文档介绍：大连理工大学
材料科学与工程学院
硕士研究生学位论文中期报告
姓名:瞿宁
学号:21005092
专业:生物医学工程
ASS焊缝相控阵超声检测
聚焦特性的研究
指导教师:陈军(副教授)
林莉(教授)
填表日期:2012年7月3日
1、中期报告摘要
壁厚为66-99mm离心铸造奥氏体不锈钢(Centrifugally Cast Austenitic Stainless ASS)由于晶粒粗大造成声束在传播过程中严重衰减,产生结构噪声,降低了超声检测的信噪比和灵敏度。界面散射波以及声束在界面处的波型转换会在检测时产生背景噪声和伪像。这些背景噪声和伪像对超声相控阵的成像造成强烈的干扰作用,引起缺陷的误判和定位不准。
相控阵超声检测技术的电子聚焦能力为解决这一难题提供了新的思路和方法。相控阵超声检测技术采用电子方法控制声束聚焦和扫描,可以在不移动或少移动探头的情况下进行快捷的扫查,提高检测速度,通过优化控制焦点尺寸、焦区深度和声束方向,可使检测分辨力、信噪比和灵敏度等得到极大提高。但是,对于常用的超声相控阵聚焦理论,一般采用均匀介质中的声传播规律,即假定待检介质的背景为均匀介质,声波沿直线传播,遇到缺陷后发生反射并被换能器阵列接收,在这种假定下采用单一的波包速度计算时间延迟来进行聚焦发射和聚焦接收处理。这些假定条件对于均质的各向同性材料而言,成像得到明显优化。但是对于声速各向异性的非均质材料(离心铸造奥氏体不锈钢)而言,未必与真实情况相符,可能会使声束偏离,导致聚焦效果差,甚至不能聚焦。
对于非均质的离心铸造奥氏体不锈钢焊缝,材料声速是变化的,如图1是三种不同均质程度材料(由声速变化的范围表示)对超声声束的的影响示意图。由图1可知,随着材料的非均质程度的增加,超声声束的焦点发生了明显了偏离。本论文对离心铸造奥氏体不锈钢材料不同位置声速进行了测量,ASS焊缝材料的声速波动范围远远大于3%(5023m/s—5931m/s),ASS材料的传播过程中散射严重,对相控阵超声声束的聚焦特性有较大的影响,可能降低检测的信噪比和灵敏度。
图1 声束在弹性各向异性介质中传播时产生的扭曲(5MHz)
(a)声速无变化;(b)声速变化1%;(c)声速变化3%
本论文通过实验与模拟相结合的研究方法,探究超声相控阵在离心铸造奥氏体不锈钢中的聚焦特性,对离心铸造奥氏体不锈钢的相控阵超声检测中聚焦参数的设定提供指导,从而提高检测信噪比和灵敏度。
2、论文工作已经取得的主要研究成果
论文前一阶段的工作重点主要是对相控阵聚焦参数进行了优化,重点研究了各个聚焦参数对奥氏体不锈钢焊缝检测的影响,并且结合仿真模拟对影响原因进行了简要分析。
相控阵超声检测聚焦能力对检测空间分辨率和对比度分辨率有重要影响,对奥氏体不锈钢焊缝超声检测研究具有重要意义。而相控阵聚焦参数的设定对相控阵的聚焦能力有较大的影响。ASS焊缝超声检测而言,由于材料(离心铸造奥氏体不锈钢)的不均匀性,可能会严重降低相控阵的聚焦效果,从而影响相控阵超声检测系统的检测结果。
本文主要研究了相控阵超声聚焦参数对相控阵图谱和对重点指标参量(信噪比、幅度等)的影响,并且对相关影响结果进行了分析,寻找聚焦参数对检测结果的影响规律。研究不仅为相控阵超声聚焦参数的调整提供了基础,也为进一步探讨离心铸造