基于超声导波的管道焊缝区缺陷检测研究

发布时间：2017-04-28 18:01

  本文关键词：基于超声导波的管道焊缝区缺陷检测研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：为保障管道运行安全,需要对其进行定期检测,超声导波相对传统无损检测技术具有传播距离远、检测效率高等优点,近年来有很多研究将超声导波应用到管道缺陷检测中,但是因超声导波和焊接结构的复杂性,较少有针对管道焊缝区(焊缝及其邻近区域的总称)缺陷的详细研究。而焊缝区缺陷,是影响管道安全的重要因素,所以对管道焊缝区缺陷超声导波检测方法的研究有很大现实意义。本文通过数值模拟和试验方法,针对焊缝裂纹、孔洞缺陷,近焊缝裂纹、孔洞缺陷,多焊缝管道焊缝裂纹缺陷及充水与埋地管道焊缝裂纹缺陷,进行了检测分析,研究了不同缺陷对焊缝回波的影响,为管道焊缝区缺陷的检测提供了依据。本文主要工作和成果如下:1)在导波的形成机理和频散现象等导波理论的基础上,分析了真空、充水与埋地管道中超声导波的频散曲线,确定了导波检测激励信号与激励频率的选择方法,研究了管道焊缝区的结构和缺陷,提出了用于判断管道焊缝区缺陷的对称与非对称模态分离算法。2)结合焊缝区结构和超声导波的复杂性,基于ANSYS有限元分析软件建立了管道焊缝区缺陷分析模型,通过分析轴向及周向位移云图,研究了焊缝处模态转换情况,并应用对称与非对称模态分离算法,分析了不同缺陷焊缝回波中的非对称模态,及其随缺陷截面缺损率变化的情况。3)建立了导波激励接收试验系统,设计了试验方案,分别对焊缝区裂纹、孔洞缺陷,多焊缝管道焊缝裂纹缺陷进行了试验研究,应用对称与非对称模态分离算法研究了焊缝回波中的非对称模态。研究发现,含缺陷的焊缝回波与不含缺陷的焊缝回波相比,非对称模态明显增多,当非对称模态与对称模态幅值比大于0.2时,基本可以判断焊缝区含有缺陷,且非对称模态与对称模态幅值比随缺陷截面缺损率的增大而增大;考虑到实际应用情况,还进行了充水与埋地管道焊缝裂纹缺陷的导波检测试验。本文使用超声导波检测管道焊缝区缺陷,通过数值模拟与试验研究,证明了应用超声导波检测管道焊缝区缺陷的可行性,研究工作为判断管道焊缝区缺陷提供了理论与工程应用依据。
【关键词】：超声导波 焊缝区缺陷 模态分离算法 数值模拟 试验
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG441.7
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题的背景和意义10-12
• 1.2 国内外对本课题的研究历史与现状12-16
• 1.2.1 国外研究历史与现状13-15
• 1.2.2 国内研究历史与现状15-16
• 1.3 导波检测管道焊缝区缺陷存在的问题16
• 1.4 本文主要研究内容16-18
• 第二章 导波检测管道焊缝区缺陷的基本理论18-30
• 2.1 导波的基本概念与主要特征18-25
• 2.1.1 导波的模态18-19
• 2.1.2 导波的频散现象及频散曲线的绘制19-25
• 2.2 激励信号与激励频率的选取25-26
• 2.2.1 激励信号的选取25-26
• 2.2.2 激励频率的选取26
• 2.3 管道焊缝区结构及缺陷26-28
• 2.3.1 焊缝区结构26-27
• 2.3.2 焊缝区缺陷27-28
• 2.4 对称与非对称模态分离算法28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 导波检测管道焊缝区缺陷的数值模拟30-54
• 3.1 有限元模型的建立30-36
• 3.1.1 单元类型与单元大小30-31
• 3.1.2 时间参数31
• 3.1.3 管道焊缝与缺陷模型31-33
• 3.1.4 信号加载与接收33-36
• 3.2 仿真结果分析36-52
• 3.2.1 焊缝裂纹缺陷36-43
• 3.2.2 近焊缝裂纹缺陷43-45
• 3.2.3 焊缝孔洞缺陷45-46
• 3.2.4 近焊缝孔洞缺陷46-49
• 3.2.5 多焊缝管道焊缝裂纹缺陷49-52
• 3.3 本章小结52-54
• 第四章 导波检测管道焊缝区缺陷的试验研究54-76
• 4.1 试验系统与试验方案54-60
• 4.1.1 试验系统及仪器设备54-56
• 4.1.2 试验方案56-59
• 4.1.3 信号采集与处理59-60
• 4.2 试验结果分析60-74
• 4.2.1 焊缝裂纹缺陷60-65
• 4.2.2 近焊缝裂纹缺陷65-66
• 4.2.3 焊缝孔洞缺陷66-67
• 4.2.4 近焊缝孔洞缺陷67-68
• 4.2.5 多焊缝管道焊缝裂纹缺陷68-71
• 4.2.6 充水与埋地管道焊缝裂纹缺陷71-74
• 4.3 本章小结74-76
• 第五章 总结与展望76-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-83
• 附录83-86
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他科研成果86

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本文编号：333265