基于相控阵检测技术的承压小径管焊缝缺陷信号图像重构方法研究

发布时间：2020-09-04 15:43

　　承压小径管在石油化工管道、蒸汽热水锅炉中被广泛用于传输流体介质,其管路中常以对接环焊缝为典型的连接。它们长期服役在高温、高压等恶劣环境,对接环焊缝的焊接缺陷容易诱发泄漏、爆炸等灾难性后果。因此,按标准规程对这些焊缝进行检验检测,显得尤其重要。超声相控阵检测技术是最近兴起的无损检测新的检测手段,可用于检测承压小径管的焊缝内部缺陷,它比常规脉冲超声检测的检测速度更快,而且检测灵敏度也更高。在实际使用过程中,超声相控阵设备根据A-SCAN波形,按幅值成C扫、线扫、扇形扫查等图形化结果表征焊接缺陷。从信号角度上来说,这是时间域上的成像方法。由于管道结构的原因,检测过程中产生的噪声是不可避免的,由此可能造成信号成像不佳,从而使检测结果错误。因此,针对超声相控阵检测设备信号成像方法展开研究。分析了超声相控阵工作原理及数字信号处理方法,介绍了相位延迟、动态聚焦、声学性能、信号去噪等关键技术;采用CIVA仿真软件,对小径管超声相控阵检测工艺进行研究,得到探头声场分布,动态聚焦,扇扫成像等模型,为实际检测提供依据;制备出典型缺陷工件,采用SUPOR-32P超声成像检测仪,检测得到原始数据文件,提取A-SCAN波形,采用MATLAB软件,在时域上进行小波重构和去噪,在模态经验分解方法的基础上,提取本征模态函数,进行重构数据;最后,完成了处理后的信号重构。本文的创新之处体现在:提出了一种针对超声相控阵检测设备的信号处理方法,特点是对检测信号进行消噪平滑处理,去除噪声,再将原来的信号重新展现出来,可以非常直观的与未处理信号进行比对。相关研究成果,对及时发现潜在缺陷,提高检测效果有十分重要的意义。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG441.7
【部分图文】：

聚焦原理,相控,阵元

华南理工大学工程硕士学位论文20[1 1 ( ) ]fnF n dt tc F + + (1-2)上式中，n—阵元序号；d—阵元中心间距；c—介质声速；F-焦距；t0—足够大的时间常数[14]。接收聚焦法则如图 1-2（b）所示，同样通过延迟规律，把每个阵元接受到的时间差通过换算得到聚焦点的信息。

示意图,相位量化,波瓣,误差

华南理工大学工程硕士学位论文图 1- 4 可变孔径原理示意图（4）动态变迹动态变迹技术可以通过改变主瓣和旁瓣的相对尺寸以及瓣叶的角度来抑制旁瓣并提高分辨率。旁瓣在旁瓣图中产生，主要是因为换能器元件由相同幅度的相同电脉冲激励[19]。由于相位延迟存在相位量化误差从而引起副瓣，图 1-5 所示可以看出由于存在相位量化误差引起的旁瓣的效应，这是在 32 阵元下产生的效果示意图。

小径管,小径管焊缝,建模,参数

过程和结果分析，包括不同探头参数和位缺陷形状和检测图像分析[26]。场模拟模及检测建模料，尺寸，声速等的参数如表 2-1：表 2-1 参数表名称参数材质碳钢缝中横波声速 3280 m/密度 7900 g/c径管尺寸长 Φ89 5 所示。

【参考文献】