EPR核电站反应堆压力容器主螺栓超声检查工艺的仿真技术

EPR(European Pressurized Reactor)机组役前及在役检查大纲对反应堆压力容器主螺栓的自动超声检测提出了强制性要求。利用超声仿真技术优选EPR主螺栓超声检查工艺,采用半解析法对五种超声检测工艺进行声场仿真计算,并分析仿真结果;采用基尔霍夫近似理论对五种超声检测工艺声场与缺陷的相互作用进行计算;依据仿真分析结果,优选超声检测工艺,并通过试验证明了优选工艺的可靠性和适用性。     

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。     

超声探头发射声场模拟及其缺陷响应研究

在超声检测时需要通过大量的实验才能实现缺陷的定量,确定合适的检测方案。通过建立基于多元高斯声束的探头发射声场模型,研究不同探头发射频率、探头尺寸、探头类型及不同界面下探头发射声场的分布规律,得出各检测参数对探头发射声场的影响,从而为确定合适的探伤方案提供一定的理论指导;基于建立的探头发射声场模型,结合波恩近似算法,建立夹杂类缺陷回波模型,并且通过实验验证了该模型的有效性,为夹杂类缺陷的定量分析提供了一定的理论指导。     

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。     

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。     

镁合金壳体内部缺陷的精确超声定量方法

利用基尔霍夫近似法建立镁合金壳体内部缺陷的超声测量模型,并利用该测量模型对缺陷回波幅值进行数值计算,获得缺陷波/底波幅值比曲线。在此基础上,建立基于幅值比曲线的缺陷检测理论模型,并对缺陷进行定量检测分析。采用搭建的超声检测实验系统,对含有人工缺陷的镁合金壳体进行缺陷检测试验。结果表明:相比于传统距离增益尺寸曲线定量方法,本实验方法在缺陷定量检测精度和有效检测深度范围上均有较大提高,从而为提升镁合金壳体内部缺陷的定量检测水平提供新的方法和技术途径。     

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。     

空气耦合超声换能器声场的时域计算方法

通过超声波在空气中的二次方衰减特性,推导出空气中时域格林函数的解析表达式。基于该函数和瑞利积分建立了空气耦合超声换能器时域声场的快速计算模型,并对圆形换能器声场进行仿真。结果表明,相对于无衰减介质,空气中时域信号的高频成分被极大地削弱,信号幅值随传播距离的增加而明显降低,轴向近场长度明显减小。该研究为空气耦合超声换能器声场的模拟提供了快速的计算方法,研究结果对于空气耦合超声换能器的设计和校准具有参考价值。     

在役奥氏体不锈钢螺栓的超声相控阵检测

针对在役奥氏体不锈钢螺栓可靠性检测的需要,仿真分析了超声相控阵在奥氏体不锈钢螺栓中的声场分布情况,观察超声相控阵声场在奥氏体不锈钢螺栓中的覆盖范围,并通过设定检测工艺参数,仿真分析比较在役奥氏体不锈钢螺栓在完好状态和有缺陷时的声场回波情况。在奥氏体不锈钢螺栓相控阵声场仿真计算的基础上,讨论分析不同脉冲重复频率对检测结果准确性的影响,并给出如何消除脉冲重复频率产生的幻影回波伪缺陷信号的方法;最后结合仿真计算和脉冲重复频率工艺优化方法,应用超声相控阵方法成功检测出含裂纹缺陷的在役奥氏体不锈钢螺栓,验证了在役奥氏体不锈钢螺栓超声相控阵检测工艺的准确性。     

点聚焦表面波EMAT声场特性及其试验

针对曲折线圈电磁超声换能器(EMAT)换能效率和信噪比低的问题,建立了点聚焦EMAT的三维声场有限元模型,通过瞬态和稳态分析,分析了激励频率、线圈匝数和导线长度对点聚焦EMAT的声场聚焦特性以及缺陷回波特征的影响规律。搭建了0.5 MHz点聚焦EMAT检测系统,用于铝板中不同直径的圆孔检测,并与传统的曲折线圈EMAT进行对比。结果表明:采用点聚焦表面波EMAT,可以极大程度地提高信噪比和缺陷检测能力。     

Modelling of multiple impacts for the prediction of distortions and residual stresses induced by ultrasonic shot peening (USP)

During a manufacturing process, the ultrasonic shot peening (USP) technique can be used as the final surface treatment. The aim of this operation is to introduce surface compressive residual stresses in order to prevent crack propagation advancement. Although the numerical simulation method is able to predict the level of residual stresses in a peened part, the 3D modelling of the real USP process, in which many successive and shifted impacts take place, is very delicate to perform and costly in terms of computing time and memory space required. In this paper, a two step method based at first on the calculation of the averaged plastic strain tensor in a half-space by using a semi-analytical method and in a second time on the transfer of this plastic strain field to a finite element model is proposed in order to simulate the effects of the USP process in thin structures. The accuracy and advantages of the semi-analytical method are validated by a benchmark with several finite element codes. Experiments, similar to the Almen test, are performed on thin plates of Inconel 600. Numerical results in terms of distortions and residual stresses are compared with the experimental data.     

