焊管檢測技術研究綱要

設計（論文）題目焊管檢測技術研究設計（論文）類型（劃“”）工程設計應用研究開發(fā)研究基礎研究其它 一、 本課題的研究目的和意義焊管是石油、化工、電站、核能和軍工等工業(yè)部門的重要生產裝備。焊管的制造工藝以焊接為主，質量要求比較高。焊縫質量直接決定著焊管的使用安全和使用壽命，因此在制造和使用過程中的焊縫檢測顯得尤為重要。無損檢測技術主要包括射線探傷、超聲波探傷、磁粉探傷、滲透探傷、聲發(fā)射等方法其中超聲波探傷和射線探傷是檢測焊管焊縫內部缺陷的主要手段。超聲波探傷以其探傷距離大、探傷裝置體積小、重量輕、便于攜帶、檢測速度快、檢測費用低等優(yōu)勢，在焊管制造和在役檢測工作中得到越來越多的應用。超聲波探傷的原理是通過對被測物體發(fā)射超聲，然后利用其反射、多普勒效應、透射等來獲取被測物體內部的信息并經(jīng)過處理形成圖像。目前應用最多的是反射法。 反射法是基于超聲波在通過不同聲阻抗組織界面時發(fā)生較強反射的原理工作的，聲波在從一種介質傳播到另外一種介質的時候在兩者之間的界面處會發(fā)生反射，而且介質之間的差別越大反射就會越大，所以對一個物體發(fā)射出穿透力強、能夠直線傳播的超聲波， 然后對反射回來的超聲波進行接收并根據(jù)這些反射回來的超聲波的先后、幅度等情況就可以判斷出這個組織中含有的各種缺陷的大小、分布情況以及各種介質之間的對比差別程度等信息，從而判斷出該被測物體是否有異常。由于超聲檢測容易受到主、客觀因素的影響，對檢測人員的知識水平和判斷能力有較高的要求。針對超聲檢測技術顯示不直觀，探傷技術難度大以及探傷結果不便保存等技術難點，深入學習和掌握超聲檢測技術，在搞清原理、掌握使用的同時發(fā)揮創(chuàng)新精神探索超聲檢測過程中的出現(xiàn)的問題并加以解決。在進行板材焊縫超聲波探傷測試畢業(yè)設計的過程中驗證所學理論、掌握設計、制造、技術文件編寫的一般方法、掌握運用所學理論知識分析解決工程實際問題的一般方法、培養(yǎng)分析問題、解決問題和獨立工作的能力。二、 本課題的主要研究內容（提綱）(1) 了解無損探傷的主要方法種類和原理；(2) 掌握焊管焊接的基本方法、焊接過程，了解焊接過程中需要注意的問題；(3)學習超聲波探傷的工作原理、方法，重點了解平板焊縫的超聲波焊接方法；(4)掌握某型號超聲波探傷儀的使用方法，并能進行焊縫的缺陷探傷；(5)使用超聲波探傷儀檢測給定的平板焊縫，能夠檢測出給定焊縫存在的缺陷，并進行相應的焊接缺陷分析；(6)給出超聲波探傷的基本流程和注意事項，并給出造型工件的缺陷種類；三、 文獻綜述（國內外研究情況及其發(fā)展）無損探傷技術是檢測壓力容器焊縫內部缺陷的主要手段。無損探傷是指利用聲、光、磁和電等特性，在不損害或不影響被檢對象使用性能的前提下，檢測被檢對象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷的大小、位置、性質和數(shù)量等信息，進而判定被檢對象所處技術狀態(tài)的所有技術手段的總稱。工業(yè)生產中常用的無損檢測方法有射線檢驗(RT)、超聲檢測(UT)、磁粉檢測(MT)和液體滲透檢測(PT) 四種。其中射線探傷和超聲波探傷是檢測壓力容器焊縫內部缺陷的主要手段。超聲波探傷以其探傷距離大、探傷裝置體積小、重量輕、便于攜帶、檢測速度快、檢測費用低等優(yōu)勢，在壓力容器制造和在役檢測工作中得到越來越多的應用。1、超聲波的發(fā)展歷程 超聲波形成機理的研究始于19世紀初，但它在無損檢測中的應用大約是從20世紀20年代才開始。在30年代，超聲波技術才廣泛應用于無損檢測。在隨后的1955年，超聲波技術發(fā)展迅速，技術的進步促進了超聲波設備的快速發(fā)展。從20世紀80年代直到今天，計算機技術的進步使得超聲波設備體積更小、性能更穩(wěn)定、功能更強大。最近幾年，超聲波測繪技術得到了極大的發(fā)展。超聲波探測試驗中需要采集精確的數(shù)據(jù)，這種需求進一步推動了定量測量技術的發(fā)展。同時，基于超聲波能量形成和非接觸檢測技術的發(fā)展也促進了激光器和電磁傳感器的技術進步。