相控阵超声检测的有限差分模拟及其在回波分析中的应用

基于有限差分数值方法,建立相控阵超声检测数值模型。基于所建模型编程计算得到不同时刻相控阵探头发射声场分布图以及不同尺寸缺陷回波信号图。通过根部切槽相控阵检测试验验证了模型计算精度。利用斜切槽回波产生了山形波,并基于有限差分模型分析了各个波形产生的机理。结果表明,超声检测的数值模拟可以有效地用于变型波的识别。     

基于声场计算的管道曲率对焊缝二次波检测的影响

超声检测小径管焊缝时的缺陷定量与内壁曲率的关系鲜有研究。基于声场计算模型,研究了斜探头发射声束经不同曲率的小径管内壁反射后的散射声场,并以此计算出焊缝中点状、条状和球状三种不同反射体的回波信号。与DL-1试块DAC曲线作对比,得出了小径管内壁曲率对焊缝二次波检测的影响规律,为小径管二次波或多次波反射法检测评定缺陷的大小提供了理论依据。     

超声检测声场计算模型的建立与仿真软件的开发

基于瑞利积分和Pencil法,建立了声场半解析法计算模型;基于基尔霍夫近似,GTD和波恩近似理论,建立了超声场与缺陷相互作用的半解析法计算模型。以半解析法计算模型为核心,开发了超声检测计算分析系统UT-CAS。该系统可实现超声检测发射声场和缺陷回波声场的快速计算,可应用于探伤工艺设计、声场和缺陷信号辅助分析以及无损检测人员培训等。     

基于CIVA仿真的铜合金导条超声检测研究

通过使用CIVA仿真软件对超声探头的超声声场进行建模仿真,可以得知超声探头在铜合金导条内部的超声声场分布同超声探头的焦距和直径密切相关。仿真结果表明,针对不同的缺陷检测需求,应选择合适的超声探头进行超声检测。对比试验也验证了结果的可靠性。     

基于ANSYS仿真分析的管材涡流检测频率优化研究

针对传统的涡流检测激励频率确定方法存在与实际情况不符和难以得到最佳检测频率的问题,基于大型通用有限元软件ANSYS建立了外径19 mm、壁厚2 mm的1Cr18Ni9Ti不锈钢管材涡流检测内插式探头和穿过式探头的仿真模型,根据差动探头的特性,通过计算距人工缺陷不同距离时检测线圈电流的实部IREAL、虚部IIMAG和线圈的阻抗差ΔZ,进而得到缺陷仿真信号,通过比较不同频率下缺陷信号的幅值和相位,确定穿过式探头的最佳检测频率为50 kHz。     

316L对接焊缝相控阵超声检测工艺模拟与试验验证

为解决中国聚变工程实验堆316L不锈钢焊缝超声波检测时,探头扫查空间受限、检测信噪比低的难题,提出了基于双晶面阵探头的相控阵超声检测方案.通过CIVA仿真,分析了不同聚焦参数下DMA探头的声场特征,确定对接接头的检测工艺.参考NB/T47013.3-2015《承压设备无损检测第3部分:超声检测》附录I,设计并制作了对比试块,验证了检测工艺下的声束覆盖和φ2 mm侧横孔信噪比.结果表明,DMA探头可以在有限的扫查空间内实现焊缝声束全覆盖,对比试块中不同位置的φ2 mm侧横孔信噪比大于15 dB.试验结果可为316L类不锈钢对接焊缝相控阵超声检测工艺制定提供参考.     

一种基材钢板特殊危害性缺陷超声检测方法

对于中厚板(厚度为46mm+3mm)的钛钢复合板基材钢板,按合同要求进行超声波检测,基材钢板执行ASME SA578/SA578M-2017标准。超声波检测时基材钢板缺陷当量没有超标,但缺陷在钢板后期焊接时,引起焊缝次生缺陷,在焊接完成后用TOFD检测在图谱D扫中出现大量超标显示。通过采用不同的探伤灵敏度和检测方法,对该类缺陷进行预检,提高后期焊接TOFD检测合格率。通过对比检测实验,观察缺陷处的波型,以及缺陷出现的位置,确定该缺陷为一种特殊条状危害性缺陷。经解剖及对缺陷处打磨做磁粉检测或渗透检测,并追溯该钢板所用连铸坯制造过程,进一步确定了该钢板缺陷为条状夹杂。该夹杂在打磨或解剖后,经渗透检测复验,厚度截面具有类裂纹面状形貌特征。通过该检测案例表明:采用加强超声检测,即纵波双晶直探头增加20dB法或纵波单晶直探头试块标定法(扫查灵敏度不低于φ2×60-20dB)检测,通过观察缺陷波型和幅度状况,可以用超声波检测出钢板或复合板钢板中特殊危害性条状夹杂缺陷。     