基于相控阵超声的进动式锥摆线齿轮裂纹检测方法

为高效准确地完成进动式锥摆线齿轮裂纹定量分析,提出一种基于相控阵超声的齿轮裂纹检测方法。创建相控阵超声检测系统,在该系统内,利用高压脉冲生成、通道选择、回波信号处理等模块采集完整齿轮结构信息;并通过小波变换拆解超声时域信号,运用压缩传感法重构信号;使用经验模态分解法将信号分解成若干本征模函数,通过三次样条插值信号极值点,获取极值点构成的上、下包络线,将初始信号与包络线均值的差拟作单调函数,保留信号高频分量并输出分解后的超声信号,实现齿轮裂纹损伤位置检测。仿真结果证明：所提方法可有效提取超声信号中的时域与频域特征信息,裂纹检测精度高、效率快,鲁棒性强。     

基于超声信号和图像融合的焊缝缺陷识别

超声无损检测已被广泛用来检测材料内部的缺陷,然而对缺陷性质的识别始终是检测的难点,为此研究了一种基于超声信号和图像融合的焊缝缺陷识别新方法.该方法充分利用检测数据,通过对缺陷回波信号特征与缺陷形态特征的数据融合,实现了焊缝缺陷的有效识别.利用自主研制的超声成像手动检测系统对含有气孔、夹渣、裂纹、未焊透和未熔合五类典型焊接缺陷的焊件进行了检测,分别提取缺陷的超声回波信号特征和缺陷图像的形态特征,构建神经网络实现超声信号和图像特征的数据融合.结果表明,该方法实现了多类缺陷的识别,提高了缺陷识别率,有助于焊缝质量评定.     

在役液化石油气球罐的焊缝超声波检测

在役液化石油气球罐定期检验中,用超声波检测其焊缝,发现了一批裂纹缺陷。通过对其中三个典型裂纹缺陷的波形图的分析,验证了用超声端部最大回波法测定缺陷自身高度方法的可行性,同时还提出了如何预防近表面缺陷漏检的方法。     

钨合金壳体的超声检测及缺陷分析

采用纵波直探头和自磨制经校准的斜楔横波探头，对钨合金壳体部件进行了检测，并对钨合金壳体的缺陷定位、典型缺陷及其对应的回波特征进行了研究。结果表明，采用超声检测能够检测出钨合金内的孔洞、裂纹及“鸟巢”等缺陷。单个孔洞反射回波高，前沿较尖锐；密集气孔回波参差不齐，根部互相连接；裂纹回波高而尖锐，底波有所下降；“鸟巢”缺陷的反射波根部有若干小波峰出现。     

管道裂纹的超声定量检测技术

裂纹在管道制造和运行中比较常见,危害性很大。为了提这类缺陷的检测精度,采用超声回波幅度法和ADDT技术（振幅一距离差技术）对管道裂纹进行了试验研究。试验得出,回波幅度法适用于测量深度〈1．5mm裂纹的尺寸;对深度〉1．5mm的裂纹型缺陷,推荐使用ADDT技术进行定量。随着裂纹径向深度的增加,两种方法的测量误差均有所增大,但回波幅度法的误差增加更多。试验得出,定量检测精度的影响因素较多,有超声仪器、检测人员自身水平,裂纹的方向、形状等,因此,检测时应综合考虑相关因素。     

NUMERICAL SIMULATION OF ULTRASONIC NON-DESTRUCTIVE TESTING FOR WELDS

A computer simulation technique for ultrasonic propagation is utilized for the simulation of ultrasonic nondestructive testing (NDT).In this paper,one goal of the simulation is to compute ultrasonic field radiated by arbitrary transducers into pieces under examination.The other simulates a testing experiment.The simulation approach is based on the model for the computation of the ultrasonic field in isotropic media radiated from actual NDT transducers.After the field is known, remaining to be modeled is the interaction between this field and the scatters (defect) and the echo structure. The model of beam-defect interaction is based on the Kirchhoff‘s diffraction approximations theory applied to elastodynamics.We assumed that the incident wave fronts on the defect are plane in the case of a focused immersed transducer and material is isotropic and homogeneous.The simulating results demonstrate that the model in ultrasonic NDT of welds is practical in further research and useful in optimizing testing configurations.     

在役轧辊表面波检测裂纹深度的判定

超声表面波能有效检测出轧辊的表面裂纹,但由于其裂纹很浅且目前的超声波仪器无法对裂纹深度进行直接读数,因此轧辊表面裂纹深度的判定一直是困扰检测工作者的难题。通过计算得出了表面波检测中裂纹深度当量d与回波分贝差△的关系曲线,并将其应用于马钢各种型号的在役轧辊检测中,取得了良好效果。同时比对抛关系曲线并通过实践证明得出,GB／T23904--2009标准中的检测灵敏度调整方法不造用于磨削量最小为0．2mm的在役工作辊的表面波检测。该抛关系曲线使轧辊表面裂纹深度的判定更加简单准确,对在役工作辊的表面波检测具有一定的指导意义。