細(xì)徑棒材在線相控陣超聲無損檢測關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、棒材作為一種基礎(chǔ)的現(xiàn)代化工業(yè)組成部分，應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)代化國防建設(shè)做出了重大貢獻(xiàn)。但是由于棒材在鍛造和軋制過程中會(huì)出現(xiàn)縱向裂紋、橫向裂紋、鱗狀折疊等缺陷，一旦棒材在高溫、高壓、交變載荷等惡劣的使用環(huán)境中失效會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的事故，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，因而需要對(duì)棒材進(jìn)行無損檢測以確保其質(zhì)量可靠。目前，在眾多棒材無損檢測技術(shù)中，超聲無損檢測技術(shù)以其穿透性強(qiáng)、分辨率高、檢測靈敏度高、攜帶信息豐富、對(duì)人體安全無害等優(yōu)勢

2、，成為棒材缺陷檢測最為有效的手段。然而，隨著社會(huì)生產(chǎn)力的不斷提升和社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的快速發(fā)展，常規(guī)超聲棒材在線無損檢測技術(shù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化棒材檢測的需求，相控陣超聲無損檢測技術(shù)以其靈活、快速、準(zhǔn)確、電子化等優(yōu)勢，成為棒材在線超聲無損檢測的研究熱點(diǎn)?；谝陨媳尘埃菊撐慕Y(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“圓柱類部件高性能自動(dòng)化相控陣超聲成像檢測理論與技術(shù)的研究”(NO.51675480)，提出開展細(xì)徑棒材在線相控陣超聲無損檢測關(guān)鍵技術(shù)的研究。在研究細(xì)

3、徑棒材相控陣超聲無損檢測基礎(chǔ)理論以及實(shí)現(xiàn)凹面線型相控陣超聲換能器聲場建模的基礎(chǔ)上，對(duì)直入射凹面線型相控陣超聲換能器參數(shù)進(jìn)行分析及仿真優(yōu)化，并結(jié)合相控陣超聲無損檢測技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)，通過開展基于相控陣超聲的細(xì)徑棒材在線無損檢測技術(shù)的研究，研發(fā)相應(yīng)的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)細(xì)徑棒材輪廓和缺陷的檢測。同時(shí)，還進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,為細(xì)徑棒材的自動(dòng)化在線超聲無損檢測打下必要的技術(shù)基礎(chǔ)。具體研究工作包括:
　　第一章，論述了棒材的重要作用以及對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)

4、發(fā)展的重要意義，總結(jié)分析了棒材無損檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，指出了細(xì)徑棒材相控陣超聲無損檢測技術(shù)在線應(yīng)用的優(yōu)勢，明確了本文的研究內(nèi)容，為后續(xù)章節(jié)的研究指明了方向。
　　第二章，根據(jù)惠更斯原理，實(shí)現(xiàn)了相控陣超聲換能器聲束的聚焦、偏轉(zhuǎn)以及聚焦加偏轉(zhuǎn)的電子掃查，分析了超聲波在水鋼界面入射時(shí)發(fā)生的反射、折射和波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，并根據(jù)細(xì)徑棒材的缺陷種類提出了相應(yīng)的檢測方式。此外，采用解析法推導(dǎo)出了凹面線型相控陣超聲換能器的聲壓分布公式，完

5、成了該類相控陣換能器聲場的理論建模，并根據(jù)換能器參數(shù)選擇的優(yōu)化目標(biāo)，研究了相鄰陣元對(duì)應(yīng)的圓心角、陣元寬度、動(dòng)態(tài)陣元總數(shù)以及工作頻率對(duì)凹面線型相控陣超聲換能器性能的影響。
　　第三章，在對(duì)細(xì)徑棒材的外形輪廓檢測方式介紹的基礎(chǔ)上，完成了超聲回波信號(hào)的包絡(luò)提取，并對(duì)超聲波在耦合水中的聲速進(jìn)行了溫度補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)徑棒材外形輪廓的精確測量。同時(shí)，在對(duì)直入射和斜入射凹面線型相控陣超聲換能器的檢測聲場理論分析的基礎(chǔ)上，通過建立棒材縱向和橫向裂

6、紋缺陷模型，開展了細(xì)徑棒材缺陷相控陣超聲檢測的仿真研究，為后續(xù)的研發(fā)提供了進(jìn)一步的理論支撐。
　　第四章，完成了細(xì)徑棒材相控陣超聲無損檢測系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)，明確了超聲無損檢測系統(tǒng)的目標(biāo)功能，規(guī)劃了系統(tǒng)的總體實(shí)施方案，根據(jù)分布式系統(tǒng)體系架構(gòu)，完成了硬件模塊、軟件模塊的開發(fā)和整個(gè)系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)了細(xì)徑棒材在線相控陣超聲無損檢測原理樣機(jī)的研發(fā)，并且通過對(duì)設(shè)置有人工缺陷的棒材進(jìn)行缺陷檢測實(shí)驗(yàn)研究，證實(shí)了本論文所研發(fā)理論與技術(shù)的可行性。<