環(huán)形焊縫自動化在線超聲TOFD成像檢測技術的研究.pdf

1、管道被譽為是現(xiàn)代工業(yè)和人類生活的大動脈，而環(huán)形焊接是管道應用的基礎，對保衛(wèi)國家能源安全，保障經濟建設和居民生活具有巨大影響。焊縫作為管道最脆弱的部分，是決定管線建成后安全、有效和穩(wěn)定運行的關鍵因素，因此對無損檢測技術有強烈的需求。在眾多的無損檢測技術中，超聲衍射時差(Time of Flight Diffraction，TOFD)成像檢測技術經過多年發(fā)展，具有突出的技術優(yōu)勢，成為了焊縫質量評價的重要手段，采用人工方式實施的技術已經成熟并

2、得到了廣泛應用。但是，隨著管道應用的規(guī)?；?、尺寸的大型化以及鋪設的高空化或地下化，使得環(huán)形焊縫檢測工作量巨大，任務更為艱巨和危險，人工檢測技術已日益表現(xiàn)出難以滿足這種發(fā)展需求，必須發(fā)展自動化超聲TOFD成像檢測技術。為此，本文結合國家自然科學基金項目“基于旋轉聲場的高性能自動化在線超聲無損檢測理論與實踐研究”(NO.51175465)，提出開展環(huán)形焊縫自動化在線超聲TOFD成像檢測技術的研究。根據環(huán)形焊縫自動化在線超聲TOFD檢測的特點

3、，在建立基于水膜耦合的超聲TOFD檢測模型的基礎上，發(fā)展一種提高超聲TOFD檢測信號時間分辨率的方法，精確檢測水膜耦合環(huán)境下超聲TOFD檢測信號的波達時間，并結合圖像處理以及拉直與校正處理等技術手段，完成高質量的環(huán)形焊縫超聲TOFD B和D掃描自動化成像，進而實現(xiàn)焊縫缺陷的定量檢測。同時，成功研發(fā)了一套環(huán)形焊縫自動化在線超聲TOFD成像檢測系統(tǒng)，達到焊縫在線質量監(jiān)控與評價的實用化水平。具體研究工作包括:
　　第一章，論述管道運輸對

4、國民經濟和人類生活的巨大影響以及開展環(huán)形焊縫自動化在線超聲TOFD成像檢測的重要意義。系統(tǒng)分析超聲TOFD成像檢測技術的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，并結合自動化檢測的特點，明確環(huán)形焊縫自動化在線超聲TOFD成像檢測所要解決的問題，為本文的研究指明方向。
　　第二章，在明確超聲TOFD成像檢測原理的基礎上，分析相關超聲TOFD檢測信號的特性以及超聲TOFD探頭的聲束覆蓋范圍和頻率分布，并提出環(huán)形焊縫自動化在線超聲TOFD成像檢測系統(tǒng)的功能

5、目標，完成其總體方案的設計，明確有待解決的關鍵技術。
　　第三章，根據自動化在線檢測的特點，在建立基于水膜耦合的超聲TOFD檢測理論模型的基礎上，推導相關檢測信號波達時間和缺陷定量的計算方法，并發(fā)展了一種基于裂譜子帶分解與SpaRSA算法的反卷積稀疏化技術，提高超聲TOFD檢測信號的時間分辨率，從而精確確定水膜耦合環(huán)境下超聲TOFD檢測信號的波達時間，為實現(xiàn)環(huán)形焊縫自動化在線超聲TOFD成像檢測奠定必要的技術基礎。
　　第四

6、章，完成環(huán)形焊縫超聲TOFD的B和D掃描自動化成像，實現(xiàn)對成像結果的拉直與校正處理，并進一步采用幅度變跡合成孔徑聚焦技術和反卷積稀疏化技術分別改善圖像橫向和縱向分辨率，達到友好表征超聲TOFD成像結果的目的。
　　第五章，基于分布式體系結構和模塊化設計策略，采用便攜式計算機作為上位機及ARM+FPGA為現(xiàn)場中心測控單元，在完成硬件部分、軟件部分和機械掃查裝置等關鍵模塊開發(fā)的基礎上，成功研發(fā)了一套環(huán)形焊縫自動化在線超聲TOFD成像檢