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1、毕业设计（论文）题目： 对接焊缝的超声相控阵检测及图谱分析 系 别 测试与光电工程学院专业名称 测控技术与仪器班级学号 学生姓名 指导教师 二O一三 年 六 月 学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：2013年5月28日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，
2、同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名： 日期：导师签名： 日期：对接焊缝的超声相控阵检测及图谱分析 摘要：焊缝连接结构在工业领域得到广泛的应用，焊接成形过程中可能存在各种内部缺陷，这些缺陷会使钢材料的性能大幅下降。超声相控阵可以调节的声束角度和聚焦深度，实现了复杂结构件和盲区位置缺陷的检测。已经被越来越多的工程检测所采用。然而相控阵形成的有些缺陷图像特征并不是很明显，难于直接用肉眼研究观察得到其特征。 本文通过研
3、究超声相控阵检测在缺陷下所呈现出的图像，并对图像特征进行分析。通过A 扫描和S 扫描相结合，超声相控阵的检测方法能够有效地识别对接焊缝中的缺陷。本文提出的相控阵图像图谱特征分析方法能够有效对接板焊缝缺陷进行定性，检测灵敏度和检测准确性较超声检测得到大大提高，这为相控阵检测方法的推广应用提供有力的支持。关键词：超声相控阵 对接焊缝 缺陷检测 缺陷图像特征分析 指导老师签名：DetectionofUltrasonicPhasedArrayforButtWeld and mapping analysisName: Liu Zhihao Class: 090814Supervisor: Lu Chao
4、Abstract：With the advantages of high mechanical properties, welding and good sealing performance, ease of disassembly, light weight, short production cycle, Steel has been widely used in industries such as shipbuilding, aviation, machinery, transportation. Steel welding forming process may exist wit
5、hin a variety of defects, which may cause a substantial decline in performance of the steel material.This article through the study of ultrasonic phased array testing defect in the rendered image, and image features for analysis.Through the combination of A-scan and S-scan ultrasonic phased array te
6、sting method to effectively identify defects in the butt are image grey scale characteristics. Presented phased array image texture feature extraction method of effective combination of weld defect characterization, detection sensitivity and detection accuracy is greatly increased relative to ultras
7、onic testing, this application provides for phased array testing method of strong support.Keywords: Ultrasonic phased array technology, radiographic testing, steel, butt weld, image feature extraction Signature of Supervisor:目录1 绪论11.1课题研究背景和意义11.2研究现状21.2.1钢制焊缝应用21.2.2相控阵检测的优点3 1.2.3 相控阵的检测历史及发展1.3
8、主要研究内容42 超声相控阵检测原理72.1超声相控阵基本原理72.2超声相控阵检测系统83 对接焊缝超声相控阵检测的要求和方法103.1 钢制对接焊缝缺陷试块103.1.1实验用焊缝缺陷试块103.1.2试验用检测仪器103.2 对接焊缝的检测方法研究3.3 本章小结4对接焊缝常见缺陷的超声相控阵图谱分析18 4.1 常见缺陷的识别与图谱对比分析5 总结19致 谢20参考文献211 绪论1.1课题研究背景和意义材料、能源与信息是人类文明的三大支柱，其中材料是物质基础。在各种材料中，结构材料是人类最早使用且最广泛使用的基础材料，人类的生产和生活须臾不可离开结构材料。钢铁材料是人类使用最为广泛的
9、最重要的结构材料之一。铁在地壳中的丰度约为5%，仅次于氧（49%）、硅（26%）和铝（7%），而在地心中的含量有可能超过90%，其资源十分丰富。而相对于铝较高的化学活泼性而言，铁的化学活泼性适中，这使得铁矿的开采和钢铁的冶炼生产均非常方便，生产成本及销售价格相当低廉。同时，钢铁材料具有各种优良的性能特别是力学性能，可以充分满足人类生产和生活对结构材料的性能需要。因此，自从3000年以前人类分地区逐步进入铁器时代以来，钢铁材料在人类的生产和生活中一直扮演了最重要的结构材料的角色，我们目前乃至今后相当长的一段时间仍将处于铁器时代。 雍岐龙. 钢铁结构材料中的第二相M. 冶金工业出版社, 2006.