基于CIVA仿真的FPSO船体管道相控阵超声检测

首先采用CIVA仿真软件建立了双相不锈钢各向异性焊缝模型，对声场分布和缺陷响应进行了模拟和计算，然后基于ISO 13588-2019和ISO 22825-2017进行了工艺验证，最后采用CIVA仿真制定的相控阵工艺对现场FPSO船体管道进行了检测和缺陷解剖验证。结果表明，CIVA仿真对于各向异性不锈钢焊缝相控阵检测工艺的制定具有较好的指导作用，DMA探头在各向异性焊缝的相控阵检测中具有较高的信噪比和缺陷检出率。研究为FPSO船体管道相控阵超声检测提供了可行的技术方案。     

激励参数对脉冲涡流缺陷检测的仿真分析

脉冲涡流检测技术是一种新兴的电磁无损检测技术,激励参数与脉冲涡流检测灵敏度、涡流渗透深度密切相关,选择合适的激励参数十分必要。采用COMSOL有限元仿真软件建立了脉冲涡流圆柱型探头的有限元模型,分析了不同幅值、不同占空比以及幅值与时间的乘积相同的情况下,对金属部件表面下缺陷检测的影响。通过有限元仿真分析,提出增大激励幅值可以提高检测的灵敏度,增大占空比可以提高涡流的渗透深度的结论。该结论为工程实践金属内部缺陷检测提供了一定的参考价值。     

硬质合金棒材超声检测技术的改进

本文通过不同尺寸截面硬质合金产品的侧壁效应程度、不同长度硬质合金棒材的底波反射幅度高低、同一灵敏度下不同规格探头的始波占宽等测试,研究了硬质合金棒材直径和长度、探头的频率等因素对硬质合金棒材内部缺陷检测率的影响规律。利用现有的探头灵敏度测试试块,验证了现有探头的缺陷检测率。研究结果表明,硬质合金棒材直径越小,侧壁效应越明显,缺陷检测率越低;棒材长度越大,反射回波能量越低,缺陷检测率也越低;探头的频率影响棒材内部缺陷检测率;现有探头的缺陷检测率不高,不能满足硬质合金棒材内部质量控制要求。根据硬质合金棒材内部大多数的缺陷方位与棒材检测面成一定夹角的特点,对探头发射波声束线的角度进行了改进,通过比较两种改进探头的脉冲波形及频谱性能,指出了脉冲波形比较平稳、频谱比较窄的改进探头能提高棒材内部缺陷的检测率,并通过实验得以验证。     

基于CIVA软件的全聚焦相控阵声场特性仿真

全聚焦相控阵是当前超声无损检测领域的研究热点,但其声场特性和检测工艺方面的研究较少。在CIVA仿真软件平台的基础上,开展了全聚焦相控阵的声场仿真计算与缺陷响应研究。采用相同激发参数和孔径的超声探头仿真常规超声声场和全聚焦相控阵声场,分析比对各自的声场特性。通过缺陷响应研究模拟全聚焦相控阵声场与横通孔之间的作用,并分析了全聚焦相控阵技术的检测能力。该研究工作有望为全聚焦相控阵探头的研发设计以及检测工艺的制定提供参考。     

各向异性焊缝相控阵超声检测楔块角度的优化设计

超声波在各向异性介质中传播时,超声衰减值和声速大小会随声波入射角度的变化而改变,因此针对各向异性焊缝相控阵超声检测的特点,提出了一种通过优化探头楔块角度来获得最佳入射角度的工艺方案。首先,利用电子背散射衍射法评价焊缝的显微结构,基于Silk模型建立了焊缝各向异性模型;其次,运用CIVA仿真软件计算不同楔块角度、不同检测距离对应的反射幅值;最后,对数据进行综合分析,确定最优化的楔块角度以获得最佳的反射信号幅值。运用优化设计方案对奥氏体不锈钢小径管对接焊缝试样进行数值仿真和检测试验,结果表明,通过使用角度优化后的探头楔块的相控阵检测仪,可以很好地实现奥氏体不锈钢的焊缝检测,使缺陷定位更加准确,为奥氏体不锈钢焊缝检测工艺优化提供了可行的技术方案。     

核级高密度聚乙烯管道热熔接头的相控阵超声检测

针对HDPE(高密度聚乙烯)管道热熔接头超声检测声衰减大,检测信噪比低等问题,通过CIVA仿真软件中的超声模块对厚壁HDPE管道进行声场仿真,研究了探头频率、晶片尺寸和阵元排列对管道热熔接头中声场分布的影响,优化了检测用相控阵超声探头参数。采用优化的探头和检测工艺在含标准反射体和典型缺陷的试件上进行声场仿真和检测试验,结果表明,提出的检测工艺可全部检出■914.4 mm管道中预设的不同深度和类型的典型缺陷,整体检测效果较好。     

