聚乙烯管道电熔接头缺陷超声相控阵成像模拟和实验研究

为了快速获得电熔接头超声成像图以便研究聚乙烯管道电熔接头无损评估算法研究,运用了多物理场耦合有限元分析软件COMSOL Multiphysics对聚乙烯管道电熔接头金属电热丝的超声响应特性进行了有限元分析,并对聚乙烯管材内壁钻孔缺陷及含孔洞缺陷聚乙烯管道电熔接头进行了超声相控阵检测成像实验,验证了超声相控阵检测成像有限元模拟分析结果的正确性。采用Richardson-Lucy反卷积算法对聚乙烯管材内壁钻孔缺陷超声相控阵成像图进行了图像复原处理。实验结果表明:基于超声傅里叶成像的相控阵成像仿真方法具有可行性,有限元模型为聚乙烯管道电熔接头缺陷超声相控阵成像提供了数值模型。     

聚乙烯管道电熔焊接接头的超声检测

聚乙烯管连接中大量使用电熔接头,其质量的好坏直接影响管道系统的安全。分析了超声聚焦检测技术对聚乙烯管电熔接头各类缺陷的检出能力。在此基础上,运用相控阵超声技术及B扫描实时成像超声方法检测大量含缺陷接头,对比超声成像图与接头实剖图,发现该方法有较高的检测灵敏度和检出精度,可以应用于工程实践。     

聚乙烯(PE)管道焊接接头超声相控阵检测试验研究

针对聚乙烯管道电熔焊接无损检测技术匮乏的特点,开展了一系列的试验。通过超声波相控阵检测技术,对聚乙烯电熔焊接常见的缺陷进行检测验证分析,证实了相控阵检测方法对聚乙烯电熔焊接缺陷的检测具有较高的精度及可靠性,可以用于工程实践。     

超声相控阵技术在焊接接头检测中的应用

分析了超声相控阵技术的特点,介绍了超声相控阵技术在焊接接头检测中的应用.从应用结果可以看出,超声相控阵技术能极大地提高检测效率,降低劳动强度,节省检测成本.     

聚乙烯管接头特征线弹性模量的微米压痕表征

利用微米压痕技术对聚乙烯管热熔接头母材区、焊缝区和特征线位置的弹性模量进行测量,得到了弹性模量在特征线附近的分布规律,并与超声相控阵检测图谱进行对比。结果表明,弹性模量分布中存在与超声图谱特征线对应的峰值区域,说明特征线处弹性模量与焊缝区、母材区存在差异,进一步分析表明,特征线处弹性模量平均值高于母材和焊缝区4.7%~5.6%,说明焊接过程对特征线处聚乙烯的物理性能产生了影响,这也是特征线出现在超声图谱中的重要原因。     

基于有限元建模的复杂部位的相控阵柔性探头研究

相控阵超声检测技术可以用于井口装置内的检测,但井口装置的表面粗糙、曲率不匹配等原因影响缺陷检测。针对井口装置复杂部位检测准确性研究,为确保相控阵超声检测技术检测阀体、弯头等复杂部位缺陷的可靠性,本文基于有限元仿真对检测过程进行模拟,通过构建含有缺陷的井口装置进行检测实验,并验证分析。     

超声相控阵在异种钢焊缝检测中的应用

异种钢焊缝深刻影响着整体结构的安全,因此必须对焊接质量进行严格的检测,防止由于缺陷的存在而带来的严重后果。异种钢焊缝通常具有形状不规则的特点,采用传统的超声波检测技术很难进行准确检测。超声相控阵由于可以偏转和聚焦,因而在异种钢焊缝检测中得到了广泛的应用。现通过实验手段对超声相控阵在异种钢焊缝检测中的应用进行了详细探讨,对常见缺陷的超声反射回波进行了分析。实验结果表明:超声相控检测技术可以较好地满足异种钢焊缝检测的要求。     

超高压水晶釜周向检测超声柔性相控阵技术研究

针对内外径之比通常小于0.6的超高压水晶釜超声检测技术,常规的周向超声检测技术存在灵敏度低、缺陷定位困难等技术难点,同时国内外还没有相应的检测标准和成熟的检测工艺。相对于常规超声技术,相控阵技术可以在不更换探头的情况下,实现整个检测区域多角度、多方向扫查和动态聚焦检测,并结合实时成像技术,直观地显示缺陷的位置、分布、尺寸等信息。在试验研究的基础上,提出超高压水晶釜周向超声柔性相控阵检测技术,提出的柔性探头可以良好匹配超高压水晶釜圆柱表面,根据曲面形状设计聚焦法则,可以有效解决超高压水晶釜周向超声检测的技术难题。试验结果表明,柔性相控阵技术对超高压水晶釜的表面和内部缺陷均具有较高的检测精度和可靠性。     

