未来聚变堆真空室复杂焊缝相控阵超声检测关键技术研究
发布时间：2023-11-25 07:03
CFETR(中国聚变工程实验堆)是中国的下一代先进托卡马克装置,直接面对高温等离子体的真空室是其最核心的部件之一。为了发展、掌握未来聚变堆真空室设计和制造过程中的一系列关键技术问题,在国家磁约束核聚变能发展研究专项的支持下,中科院等离子体物理研究所开展了“大型重载复杂轮廓双层真空室成型焊接及装配关键技术研究”的工作。本论文针对上述专项中真空室复杂焊缝自动化无损检测技术难题,基于ITER真空室的设计、研制和规模生产技术经验,结合我国EAST工程运行经验及目前工业生产的实际情况,开展了CFETR真空室复杂焊缝相控阵超声检测关键技术的研究工作,主要工作包括焊接接头组织和性能分析、相控阵探头选型、检测系统研制、检测参数优化和检测系统能力验证等。论文首先通过文献调研,总结了奥氏体不锈钢焊缝超声波检测的国内外研究现状,指出了真空室焊缝超声波检测存在的问题。综合金相、显微硬度和实验测试等方法,分析了真空室焊接接头的组织特征和声学性能。其次,采用理论分析、仿真和试验验证相结合的方法,深入研究了相控阵探头的声场理论和成像质量理论,完成了相控阵探头的选型和检测参数的优化工作。最后,针对真空室预研件的制造现...
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 聚变能源发展的必要性
1.2 托卡马克装置发展现状
1.2.1 托卡马克装置
1.2.2 中国聚变工程实验堆CFETR
1.2.3 CFETR真空室的制造以及无损检测需求
1.3 奥氏体钢焊缝超声检测难点及其研究进展
1.4 相控阵超声检测技术
1.4.1 相控阵超声检测技术概述
1.4.2 相控阵超声检测技术的发展
1.5 论文工作的意义及内容安排
第2章 真空室焊接接头组织特征与声学性能
2.1 试验材料
2.2 焊接接头组织与显微硬度
2.2.1 试验方案
2.2.2 试验结果与分析
2.2.3 316L氩弧焊焊缝凝固模式讨论
2.3 焊接接头声速与衰减特性
2.3.1 超声波的传播速度和衰减理论
2.3.2 试验方案
2.3.3 试验结果与讨论
2.4 焊接接头超声可检性初步研究
2.4.1 试验方案
2.4.2 试验结果与讨论
2.5 本章小结
第3章 相控阵超声探头关键技术研究
3.1 相控阵探头基本理论
3.1.1 超声相控阵探头类别
3.1.2 超声相控阵探头结构参数
3.2 超声探头的声场辐射理论
3.2.1 单源矩形探头的辐射声场
3.2.2 阵列相控阵探头的辐射声场
3.2.3 阵列参数对声场的影响
3.3 相控阵探头近场区长度
3.3.1 无楔块相控阵探头的近场区长度
3.3.2 楔块偏转声场的近场区长度解析计算
3.4 折射纵波检测扇形扫查角度范围
3.5 相控阵超声检测成像质量
3.5.1 空间分辨力及其影响因素
3.5.2 伪像问题
3.6 本章小结
第4章 相控阵超声检测关键参数优化
4.1 相控阵探头选型
4.1.1 线阵相控阵探头
4.1.2 双晶面阵相控阵探头
4.2 线阵相控阵探头聚焦参数优化
4.2.1 无楔块下声场特征
4.2.2 零度楔块聚焦参数优化
4.2.3 斜楔块下聚焦参数优化
4.3 双晶面阵相控阵探头聚焦参数优化
4.3.1 无延时法则下声场特征
4.3.2 不同聚焦深度声场特征
4.3.3 聚焦法则优化
4.4 相控阵检测工艺优化
4.5 相控阵检测脉冲宽度优化
4.5.1 脉冲宽度理论
4.5.2 脉冲宽度优化结果与分析
4.6 本章小结
第5章 真空室典型焊接接头相控阵超声检测工艺
5.1 检测系统研制
5.1.1 相控阵主机
5.1.2 数据采集与分析软件
5.1.3 探头系统
5.1.4 扫查架
5.1.5 试块
5.2 聚焦法则与扫查设置
5.2.1 T型焊接接头
5.2.2 对接焊接接头
