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超声波探伤仪对无缝钢管缺陷检测的应用研究

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摘要

1 引言

1.1 选题背景与意义

1.2 无损检测概述

1.3 超声检测

1.4 涡流检测

1.5 本文主要研究内容

2 研究方法

2.1 超声与涡流检测的主要技术参数

2.2 裂纹缺陷的检测对比

2.3 分层缺陷的检测对比

2.4 翘皮缺陷的检测对比

3 探头参数与数据采集

3.1 超声波的透射和反射规律

3.2 超声波的衰减规律

3.3 确定超声波检测系统探头与参数

3.4 探头扫查方式

3.5 数据采集系统

4 无缝钢管中的缺陷与超声波形对比

4.1 无缝钢管中的缺陷类型

4.2 钢管中缺陷的超声波形分析

4.3 超声波检测系统对钢管进行检测的可靠性分析

4.4 小结

5 探头性能测试与TCG曲线的绘制

5.1 超声波探头声束的覆盖率

5.2 探头性能测试

5.2.1 探头性能的测试方法

5.2.2 补偿后TCG曲线的绘制

6 对噪声信号的分析处理

6.1 常见噪声的特性分析

6.2 传统滤波方式的分析

6.3 超声波信号的滤波方法

6.4 小波分析法

6.4.1 小波分析法与超声信号的关系

6.4.2 小波变换与傅里叶变换

6.4.3 小波变换理论分析

6.4.4 多分辨率分析法

6.4.5 马拉特算法分析

6.5 小波域滤波方法的分析

6.5.1 模极大值重构滤波

6.5.2 阈值滤波

6.5.3 空域相关滤波

6.6 在LabVIEW上进行超声数据去噪模块程序设计

6.7 小结

7 结论与展望

参考文献

作者简历

致谢

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摘要

采用拉拔、轧制、挤压或者穿孔等方法生产的无缝钢管表面没有接缝,与焊管相比有其独到的优势,其技术性能、质量标准和生产成本的消耗都使之呈现出较强的市场竞争力。当今工业中无缝钢管主要应用于液体的输送,在汽车、建筑、桥梁及航空等工业领域被广泛应用,但是有缺陷的钢管往往在工程中造成严重的人身财产安全威胁,所以其质量问题也日渐受到人们的重视,超声检测也由此因其准确、高效、无损伤等优点而进入人们的视线。
  本文首先对超声检测的理论基础进行介绍。超声波因其在介质中传播的诸多特性而被拿来用作探伤,例如其在介质中反射、折射、散射、衍射、衰减、声速以及谐振等的变化可以测知物体的尺寸、表面、组织、内部缺陷等变化。对于常用的超声波横波、纵波以及双晶探头分别在结构与功能上进行研究,并且通过比对最终选择于本课题最为适用的探头为实验对象。
  通过对超声波的透射、反射和衰减等规律的分析,结合相关公式与检测要求,在经过计算比对后,确定探头的工作频率、灵敏度、晶片直径等参数,使其能够完成对无缝钢管的高准确率的检测。然后再经过对有缺陷钢管的实际检测,确定探头检测时的扫查方式,使得超声波探头的声束覆盖率达到最大化的应用,尽量避免漏检的情况发生,使资源能够得到最高效的利用。数据采集方面则要考虑到实际检测时的一些要求,需要实现其多通道、高分辨率等,通过对市面相关产品性价比的对比最后选择美国NI公司生产的PXI-5105来作为本课题的数据采集卡,并通过软件平台完成其对超声波信号的采集处理功能的设计。
  无缝钢管中比较常见的一些危害性缺陷如裂纹、分层等,对其成因与特征作了详细的分析研究,并且列出这些常见缺陷的典型缺陷波型。通过裂纹与分层缺陷的典型试样,对检测到的回波信号与缺陷波形相比对,对探头的检测结果可靠性进行了分析,最后得出实验室条件下检测结果准确可信的结论。之后通过带平底孔的试样对探头进行标定并绘制其TCG补偿曲线。
  由于被检测物本身的区别或者耦合剂的不同,再者由于背景环境,往往在实际的检测工程中造成很多与有效信号相叠加的噪声信号,严重者致使检测结果无效,所以对采集信号的去噪处理也很重要。本文对常见的干扰噪声特点进行分析,并对传统的滤波方式加以介绍。再此基础上引入了频谱分析法、小波分析法等常用的超声滤波方法。其中小波分析法又因其在超声波去噪上的优势而被采用,本文通过其与傅里叶变换的结合接连引入模极大值重构滤波、阈值滤波与空域相关滤波等方法,这几种滤波方法在经过定性的比较之后得出最为满意的方案。小波域阈值滤波法有滤波效果好并且计算量小的优点,因此成为最好选择。最后是在LabVIEW软件平台上完成对超声数据的去噪模块的设计,验证得到满意的效果。

著录项

  • 作者

    刘成果;

  • 作者单位

    河北农业大学;

  • 授予单位 河北农业大学;
  • 学科 机械工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 孙维连;
  • 年度 2014
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 TG115.285;
  • 关键词

    超声波探伤仪; 无缝钢管; 缺陷检测;

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