一种铝合金薄板搅拌摩擦焊焊缝的超声快速检测方法

搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)薄板检测历来是一个难点,现在应用于薄板焊缝检测的方法多采用横波入射法及超声相控阵扇形扫查等,但这些方法都难以实现长直焊缝的快速检测与缺陷成像。采用超声相控阵C扫描直接从焊缝表面对焊缝内部缺陷进行C扫描,研究该技术对不同厚度薄板隧道型及未熔合缺陷的探测能力,开发一套用于快速相控阵检测的机械装置,并分析FSW焊缝表面对C扫描成像的影响。试验结果证明,采用超声相控阵技术对5 mm以上厚度板中0.3mm以上的侧孔及0.5 mm的平底孔具有良好的检测效果。     

聚乙烯燃气管道电熔接头熔区应力分析

电熔焊接是聚乙烯管道最常用的连接方法之一,电熔接头的设计对管道系统安全至关重要。电熔接头焊接界面应力分布的准确分析是电熔接头设计的基础。采用理论公式推导和有限元分析相结合的方法,研究电熔接头在内压、轴向力和温度变化作用下的应力分布情况,发现接头焊接界面应力分布呈现中间小、两边大的规律。定义端部应力集中系数为界面峰值应力与平均应力的比值,分析得到应力集中系数随熔区长度的关系,结果可为基于内压与轴向力的电熔接头熔区设计提供理论参考。     

Comparison of systems for ultrasonic nondestructive testing using antenna arrays or phased antenna arrays

This paper considers the features of forming the images of reflectors using phased antenna array technology and the images obtained by the C-SAFT method by echo signals measured in by double-scanning mode. It is shown that in some cases the images obtained by the phased antenna array technology are less informative, while the images obtained by the C-SAFT method have a higher frontal resolution over the entire area of image restoration; the partial images restored at different positions of the antenna array can be coherently combined to obtain a high and homogeneous resolution throughout the entire volume of thickwalled articles and increasing the signal/noise ratio. For the sake of brevity, the registration of echo signals in the double-scanning mode and restoration of the images of reflectors by the C-SAFT method will be called digital focusing by an antenna array (DFA). The ability to restore the partial images of reflectors by once measured echo signals according to many acoustic schemes with their consequent combination into one high-quality image should provide reliable automation of the process of recognition and dimensioning of scatterers. Another advantage of the images obtained by the C-SAFT method with three-dimensional focusing is the possibility of restoring images in the same coordinate system when using antenna arrays on prisms of different configurations. This facilitates the joint analysis of the images. Speeds of forming the images by the technology of phased-antenna arrays and the images obtained by the C-SAFT method are comparable. If the testing technique is based on the use of nonlinear effects, then in this case PA flaw detectors have a distinct advantage over DFA flaw detectors. However, within the framework of linear acoustics, PA flaw detectors have no fundamental advantages over DFA flaw detectors. It is fairer to say that PA flaw detectors have drawbacks. This article shows images that illustrate the features of the images that were obtained by PA and DFA flaw detectors.     

超声全聚焦成像校正模型及加速算法

超声全聚焦成像算法是一种基于全矩阵数据的成像技术,具有成像精度高、缺陷表征能力强的优点,但也存在数据量大、计算时间长、近表面区域噪声较大的缺点,目前主要应用于后处理成像。针对以上问题,建立了基于阵元指向性函数的成像校正模型;结合并行计算设备,提出了基于三角矩阵数据采集和索引技术的成像加速算法。使用16阵元相控阵探头对带有人工通孔的铝制试块进行检测试验,结果表明,使用加速算法可以将每帧图像成像时间缩短至135 ms以内,满足实时成像的要求;添加校正模型后,对于图像近表面区域噪声抑制效果明显,降低了伪缺陷出现的可能性,提高了图像信噪比。     

基于全聚焦相控阵超声的叶根槽裂纹检测

汽轮机转子受复杂应力和高温的多重作用,常在反T型叶根槽部位产生疲劳裂纹,导致断裂事故。针对此问题,提出全聚焦相控阵超声的检测方法。推导了全聚焦相控阵超声的采集及成像公式,制备了专用试件,在端壁上倒圆（F1）采用线切割方法预制人工缺陷,采用全聚焦相控阵超声检测,并与常规超声进行了对比。结果表明,全聚焦相控阵超声检测精度高,适应性强,具有较好的工程应用价值。     