10、焊接是指以适当的物理化学方法，使两个原本分离的固体产生原子间的结合力，达到实现连接的一种技术方法。钢制对接焊缝焊接以其强度高、重量轻、塑性和韧性好、材质均应，制造方便、密封性好等优异特点，已经得到了非常广泛的应用。焊接结构是采用焊接方法加工而成的工程结构， 通常由型钢和钢板等制成的筒体、梁、柱、桁架等结构组成， 广泛应用于锅炉、容器、管道、机械、桥梁、船舶等制造行业。用焊接方法加工的结构易产生较大的焊接变形和焊接残余应力， 从而影响结构的承载能力、加工精度和尺寸稳定性。在焊接接头中存在着一定梳理的缺陷， 如裂纹、气孔、夹渣、未焊透、未熔合等， 这些缺陷的存在会降低焊件强度， 引起应力集中， 造
11、成焊接结构破坏。同时， 焊缝成分及金相组织与母材不同， 接头部位经历热循环不同， 使接头不同区域的性能不同。以上三部分均会影响焊接结构的完整性及安全性， 采用适当的无损检测方法对焊接结构进行检测有利于保证焊接结构安全性及可靠性。 李亚江, 王娟. 焊接原理及应用 M. 化学工业出版社, 2009.相控阵超声波检测作为一种独特的技术得到开发和应用，在21世纪初已进入成熟阶段。上世纪80年代初，相控阵超声波技术从医疗领域跃入工业领域。80年代中期，压电复合材料的研制成功，为复合型相控阵探头的制作开创新途径。90年代初，欧美将相控阵技术作为一种新的无损评价（NDE）方法，编入超声检测手册和无损检测工
12、程师培训教程。自1895年至1992年，该技术主要用于核反应压力容器（管接头）、大锻件轴类，及汽轮机部件的检测。文中侧重于研究超声相控阵检测技术在对接焊缝检测方面的实际应用，采用超声相控阵检测扇形扫查，有效地检出钢制对接焊缝中的多种面积型和体积型缺陷。通过对比A，B两种显示，为缺陷定位、定量、定性提供丰富的信息源。 李海华. 应用超声相控阵检测技术对钢制对接焊接接头的检测实例与分析研究D. 中国石油独山子石化公司 压力容器检验所, 2008.1.2研究现状1.2.1 钢制焊缝的应用由于铁矿的丰富，开采和钢铁的冶炼生产均非常方便，生产成本及销售价格相当低廉，以及钢铁材料各种优良的力学性能，使得钢
13、铁工业在整个国民经济的发展过程中起到了举足轻重的作用。日本大量将焊接无裂纹钢用于制造城市液化气的球罐，焊接这类刚时采用超低氢焊材后，甚至在焊接板厚50mm以下或在0时都可以焊前不预热。WCF-80钢是我国继WCF-62之后，与“七五”末期开发的焊接裂纹敏感性小的高强度焊接结构，这种钢具有很高的抗冷裂性能和低温韧性，主要用于大型水电、石化和露天煤矿等。抗拉强度为700MPa的高强度钢具有良好的冲击韧性，可用于低温焊接结构；抗拉强度为800MPa的高强度钢一般工程机械和矿山机械中使用；而超过1000MPa的高强度钢一般使用于工程机械高强度耐磨件、核动力设备及航海、航天设备上。对于大型工程机械，欧美
14、、日本等国家以先后逐步采用抗拉强度600950MPa的各类高强度结构钢和抗拉强度1080MPa、1270MPa的高强度耐磨钢。我国改革开放以来，通过大量技术引进，其中就有高强度焊接结构钢这类材料，这类材料在工程上应用十分广泛。这种钢通常用在工程机械的主体结构制造中，使用这种材料不仅降低了设备重量，减少能耗和原材料消耗有很大帮助，而且在提高工程机械的档次和延长设备使用寿命均有重大作用。 随着制造工艺的进步，我国也开始开发了高质量新钢种来代替进口钢种，其中就有工程机械用800MPa高强度钢、1100MPa和1300MPa高强度耐磨钢。新钢种的研制促进了相关配套焊接技术和焊材的开发，产生一批具有国际水平的新技术。为了防止焊接裂纹，高强度钢一般多采用预热焊接工艺，但预热焊对高强度钢焊接热影响区组织性能有不利影响（如软化、脆化等）。如果能在不预热条件下进行焊接，对简化焊接工艺，提高焊接接头区性能和改善工作条件有重要的意义。在不预热条件下焊接高强度钢，必须通过正确选择焊材，严格控制焊接线能量等工艺措施，解决高强度钢焊接裂纹、焊接区强韧匹配、热影响区脆化软化等一系列棘