5.3 校准
5.3.1 阵元一致性校准
5.3.2 楔块角度、探头前沿校准
5.3.3 TCG校准
5.4 灵敏度设置和验收规范
5.4.1 灵敏度衰减补偿实验
5.4.2 验收规范
5.5 对接焊缝相控阵检测能力验证
5.5.1 能力验证试块设计与加工
5.5.2 试验结果与分析
5.6 本章小结
第6章 全文总结与展望
6.1 主要研究内容
6.2 论文创新点
6.3 未来工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3867503
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 聚变能源发展的必要性
1.2 托卡马克装置发展现状
1.2.1 托卡马克装置
1.2.2 中国聚变工程实验堆CFETR
1.2.3 CFETR真空室的制造以及无损检测需求
1.3 奥氏体钢焊缝超声检测难点及其研究进展
1.4 相控阵超声检测技术
1.4.1 相控阵超声检测技术概述
1.4.2 相控阵超声检测技术的发展
1.5 论文工作的意义及内容安排
第2章 真空室焊接接头组织特征与声学性能
2.1 试验材料
2.2 焊接接头组织与显微硬度
2.2.1 试验方案
2.2.2 试验结果与分析
2.2.3 316L氩弧焊焊缝凝固模式讨论
2.3 焊接接头声速与衰减特性
2.3.1 超声波的传播速度和衰减理论
2.3.2 试验方案
2.3.3 试验结果与讨论
2.4 焊接接头超声可检性初步研究
2.4.1 试验方案
2.4.2 试验结果与讨论
2.5 本章小结
第3章 相控阵超声探头关键技术研究
3.1 相控阵探头基本理论
3.1.1 超声相控阵探头类别
3.1.2 超声相控阵探头结构参数
3.2 超声探头的声场辐射理论
3.2.1 单源矩形探头的辐射声场
3.2.2 阵列相控阵探头的辐射声场
3.2.3 阵列参数对声场的影响
3.3 相控阵探头近场区长度
3.3.1 无楔块相控阵探头的近场区长度
3.3.2 楔块偏转声场的近场区长度解析计算
3.4 折射纵波检测扇形扫查角度范围
3.5 相控阵超声检测成像质量
3.5.1 空间分辨力及其影响因素
3.5.2 伪像问题
3.6 本章小结
第4章 相控阵超声检测关键参数优化
4.1 相控阵探头选型
4.1.1 线阵相控阵探头
4.1.2 双晶面阵相控阵探头
4.2 线阵相控阵探头聚焦参数优化
4.2.1 无楔块下声场特征
4.2.2 零度楔块聚焦参数优化
4.2.3 斜楔块下聚焦参数优化
4.3 双晶面阵相控阵探头聚焦参数优化
4.3.1 无延时法则下声场特征
4.3.2 不同聚焦深度声场特征
4.3.3 聚焦法则优化
4.4 相控阵检测工艺优化
4.5 相控阵检测脉冲宽度优化
4.5.1 脉冲宽度理论
4.5.2 脉冲宽度优化结果与分析
4.6 本章小结
第5章 真空室典型焊接接头相控阵超声检测工艺
5.1 检测系统研制
5.1.1 相控阵主机
5.1.2 数据采集与分析软件
5.1.3 探头系统
5.1.4 扫查架
5.1.5 试块
5.2 聚焦法则与扫查设置
5.2.1 T型焊接接头
5.2.2 对接焊接接头
5.3 校准
5.3.1 阵元一致性校准
5.3.2 楔块角度、探头前沿校准
5.3.3 TCG校准
5.4 灵敏度设置和验收规范
5.4.1 灵敏度衰减补偿实验
5.4.2 验收规范
5.5 对接焊缝相控阵检测能力验证
5.5.1 能力验证试块设计与加工
5.5.2 试验结果与分析
5.6 本章小结
第6章 全文总结与展望
6.1 主要研究内容
6.2 论文创新点
6.3 未来工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3867503
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