弧型电触头C超检测系统自适应聚焦技术研究

采用自适应跟踪探头聚焦轨迹算法研究了自适应聚焦技术,通过控制三维精密工作台实现了弧型电触头钎焊界面的 Ｃ扫描超声检测。对于弧型表面,以往的超声 Ｃ扫描造成图象失真,影响检测可靠性和分辨率,产生误检。实验表明,采用自适应聚焦技术,检测准确,效果良好。     

Features of applying the method of focusing to a point in ultrasonic testing of products manufactured from complexly structured materials

The well-known method of focusing ultrasonic signals to a point implemented using phased antenna arrays is considered as applied to problems of tomography of products manufactured from complexly structured materials. The features of applying broadband ultrasonic complexly modulated signals in phased antenna arrays and the limits of applicability of this method in constructing an image of a reflecting surface are discussed.     

基于多FPGA的超声相控阵数字波束形成器设计

随着超声相控阵技术的发展,其系统往往不仅支持的可同时工作的通道数量越来越多,而且回波数字化频率也越来越高,这将使得超声相控阵检测系统在运行中产生需要实时处理与实时传输的海量回波数据,给系统的数字接收波束形成器设计带来了挑战。为此,设计并实现一种基于多硬件处理核心的两级结构的数字波束形成器:一方面,波束形成器的硬件处理核心采用多个现场可编程逻辑门阵列(Field programmable gate array,FPGA)来实现多通道海量的回波数据处理,并且硬件处理核心间通过专用机制保证可靠地同步;另一方面,引入高速串行总线来保证多硬件处理核心间的高速海量回波数据的实时传输。结果表明该设计能够满足64通道、200 MSPS数字化频率下的实时数字波束形成实现。     

Friction stir weld-bonding defect inspection using phased array ultrasonic testing

Weight reduction is an important driver of the aerospace industry, which encourages the development of lightweight joining techniques to substitute rivet joints. Friction stir welding (FSW) is a solid-state process that enables the production of lighter joints with a small performance reduction compared to the base material properties. Increasing the FSW lap joint performance is an important concern. Friction stir weld bonding is a hybrid joining technology that combines FSW and adhesive bonding in order to increase the mechanical properties of FSW lap joints. FSW and hybrid lap joints were produced, using 2-mm-thick AA6082-T6 plates and a 0.2-mm-thick adhesive layer. Defect detection using the non-destructive test, phased array ultrasonic testing (PAUT), has been made. Microscopic observations were performed in order to validate the phased array ultrasonic testing results. Lap shear strength tests were carried out to quantify the joint’s quality. PAUT inspection successfully detected non-welded specimens but was not able to distinguish specimens with major hook defects from specimens correctly weld bonded with small hook defects.     

基于多级半带滤波器的超声相控阵聚焦延时

建立了基于多级半带滤波器的超声相控阵聚焦延时系统,以提高仪器延时精度。研究了聚焦延时原理与延时算法的实现。首先,采用内插滤波的方法,设计了半带滤波器作为内插滤波器;然后,对8倍内插结构进行了改进,通过多级半带内插滤波器合成技术,将合成后的滤波器分解为8个子滤波器进行同时滤波,使得内插与多相分解可同时进行。最后,通过对延时算法的仿真分析与现场可编程门阵列（FPGA）的实现,验证了此算法的可行性。实验结果表明：该系统在100 MHz采样率的条件下可实现1.25 ns延时精度,与同性能普通有限长单位冲激响应（FIR）内插滤波器相比,运算量最大可减少21.4%。此方案在运算量、计算速度、分辨率、性价比方面均具有较大优势,非常适合于实时性强、精度高的聚焦延时算法的实现。     

小径薄壁管座角焊缝典型缺陷的超声相控阵CIVA仿真研究

在电厂安放式小径薄壁管座角焊缝超声检测技术中,检测结果易受到管径小、检测位置结构复杂等因素影响,因此,采用CIVA软件对焊缝模型进行超声相控阵声场仿真,得到未熔合、未焊透、裂纹和夹渣4种典型缺陷在不同检测位置曲率下的缺陷响应.对比分析仿真缺陷图谱,研究检测位置曲率对缺陷成像和声压幅值的影响,结合优化后的仿真参数和检测方...