基于激光超声的管道裂纹定量表征及三维成像方法研究

发布时间：2020-04-05 17:28

【摘要】：随着天然气管道的普及与发展,目前国内管道逐渐进入事故多发的老龄期,必须定期检测与维护现役管道,因此对于管道的无损检测技术研究得到了高度重视。基于激光超声的无损检测通常可以检测出金属缺陷的大致位置,但此技术用于检测管道裂纹缺陷的研究甚少,并且对管道裂纹缺陷的定量表征只停留在位置上,对裂纹可视化有待深入研究,因此为了优化管道裂纹的修复与维护技术,研发一种基于激光超声的管道裂纹定量表征及三维成像方法显得尤为重要。本文在借鉴国内外激光超声技术检测金属缺陷的基础上,主要针对X80管线钢的天然气管道裂纹缺陷,设计了一种管道裂纹缺陷的定量表征及三维成像方法。通过理论分析、有限元分析以及实验研究等方式,探究了激光超声波在二维管道内部传播的过程,并分析管道缺陷对超声波传播过程的影响,建立管道缺陷与超声波之间的定量表征关系,通过超声波信号构建三维数字矩阵,完成了基于Qt与PCL管道缺陷的三维成像。(1)设计了基于激光超声波信号的管道缺陷定量表征方法。通过研究了激光超声波的不同激发方式,分析在热弹机制下纵波、横波和表面波的产生原因以及传播形式,基于理论建模分析比较激光的点光源和线光源的传播特性;利用有限元法建立了二维管道的物理模型,通过二维模型上的矩形凹槽替换实际中的管道表面裂纹缺陷,模拟激光激发超声波在管道内部的传播过程;通过分析采集到不同波形到达接收点的时间,模拟了各个超声波形在传播过程中的相互转化,通过此定量表征方法可以检测管道裂纹缺陷的具体深度、位置以及角度。(2)在仿真分析的基础上设计并搭建了一种用于不同管道裂纹缺陷的检测系统。通过实验分别对不同高度、宽度以及角度的裂纹缺陷进行研究,分析了不同缺陷参数对超声波的影响,基于管道裂纹定量表征方法得到了裂纹的位置、深度以及角度信息。此实验结果表明,所设计的裂纹缺陷定量表征方法具有较高的定量精度,所得的结果与有限元模拟结果相吻合,进而验证了此方法的正确性。(3)设计了一种管道裂纹的三维成像方法。基于超声波信号构建三维数字矩阵,通过检测不同角度下的管道裂纹,建立带有三维空间坐标的点云数据,基于Qt和PCL搭建了一种点云成像系统,通过得到的点云数据建立管道缺陷的三维图像。此结果表明,三维图像可以达到便于观察与分析的水平。本文的研究为管道缺陷的定量表征方法以及三维成像提供了理论和实验依据,有助于激光超声技术的进一步发展。
【图文】：

图 1-1 遮挡法测量试块缺陷Fig.1-1 Occlusion method for measuring test block defectsPeng 等[50]提出了一种基于激光散斑剪切干涉的内部缺陷深度测量方法模型，加载离面位移以及相应载荷等条件，得到相关的散斑图像，计算

激光扫描系统示意图
【学位授予单位】：北京石油化工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU996.7;TP274.53

【参考文献】

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本文编号：2615307