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bet36:0607304不銹鋼焊縫的檢測技術

作者:bet36体育网站已浏览: 144次 日期:2020-06-10

目前,射線、磁粉、渦流、滲漏和超聲這些無損檢測方法中,最常被應用于304不銹鋼焊縫檢測的是射線檢測和超聲檢測。超聲檢測相較于射線檢測,bet36体育网站對不同形狀缺陷的檢測適應性更強,靈敏度更高,并且它除了檢測速度快,操作方便,對人體無害,安全性高等特點之外,能夠通過計算機對模式進行識別和對信號進行實時處理,使超聲檢測過程更人工智能化。所以超聲無損檢測成為304不銹鋼焊縫檢測最為常見的技術。奧氏體不銹鋼由于在制造過程中參入了Cr、Ni、Mo、Cu、Si、Nb、Ti等成分,使得其具有良好的力學性能和耐腐蝕性能等特點,但是在其冷卻凝固過程中,由于它熱膨脹系數小,熱傳導性能不好,散熱性差,使晶粒急劇長大,從而形成了粗大的柱狀晶組織,且該組織無法通過熱處理的辦法進行細化。此外,在對304不銹鋼進行焊接時,由于受到溫度梯度的影響,焊縫結晶晶粒的方向始于半熔化的母材晶粒,結晶形態和結晶方向是由冷卻速度和母材晶粒方向決定的,然而,各晶粒在相互接觸前,并不一定按照同一過冷度方向生長,所以各相鄰晶粒的生長方向也都不同,這樣會使304不銹鋼焊縫的各向異性較為明顯。當超聲波在這種焊縫介質中傳播時,就會產生強烈的散射衰減、聲束畸變和波形轉換,從而造成缺陷的檢出能力下降、信噪比低、檢出結果不可靠等問題。所以對304不銹鋼焊縫的檢測一直是一個未解決的難題,至今仍然受國內外研究人員的廣泛關注。

自上個世紀七十年代起國外就有學者開展了對304不銹鋼焊縫的研究,早期國外學者致力于通過超聲仿真建模來研究超聲波在不銹鋼焊縫中的傳播,其中比較經典的有Silk和Ogilvy這兩個模型,Silk模型是英國原子能所研發的將焊縫劃分為不同區域,將各區域內介質視為各向同性,然后利用射線追蹤法來研究超聲波在介質中的傳播過程。在此基礎發展研究的還有法國Ploix等人利用ATHENA有限元法研究的超聲衰減系數與超聲傳播方向的關系。德國FRAUNHOFER無損檢測研究所將焊縫視作由不同各向同性的介質層組成,利用高斯聲束疊加法研究的入射角不一樣的情況下聲束的傳播路徑等。Ogilvy模型是英國原子能管理局研發的將晶粒取向視作從熔合線到焊縫中呈連續分布,且關于焊縫中心對稱,利用經驗迭代公式來計算焊縫中的晶粒取向,從而建立的彈性各向異性的焊縫模型。在此基礎發展研究的還有丹麥Halkjar的改進型Ogilvy模型等。不管是Silk模型還是Ogilvy模型,它的處理辦法都比較粗糙且人為干擾因素較多,所以隨著科學研究的進步,其后又發展了與實際更加相符合的基于晶粒分布狀態的由Apfel提出的MINA模型和由Nagewaran提出的EBSD模型。近年來,國外研究比較熱門的是隨著304不銹鋼焊縫超聲仿真建模工作發展起來的對其超聲檢測數據進行信號分析及后處理成像算法的研究。Fan等人為了解決由材料結構噪聲引起的檢測分辨率低的問題提出了用TFM、TR-MUSIC和PC-MUSIC這幾種算法在不同的材料中進行研究比較,結果發現TR-MUSIC只有在噪聲低的情況下成像效果比較好,而TFM的成像效果基本不會受材料噪聲的影響,為了解決單頻TR-MUSIC在材料噪聲比較高時成像失真的問題,提出了多頻TR-MUSIC;同時也發現單頻TR-MUSIC、多頻TR-MUSIC和PC-MUSIC與傳統的TFM相比,均可以突破瑞利極限,實現超分辨率成像,且PC-MUSIC可以克服TR-MUSIC在縱向成像上的失真問題,從而提高縱向分辨率。法國Shahjahan等人在全矩陣捕捉數據的基礎上,利用多散射濾波的DORT(Decompositionofthetimereversaloperator)成像算法實現了對易導致聲束畸變的粗晶材料中較深缺陷(70mm)的檢測成像,并且獲得了較高的信噪比。

近年來,我國也有許多學者對304不銹鋼焊縫的檢測技術進行了一系列的探索。清華大學王柄方等人為優化304不銹鋼焊縫的超聲檢測條件,提高缺陷信號的信噪比,實現超聲檢測成像,研究對比了超聲波在焊縫和母材中的傳播規律,利用匹配追蹤和小波信號處理的方法對回波信號進行了預處理,并通過自制的探頭和楔塊完成了對99mm厚的304不銹鋼焊縫的超聲檢測成像。大連理工大學張侃等人基于粗晶焊縫的粒子取向特點,建立了不均勻方向各異的焊縫FDTD二維模型,利用時域有限差分法仿真重現了與實際檢測更為相近的時域波形和超聲B掃圖像,并且研究了一種斜入射合成孔徑聚焦技術,驗證了該技術能夠提高超聲檢測成像質量和缺陷檢測信噪比及分辨率。南京航天航空大學曾偉等人提出了一種激光超聲波成像技術,實現了對304不銹鋼焊縫邊界和焊縫中缺陷的定量檢測,還直觀、高效的實現對焊縫缺陷的可視化檢測。哈爾濱工業大學叢森等人采用大時寬大帶寬的調頻脈沖作為304不銹鋼焊縫超聲檢測的激勵信號,并將該技術應用到常規超聲TOFD成像當中,解決了由這種焊縫晶粒組織粗大,各向異性明顯引起的高衰減、信噪比和檢測分辨率低等問題。鄧波等人將超聲波應用于薄板304不銹鋼對接焊縫的探傷,開發了針對這種薄板對接焊縫的超聲檢測方法和質量分級方法,有效的避免了容器的失效事故。南昌大學陳振華等人分析了焊縫中各角度檢測聲束形成的缺陷衍射波幅度以及檢測回波信號信噪比的特征,揭示了柱狀晶生長方向與聲束入射方向的夾角對聲波衰減及散射具有重要作用,提出了一次、二次波檢測的方法,并獲得了較好的檢測效果。中國計量大學肖琨等人采用改進型的DORT算法實現了對檢測工件中多個缺陷的定位,并將該算法應用到現有的OmniScanMX2超聲相控陣探傷儀中,獲得了比較好的檢測效果。胡棟等人針對鋼包耳軸深厚焊縫的檢測,通過CIVA仿真軟件對最優檢測參數進行探索,且對比了小波閾值和匹配追蹤對超聲檢測信號的去噪效果。