如今，便攜式設備中已經(jīng)運用了相控陣式激光技術。采用這種技術，單一發(fā)生器定時或定相發(fā)射的超聲波元素陣列，能夠精確截取被測對象的超聲波波形。2、超聲波探傷技術2.1 什么是超聲波探傷技術超聲波探傷是利用超聲能透入金屬材料的深處，并由一截面進入另一截面時，在界面邊緣發(fā)生反射的特點來檢查零件缺陷的一種方法，當超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內部，遇到缺陷與零件底面時就分別發(fā)生反射波來，在熒光屏上形成脈沖波形，根據(jù)這些脈沖波形來判斷缺陷位置和大小?，F(xiàn)在廣泛采用的是觀測聲脈沖在材料中反射情況的超聲脈沖反射法，此外還有觀測穿過材料后的入射聲波振幅變化的穿透法等。常用的頻率在0.55MHz之間。2.2 超聲探傷技術的應用現(xiàn)狀超聲波探傷方法主要應用于檢測各種材料特性和狀態(tài)。它適用于試樣表面缺陷和內部異常的檢測。試樣必須能夠傳播超聲波能量并具有引入和檢測反射、透射、散射聲波能量的幾何結構。到目前為止，已經(jīng)應用或者提議應用的利用超聲波探傷進行無損檢查的方法有：缺陷定量方法當量法(當量試塊比較法、當量計算法、當量AVG曲線法)；測長法（相對靈敏度測長法、絕對靈敏度測長法、端點峰值法）；底波高度法；裂紋的檢測方法表面波波高法；表面波波時延法（單探頭法、雙探頭法）；端部回波峰值法；橫波端角反射法；橫波串列式雙探頭法；相對靈敏度法（6dB、10dB、20dB）；散射波法（衍射法）；損傷、劣化評價方法衰減法；音速法；臨界角反射法光譜儀法；頻率解析法等。在實際的工程應用中使用最廣泛的是便攜式超聲波檢測儀。由于它重量輕、便于攜帶、檢測速度快、檢測費用低等優(yōu)勢越來越受到業(yè)內人士的青睞。常用的檢驗儀器為 A型顯示脈沖反射式超聲波探傷儀。根據(jù)儀器示波屏上反射信號的有無、反射信號和入射信號的時間間隔、反射信號的高度，可確定反射面的有無、其所在位置及相對大小。超聲波在介質中傳播時有多種波型，檢驗中最常用的為縱波、橫波、表面波和板波。用縱波可探測金屬鑄錠、坯料、中厚板、大型鍛件和形狀比較簡單的制件中所存在的夾雜物、裂縫、縮管、白點、分層等缺陷；用橫波可探測管材中的周向和軸向裂縫、劃傷、焊縫中的氣孔、夾渣、裂縫、未焊透等缺陷；用表面波可探測形狀簡單的制件上的表面缺陷；用板波可探測薄板中的缺陷。在A型探傷儀的基礎上發(fā)展而成的 B型、C型探傷儀，可得到不同方向反射面的信號，也可將B型、C型顯示組合以得到材料的內部反射面的三維顯示圖。3、 超聲探傷新發(fā)展超聲波探傷是一項成熟的技術，它有堅實的物理學理論基礎和成熟的檢測結果模型。操作簡單，便于攜帶的設備和一切齊全即可使用的計算機系統(tǒng)都在生產中廣泛應用。超聲波探傷設備類型多樣，比如手提式設備，便攜且計算機化的多功能設備、工業(yè)生產應用的模塊化系統(tǒng)以及研發(fā)所用實驗室設備等，可滿足用戶不同的需要。超聲波無損探傷技術廣泛應用于制造業(yè)的質量控制、驗收試驗和定期維修檢查中，并且適用于各種材料的缺陷定位和確認。超聲波探傷在石油和航空航天工業(yè)中應用非常廣，也常常應用在核電站和過程工業(yè)基礎設施上。通過人們的不懈努力，如今超聲探傷技術有了更加長遠的發(fā)展。3.1 超聲衍射時差檢測技術（TOFD）TOFD 是20 世紀70 年代由英國國家無損檢測中心的Mauric Silk 博士首先提出,后經(jīng)Silk 博士和他的合作者經(jīng)過大約10 年的研究創(chuàng)造出了能夠探測和確定缺陷尺寸的一整套檢測方法。20 世紀90年代, TOFD 技術在國外被廣泛應用于核工業(yè)、電力、承壓設備、鐵路、橋梁等工程中的金屬檢測。21 世紀初,該技術在中國國內逐步得到應用。TOFD 檢測是利用縱波在缺陷的端點產生衍射波,利用一發(fā)、一收2 個探頭得到未校正的A 掃描信號,通過高頻率的數(shù)字化采樣形成可視缺陷圖像,并能利用特有軟件進行精確的數(shù)據(jù)分析。其與常規(guī)脈沖回波超聲檢測相比有2 個重要不同:缺陷衍射信號與角度無關,檢測可靠性和精確度不受角度影響;缺陷定量定位是根據(jù)衍射信號傳播時差確定的,不依靠信號波幅。