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奥氏体不锈钢焊缝的相控阵超声检测

河南科技大学学报（自然科学版） 2013年第1期34卷 8-11,4-5页

作者：胡栋王强肖琨刘富君中国计量学院质量与安全工程学院浙江杭州310018 浙江省特种设备检验研究院浙江杭州310020

由于奥氏体不锈钢焊缝晶粒组织粗大以及结构的各向异性导致超声声束的散射和畸变,其超声检测比较困难。本文分析了奥氏体不锈钢焊缝超声检测特性,在奥氏体不锈钢焊缝试块上进行了常规超声和相控阵超声检测试验。研究结果表明:对于10 mm... 详细信息

由于奥氏体不锈钢焊缝晶粒组织粗大以及结构的各向异性导致超声声束的散射和畸变,其超声检测比较困难。本文分析了奥氏体不锈钢焊缝超声检测特性,在奥氏体不锈钢焊缝试块上进行了常规超声和相控阵超声检测试验。研究结果表明:对于10 mm深焊缝缺陷,相控阵超声检测信噪比可达14 dB,而常规超声技术仅获得6 dB的信噪比,对于30 mm深内部缺陷,均未取得较好的效果。

关键词：超声波相控阵超声检测奥氏体不锈钢焊缝信噪比

奥氏体不锈钢焊缝超声相控阵检测及POD定量分析

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奥氏体不锈钢焊缝超声相控阵检测及POD定量分析

作者：龚思璠中国计量大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：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)

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奥氏体不锈钢焊缝中超声传播路径的模拟

奥氏体不锈钢焊缝中超声传播路径的模拟

作者：沙正骁哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

奥氏体不锈钢作为一种具有良好机械性能、强大耐腐蚀性的材料,在核电工业、石油化工、食品加工和医疗器材制造等领域得到了广泛的应用。为了预防潜在危险,提高安全性,常常需要采用超声无损检测方法对奥氏体不锈钢焊接结构进行缺陷检测... 详细信息

奥氏体不锈钢作为一种具有良好机械性能、强大耐腐蚀性的材料,在核电工业、石油化工、食品加工和医疗器材制造等领域得到了广泛的应用。为了预防潜在危险,提高安全性,常常需要采用超声无损检测方法对奥氏体不锈钢焊接结构进行缺陷检测。由于奥氏体不锈钢在焊接过程中具有不发生相变的特点,在焊接热循环的作用下,焊缝内部会形成粗大地柱状晶组织。这些柱状晶尺寸巨大,使焊缝整体上呈现出各向异性和不均匀性。在采用超声对焊缝进行检测时,会发生声束的畸变、曲线传播等复杂的物理现象,严重影响检测的灵敏度和准确性。针对以上奥氏体不锈钢超声检测中遇到的困难,本文用模拟的方法对超声在奥氏体不锈钢中的传播行为进行了研究。为了对检测时的基本物理过程有更清楚的认识,研究中首先对超声的产生过程,也就是超声换能器辐射的声场进行了分析,使用多元高斯声束模型模拟了不同类型换能器的辐射声场并给出了可视化的结果。通过与实验测量结果比较,验证了模拟结果的准确性。在此基础上,设计开发了具有良好人机交互界面的声场模拟仿真程序。研究了超声在介质中传播时的声场分布,模拟了超声在平界面、弯曲界面传播时的折射、波形转换和聚焦/散焦等行为。利用各向异性介质中的多元高斯声束模型,模拟了超声从各向同性介质入射到各向异性介质中时传播声场的变化,讨论了材料中的晶粒取向角度对超声传播行为的影响。分析了奥氏体不锈钢焊缝中的组织结构特点,通过对焊缝中晶粒取向角度分布的研究,提出了一种基于图像处理技术的晶粒取向识别算法。将该算法应用于奥氏体不锈钢焊缝的宏观金相图像,获得了焊缝中的晶粒取向角度分布。以此为基础,通过将焊缝作为分层介质处理,利用多元高斯声束模型计算了焊缝中的超声声场分布,并预测了声束的传播路径。用一发一收模式的B扫描测量了超声在经过焊缝组织后传播的终点,通过与预测结果的对比验证了模拟的可靠性。