水-钢界面凸面相控阵声场仿真

采用凸面超声相控阵探头对管状设备进行内检测,针对水-钢二层介质的结构特征,理论分析了相控阵声场的聚焦性能。根据近场球面波束形成模型,按声束路径求得的延时时间作为各阵元的提前激发时间,设计了水-钢二层介质相控阵聚焦法则。利用CIVA软件对相控阵声场进行建模仿真研究,确定了阵元数目、阵元尺寸、超声波频率等相控阵探头参数。最后,根据优化后的相控阵参数研制了512大阵元数双层结构的圆环形探头,再通过带有人工缺陷的管状模拟试样进行检测试验。结果表明:提出的方法对腐蚀、气孔缺陷具有更好的检测灵敏度和效率,能够实现管状设备的腐蚀和埋藏缺陷的内检测。     

一种地面钢质管道损伤涡流磁场检测系统设计

针对解决地面钢质管道的损伤检测问题,提出一种基于涡流磁场检测原理的无损检测技术,设计了新型检测探头和矫正探头组成差分结构,对探头参数进行计算,优化探头结构,搭建实验平台,完成了一种涡流磁场管道检测系统设计。采用有限元仿真研究方法,分析了在检测探头激励磁场的作用下,管道在缺陷处的三轴磁场变化规律及电势变化情况。通过开展室内实验研究,分析了管道存在不同种类缺陷时,其缺陷处磁感应强度变化规律,应用物理方法提取出不同种类缺陷信号,使缺陷直观突显。研究结果表明:设计的一种基于涡流磁场地面钢质管道损伤检测系统可以实现对管道损伤的有效检测,且能够保证一定的提离距离。     

核电枞树型汽轮机叶片根部的超声相控阵检测技术

建立了一套针对核电枞树型汽轮机叶片根部的超声相控阵检测技术。通过对叶片的受力分析,了解叶片应力分布,关注缺陷最易产生的部位;通过声场仿真量化相控阵探头各参数与探头激发声场间的关系,设计叶片检测专用的相控阵探头;再结合现场检测条件,针对不同检测部位设计相应的扫查方式,实现超声波对第一齿的全覆盖扫查;在模拟试块上进行检测试验,验证检测工艺的有效性。将检测技术应用于工程实际,证明了该技术的可靠性。     

异型模锻件凸凹弧面区超声波检测方法的研究

介绍了超声波进入凸凹弧面工件后声场的变化 ,不同类型探头在弧面试样与平面试样检测中 ,其回波高度的偏差。提出了校准偏差、补偿判定缺陷当量的方案。     

基于相控阵超声检测方法的齿轮品质控制研究

基于超声脉冲反射法原理,利用相控阵超声检测技术,采用声线模型对齿轮缺陷检测位置进行分析,并利用超声检测专用模拟软件CIVA软件,对声波在工件中的传播以及声波与缺陷的相互作用进行模拟,进而通过对声场以及缺陷检测模拟优化实验方案,最后利用聚焦扫描对人工预置孔状缺陷进行检测。结果表明,利用相控阵超声检测技术在齿轮内腔对齿轮进行检测方法可行,而且缺陷信号明显,缺陷定位精度高,误差较小,为齿轮质量控制提供一种新的方法。     

脉冲涡流矩形传感器的方向特性仿真分析

脉冲涡流检测技术是一种新兴的电磁无损检测技术。目前广泛使用的圆柱型涡流探头在各向异性金属材料检测方面存在一定限制,而矩形探头对各向异性金属材料的电导率检测优势明显。采用COMSOL有限元仿真软件,建立了矩形探头有限元仿真模型,对矩形探头的方向特性,即竖直放置和水平放置检测效果进行了仿真分析。通过对比不同方向的检测灵敏度,得出矩形传感器的放置方式体现了它的方向特性的结论,为使用脉冲涡流矩形探头实际检测缺陷或应力提供了参考价值。     

交变电磁场检测激励探头的仿真与结构优化

应用COMSOL Multiphysics软件建立了交变电磁场检测缺陷的有限元模型,基于仿真模型分析了不同几何尺寸的磁芯对被检工件表面感应电流的均匀分布和工件缺陷检测效果的影响。研究了磁芯腿部高度、截面宽度和上部长度3个参数变化对工件感应电流均匀性分布和感应磁场信号分布的影响特征,得到了不同几何参数下的激励线圈对缺陷检测灵敏度的影响结果。在不同几何参数的U型探头激励下,得出了工件缺陷电磁场信号的特征分布情况以及检测缺陷时的最优磁芯几何参数,为U型交变电磁场激励探头的优化设计提供了依据。