常規(guī)超聲檢測使用的模擬探傷儀只顯示A 掃描波形,無法記錄。常規(guī)數(shù)字超聲儀僅能存儲檢測參數(shù)和DAC 曲線。而TOFD 設備可采用多通道同時掃查大厚度工件,并且在計算機和數(shù)字技術支持下采用復雜的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),不僅能全過程記錄信號,長久保存數(shù)據(jù),而且能高速進行大批量信號處理。TOFD 主要用于缺陷檢測,缺陷定量十分精確,遠遠高于常規(guī)手工超聲波檢測。一般其對線性缺陷或面積型缺陷的測量誤差小于1 mm ,對裂紋、未熔合缺陷高度測量誤差只有零點幾毫米。另外,TOFD 技術還用于缺陷擴展的監(jiān)控,是有效且能精確測量出裂紋增長的方法之一。在西方發(fā)達國家TOFD 技術已發(fā)展成為一項專門的無損檢測方法,美國甚至出現(xiàn)了替代射線檢測的趨勢。有關的設備儀器、檢測技術、檢測標準也不斷發(fā)展,范圍不斷擴大,對于產品質量、公共安全、提高效率方面具有重要意義。英國已于1993 年頒布了BS7706 標準, 1997 年歐盟標準化協(xié)會推出了ENV 58326標準,2004 年美國頒布了ASTM E2373 標準,日本在2001 年頒布了NDIS2423 標準。目前中國的TOFD4730 標準已有草案出臺,不久的將來會面世,TOFD 技術將會得到更廣泛的應用。3.2 超聲相控陣檢測技術超聲相控陣檢測技術的應用始于20世紀60年代，最早應用于醫(yī)學B型超聲診斷設備。近年來國外對超聲相控陣關鍵技術的研究日趨活躍，例如在核工業(yè)、航空工業(yè)、鍋爐壓力容器等質量要求高的行業(yè)開始引入超聲相控陣技術進行缺陷檢測，對傳統(tǒng)超聲檢測效果不太理想的奧氏體焊縫和復合材料也嘗試進行超聲相控陣檢測。一些國外公司如GE檢測科技、R/D TECH、西門子、IMASONIC等已推出商業(yè)化便攜式超聲相控陣檢測設備（見圖1）和大型超聲相控陣檢測系統(tǒng)。超聲相控陣技術是將多個超聲陣元排列成一定形狀，每個超聲陣元可獨立控制，分別調整每個陣元發(fā)射接收的相位延遲，產生具有不同相位的超聲子波束在空間疊加干涉，達到聚焦和聲束偏轉的效果。超聲相控陣技術可在不移動探頭的情況下實現(xiàn)對波束的控制，主要分為兩類：（1）超聲波束的方向控制；（2）超聲波束的聚焦。合成的超聲波束遇到目標后產生回波信號，到達各陣元的時間存在差異，按照回波到達各陣元的時間差對陣元信號進行延時補償并相加合成，就能將特定方向回波信號疊加增強，而其他方向的回波信號減弱甚至抵消。超聲相控陣技術在國外工業(yè)發(fā)達國家已進入實用化階段。近幾年來, 相控陣技術及其實際應用在我國也越來越受到人們的重視。軟件和硬件領域的重大進展以及在標準制定方面的進步, 使得相控陣技術在工業(yè)上得到更廣泛的應用。相控陣技術同時也在很多新的市場和工業(yè)中找到了自己的位置。與常規(guī)方法相比, 相控陣技術的標準制定所需的時間要少得多。相控陣技術是一項發(fā)展勢頭很強的技術, 由于其具有手動超聲和射線照相技術無法超越的明顯優(yōu)勢, 這項技術無論現(xiàn)在還是不遠的將來都會帶來巨大的機遇。四、 解決的關鍵問題（1）根據(jù)給定的焊管，繪制距離-波幅曲線；（2）針對給定的焊管焊縫進行探傷，判斷缺陷類型，并分析形成原因，給出處理方法。五、 研究思路和方法1、 通過查閱文獻，了解焊管的制造工藝；特別是焊接的原理和常見產生缺陷，缺陷產生原因和處理方法。2、 學習無損探傷的基本知識，特別是超聲波探傷的原理、設備、注意事項，為熟悉檢測設備做準備。3、 學習超聲波探傷器的操作方法，包括精度校正、距離-波幅曲線繪制等。4、 針對跟定的板材焊縫，確定檢測方法、檢測步驟、計算檢測跨距。5、 超聲波探傷檢測。針對給定的板材焊縫，按照相關標準規(guī)定地方法進行檢測，評定缺陷等級，判斷缺陷類型，給出相關結論和處理辦法。六、 本課題的進度安排第1周第2周：閱讀文獻（包括英文文獻