关键词：超声声场模拟奥氏体不锈钢焊缝超声传播路径多元高斯声束模型

奥氏体不锈钢焊缝中超声波衰减对缺陷定量的影响

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无损检测 2012年第6期34卷 82-84页

作者：夏有玉吴凤锦天津开发区科迪无损检测技术咨询服务有限公司天津300301

奥氏体不锈钢焊缝中,超声波衰减严重,此衰减对缺陷定量有很大的影响。为了对缺陷准确定量,给出了计算衰减和缺陷定量的三种方法。

关键词：奥氏体不锈钢焊缝超声波衰减缺陷定量

奥氏体不锈钢焊缝超声衍射时差法检测的有限元仿真及应用

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无损检测 2020年第7期42卷 5-9页

作者：黄焕东胡利晨胡炜炜邹斌励柳波陈振华宁波市特种设备检验研究院宁波315048 南昌航空大学无损检测教育部重点实验室南昌330063

基于有限元方法建立了奥氏体不锈钢焊缝超声衍射时差法(TOFD)检测过程的数值模型,结合试验方法分析了超声波与焊缝组织结构的相互作用机理,提出降低焊缝散射噪声干扰的探头布置方法。结果表明,有限元模型可模拟超声波在奥氏体不锈钢焊... 详细信息

基于有限元方法建立了奥氏体不锈钢焊缝超声衍射时差法(TOFD)检测过程的数值模型,结合试验方法分析了超声波与焊缝组织结构的相互作用机理,提出降低焊缝散射噪声干扰的探头布置方法。结果表明,有限元模型可模拟超声波在奥氏体不锈钢焊缝中出现的各向异性特征,包括声场扭曲、声能散射和衰减现象。结合检测试验证明,通过改变探头检测面,可降低焊缝组织结构对TOFD检测信号的不利影响。

关键词：超声波衍射时差法奥氏体不锈钢焊缝各向异性有限元模型

AP1000主管道奥氏体不锈钢焊缝超声检测建模仿真研究

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AP1000主管道奥氏体不锈钢焊缝超声检测建模仿真研究

作者：张侃大连理工大学

学位级别：硕士

AP1000属于压水堆三代核电技术,其革命性地采用了非能动的安全系统,使得安全性大大提高。AP1000主管道为核一级设备,是一回路反应堆冷却剂系统压力边界的重要组成部分。主管道焊接是核电站建造施工的关键路径,焊接质量直接影响核电机组... 详细信息

AP1000属于压水堆三代核电技术,其革命性地采用了非能动的安全系统,使得安全性大大提高。AP1000主管道为核一级设备,是一回路反应堆冷却剂系统压力边界的重要组成部分。主管道焊接是核电站建造施工的关键路径,焊接质量直接影响核电机组的安全运行。在利用超声对AP1000主管道焊缝进行无损检测时,由于其粗大柱状晶组织晶粒取向复杂且具有弹性各向异性特征,导致结构噪声严重,降低了检测分辨力和信噪比。为解决上述问题,本文基于AP1000主管道奥氏体不锈钢焊缝组织特征,建立了焊缝检测数学模型,并结合时域有限差分法,对模型进行了仿真计算,在实验验证其有效性的基础上,探讨了弹性各向异性材料对超声传播的影响,进行了焊缝缺陷检测的仿真研究,并利用信号处理手段提高了超声成像质量和缺陷检测能力,主要研究内容如下：(1)在了解超声波在弹性各向异性焊缝中声束偏移及结构噪声产生机理的基础上,对AP1000主管道焊缝试块进行金相组织观察和声学参量测量。研究发现,焊缝晶粒结构为粗大柱状晶,母材为均匀细小的等轴晶。焊缝区域组织为奥氏体柱状晶加δ铁素体,不同区域柱状晶组织取向分布存在差异。由声学参量测量发现,随着检测频率增大,结构噪声和主频偏移现象加重,2.25 MHz标称频率下实验测得焊缝区域声速波动、声衰减系数以及底波信噪比分别为2.8%、0.082 dB/mm和13.8 dB;(2)根据AP1000主管道奥氏体不锈钢焊缝的晶粒取向分布特征建立了焊缝几何构型,并利用Bond变换对晶粒弹性特征进行了赋值,建立了各向异性的二维焊缝FDTD超声仿真模型,仿真计算得到了与实际检测更为接近的时域波形和超声B扫描图像。由计算结果可知,模型仿真计算所得的底波信噪比与实验差值为3.0 dB,噪声水平相近,纵波声速差值为50.2 m/s,相差0.88%,衰减系数差值为0.004 dB/mm,相差4.9%,主频差值为0.04 MHz,相差1.8%;(3)研究了一种斜入射合成孔径聚焦技术(Synthetic Aperture Focusing Technology, SAFT),利用所建模型对焊缝中典型体积型和面积型缺陷的检测进行了仿真研究,并与常规超声B扫描以及传统SAFT技术成像结果进行了对比。结果表明,斜入射提高了缺陷检测分辨力和信噪比。相比于传统直入射SAFT,斜入射SAFT对于焊缝中深度为50 mm,Φ2 mm气孔的阵列性能指数API (Array Performance Indicator, API)减小了1.27,分辨力提高了46.9%,检测信噪比SNR (Signal Noise Ratio, SNR)提高了8.05 dB。此外,斜入射SAFT技术可以检出Φ1 mm气孔以及高度为2 mm的侧壁未熔合缺陷,且可对面积型缺陷高度进行定量,定量误差为0.80 mm,同时可以利用缺陷上下端回波幅值比进行体积型和面积型缺陷的定性区分。

