焊缝缺陷的超声检测与定位系统研究

论文摘要

随着焊接技术的飞速发展,焊接结构越来越多的应用于现代工业的连接和密封,焊接接头的可靠性将直接影响整体结构的质量和安全。由于焊接接头往往承受高温,高压或者兼有腐蚀的严酷环境,因此很可能在服役期内便发生应力集中甚至失效断裂。为了避免灾难的发生,世界各国都非常重视对大型结构件进行无损检测和在役焊缝的寿命评估。由于现场检测时仍然存在着:检测数据难以存储,容易发生漏检,缺陷定位困难和检测结果因人而异等问题。因此,开发出一套能够克服以上困难的便携式数字化超声检测系统成为了科研人员的研究热点和难题。本文以解决上述实际工程问题为出发点,开发一套超声波检测系统。此系统通过USB接口与移动电脑互联实施现场检测,这大大的扩展了其使用范围。从结构上,本系统分为超声波信号采集和超声波换能器定位传感两部分;从功能上,本系统通过调用接口函数将采集到的超声波信号和探头位置信号有机结合起来,不仅能够在检测过程中实时显示超声探头的行走路径,而且可以自动生成缺陷俯视图和侧视图。这些功能较好的解决了检测中缺陷信息的获取问题,并且实现了直观的缺陷的定位和形貌描述。此外数字化存储功能为数据的后续处理和焊缝的寿命评估提供了可靠的依据。为了验证系统精度和实际应用价值,利用组建起的超声检测系统分别对人工缺陷和实际焊缝进行了扫查。人工缺陷检测结果表明系统精度满足检测要求;分析对比了实际焊缝缺陷的X射线检测图像、超声衍射时差及本系统检测的图像,表明本研究的检测系统能够实现缺陷的检测与定位,并能在一定程度上弥补射线法和TOFD法的不足,具有很好的实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 超声波无损检测仪器发展概况
• 1.3 超声波无损检测方法发展概况
• 1.4 本课题研究的主要内容和实施方案
• 第2章 便携式数字化超声检测系统的构成和分析
• 2.1 引言
• 2.2 超声波检测的物理基础
• 2.3 超声波成像方法介绍
• 2.3.1 超声A 型扫描
• 2.3.2 超声B 型扫描
• 2.3.3 超声C 型扫描
• 2.4 单斜探头矩型扫查及缺陷显示方式
• 2.5 焊缝超声检测系统介绍
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于USB 接口的超声波检测系统及软件开发
• 3.1 引言
• 3.2 硬件结构
• 3.2.1 前端模拟电路
• 3.2.2 模数转换芯片
• 3.2.3 FPGA 控制芯片
• 3.2.4 USB 接口芯片
• 3.3 接口函数
• 3.4 软件开发
• 3.5 系统检测性能测试
• 3.5.1 直探头性能验证
• 3.5.2 斜探头性能验证
• 3.6 本章小结
• 第4章 超声波探头二维定位系统及软件开发
• 4.1 引言
• 4.2 超声波探头二维定位传感器
• 4.2.1 定位传感器的性能要求
• 4.2.2 常用传感方式的特点和比较
• 4.2.3 红外传感芯片的特征曲线
• 4.3 红外线传感电路组建
• 4.3.1 传感器电路设计
• 4.3.2 传感器电路的A/D 转换和软件调用
• 4.4 传感器输出量曲线拟合和精度评价
• 4.4.1 原始测量数据的曲线拟合
• 4.4.2 测量结果的精度评价
• 4.5 本章小结
• 第5章 焊缝缺陷检测系统
• 5.1 引言
• 5.2 位置信号离散化与超声波信号存储
• 5.3 人工缺陷视图的坐标系建立及公式推导
• 5.3.1 直探头扫查
• 5.3.2 斜探头扫查
• 5.4 软件流程图与操作界面
• 5.5 人工缺陷的检测
• 5.5.1 直探头的横通孔检测
• 5.5.2 斜探头的横通孔检测
• 5.6 实际焊缝检测及精度验证
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