数字频率信号合成器为信号源,74HC4051为阵列传感器通道选择器,AD8302为信号调理单元,对检测系统各部分电路进行设计。其次,基于线圈结构和检测需求,设计阵列传感器封装和系统面板。然后,基于DGUS Tool开发串口屏界面,利用Keil进行硬件控制程序设计,选用Lab VIEW语言进行系统上位机软件编写。最后,对焊缝轮廓的提取程序进行设计。3.非导电涂层下焊缝位置涡流检测系统性能实验测试与评估。首先,利用Q235B钢材料制备焊缝位置检测样件,并对探头进行设计。其次,设计实验方案,并利用三坐标仪搭建实验平台。然后,基于幅值和相位特征量,对非导电涂层下两种类型的焊缝进行检测,并研究了线圈外径、激励信号频率、涂层厚度对检测结果的影响。进一步,通过实验确定了系统能检测到焊缝时对应的非导电涂层厚度范围,并对系统性能进行评估。最后,开展了焊缝轮廓提取测试与性能评价。实验结果表明,所开发的系统能够对非导电涂层下焊缝位置进行有效检测。本文所取得的研究成果对于深入开展非导电涂层下焊缝位置涡流检测具有重要的指导意义,为管道和储罐焊缝位置的检测提供了有效、可靠的解决方案。该论文有图93幅,表19个,参考文献85篇。