关键词： AP1000主管道奥氏体不锈钢焊缝晶粒取向超声检测建模仿真

激光超声波成像技术在奥氏体不锈钢焊缝检测中的研究

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中国激光 2014年第7期41卷 67-71页

作者：曾伟王海涛田贵云汪文王骁胡国星南京航空航天大学自动化学院江苏南京210016 纽卡斯尔大学电气与电子工程学院

提出一种激光超声波成像技术对奥氏体不锈钢焊缝中的人工缺陷进行检测,利用Nd:YAG脉冲激光器对奥氏体不锈钢焊缝进行扫查,对接收到的超声波信号进行离散正弦/余弦变换(DST/DCT)和希尔伯特变换(HT)。常规的超声波成像方法不能有效检测焊... 详细信息

提出一种激光超声波成像技术对奥氏体不锈钢焊缝中的人工缺陷进行检测,利用Nd:YAG脉冲激光器对奥氏体不锈钢焊缝进行扫查,对接收到的超声波信号进行离散正弦/余弦变换(DST/DCT)和希尔伯特变换(HT)。常规的超声波成像方法不能有效检测焊缝边界及焊缝中的人工缺陷,采取离散正弦/余弦变换和希尔伯特变换相结合的激光超声波成像技术不仅能直观、高效地检测出焊缝边界,而且对焊缝中的缺陷位置、大小及形状等也能有效检测。离散正弦/余弦变换和希尔伯特变换的激光超声波成像技术为焊缝缺陷中的定量检测提供了基础。

关键词：激光技术激光超声成像奥氏体不锈钢焊缝缺陷离散正弦/余弦变换和希尔伯特变换定量检测

基于超声仿真建模的奥氏体不锈钢焊缝结构噪声和散射衰减研究

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无损探伤 2015年第5期39卷 10-14页

作者：张侃陈尧康达金士杰刘丽丽房云龙张树潇林莉大连理工大学无损检测研究所辽宁大连116085 中国核工业二三建设有限公司北京101601

针对现有超声仿真模型计算所得的结构噪声和散射衰减与实际情况符合程度较差的问题,根据奥氏体不锈钢焊缝的晶粒特征及其弹性特性,建立了壁厚78mm的二维焊缝MINA超声仿真模型。采用能够体现晶粒背散射现象的时域有限差分法作为模型的仿... 详细信息

针对现有超声仿真模型计算所得的结构噪声和散射衰减与实际情况符合程度较差的问题,根据奥氏体不锈钢焊缝的晶粒特征及其弹性特性,建立了壁厚78mm的二维焊缝MINA超声仿真模型。采用能够体现晶粒背散射现象的时域有限差分法作为模型的仿真计算平台,计算结果表明,2.25MHz中心频率下算得的A扫描信号不仅能够重现结构噪声和散射衰减现象,而且一次底面回波波形、峰值频率以及噪声幅度与实验信号符合良好。此外,利用A扫信号合成的焊缝B扫图像与实验之间也有较好的对应性。

关键词：奥氏体不锈钢焊缝弹性各向异性背散射结构噪声 MINA 超声模拟

超声TOFD二次波检测技术在奥氏体不锈钢焊缝无损检测中的应用

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无损检测 2016年第6期38卷 1-5,32页

作者：陈振华张翀李新蕾卢超南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室南昌330063 杭州华安无损检测技术有限公司杭州310023

由组织结构引起的声能衰减、散射、声束扭曲会使得奥氏体不锈钢焊缝的超声检测较为困难。分析了焊缝中超声波衰减及散射的各向异性特征及其影响因素,并提出了基于超声TOFD技术的二次波检测方法。通过调整探头间距改变焊缝目标区域的检... 详细信息

由组织结构引起的声能衰减、散射、声束扭曲会使得奥氏体不锈钢焊缝的超声检测较为困难。分析了焊缝中超声波衰减及散射的各向异性特征及其影响因素,并提出了基于超声TOFD技术的二次波检测方法。通过调整探头间距改变焊缝目标区域的检测声束折射角,深入分析声束入射方向及晶粒生长方向对检测信号信噪比的影响。结果表明:检测波在奥氏体不锈钢焊缝中的传播呈现明显的各向异性特征;当检测声束与柱状晶生长方向成较小夹角时,可获得较高的检测信号信噪比。因此,当探头置于焊缝余高侧时,为获得较小的检测声束与柱状晶生长方向间的夹角,采用基于超声TOFD技术的二次波检测方法可提取焊缝中缺陷的衍射波特征信号。

关键词：超声TOFD 奥氏体不锈钢焊缝信噪比二次波