球罐对接焊缝的超声衍射时差法（TOFD）检测及缺陷分析

发布时间：2020-06-20 01:51

【摘要】：球罐是一种钢制压力容器,广泛应用于石油、液化天然气等物质储藏中,其本体是由多块球壳板经过焊接组成,而球壳板的焊接质量将直接影响整个球罐的使用寿命。超声TOFD检测作为无损检测领域新兴的检测技术,对厚壁球罐对接焊缝具有检测速度快,检出率高等优势,被广泛运用于球罐对接焊缝检测中,但超声TOFD检测技术仍具有局限性。本文主要针对在球罐对接焊缝检测中超声TOFD检测技术中存在近表面盲区;探头声束扩散角使接收探头接收到缺陷端点附近产生的冗余信息,导致图像横向分辨率低;超声TOFD检测图像中缺陷的特征识别较为困难三方面的局限性展开研究。主要研究内容如下:(1)比较研究选择不同频率、不同晶片尺寸和不同折射角度的探头,扫查次数和探头中心间距(PCS)等参数对超声TOFD检测结果的影响。(2)研究TOFD检测盲区和相控阵检测基本原理,同时使用超声TOFD和相控阵两种检测方法对存在人为设计的近表面裂纹缺陷焊缝试块进行扫查。结果表明:超声相控阵可以检测到定制试块焊缝近表面裂纹,相控阵对缺陷的定量误差小于3.00mm,而TOFD检测对缺陷的定量误差小于1.00mm,相控阵对缺陷的定量误差较大。使用超声TOFD和相控阵检测两种方法同时对焊缝进行检测,既可减小TOFD检测盲区,也可实现对缺陷的准确定位和定量。(3)基于合成孔径聚焦原理,建立了超声TOFD检测D扫图像的合成孔径聚焦数学模型,使用超声TOFD检测仪器对定制T-B试块中焊缝实行非平行扫查,得到试块焊缝的D扫查图像,运用建立的SAFT数学模型处理D扫图像;并将经SAFT处理后图像中测量的缺陷长度与抛物线指针和端点6dB长度测量两种方法进行比较。结果表明:经过SAFT处理后的D扫图像横向分辨率更高,在缺陷长度定量绝对误差为小于0.5mm,长度定量更精确。(4)研究边缘检测方法,选取了适用于TOFD灰度图像中缺陷边缘特征提取的Canny算子,将传统Canny算子进行改进,利用改进Canny算子提取图像中缺陷特征。结果表明:改进Canny算子更能有效的提取缺陷特征信息,避免了图像中灰度变化较弱的边缘特征信息的丢失,对缺陷定位误差小于1.2mm。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;TG441.7
【图文】：

图 1.1 球罐结构图所使用现场进行焊接，受环境等因素影、未熔合、未焊透和裂纹等焊接缺陷，学物质，一旦焊缝失效，这些物质就会罐的安全使用，减少事故发生，需要采进行检测和监测。术，常规的方法有超声波检测，射线检但是受到方法原理的限制，磁粉、涡流的检测[6]。当前，对焊缝中缺陷的检测方法。射线检测（RT）虽然有效，但易受工费用高，检测效率底，对检测人员防护利用探头发出的超声波在被检工件遇到据声波反射传播路径可以准确地得到缺求较低，对人体没有伤害。随着科技发

如光波、水波、声波等。如图2.1 所示，当一探头发射的超声波作用于一条裂缝的线性缺陷时，在裂缝的表面产生反射波的同时，在裂缝尖端同时产生了衍射波，只是衍射波相对于反射波信号更弱。图 2.1 裂缝端点衍射示意图反射现象和衍射现象都可以用惠更斯原理解释，该原理指出裂缝表面的每一个点都可看作是一个独立的次波源，每个子波源反射的超声波信号叠加成为反射波的波阵面。如图 2.2 所示，在裂缝中部出现的反射波接近了平面波，其波阵面是由众多子波源的反射波进行叠加而成的，而裂缝两个尖端没有产生波的叠加现象，尖端上独立的子波源产生的波信号即为衍射波。与反射波相比，衍射波没有明显的方向性。缺陷的端点越尖锐，产生的衍射信号越明显。图 2.2 惠更斯原理

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本文编号：2721676