焊管檢測技術(shù)研究綱要

設(shè)計(jì)（論文）題目焊管檢測技術(shù)研究設(shè)計(jì)（論文）類型（劃“”）工程設(shè)計(jì)應(yīng)用研究開發(fā)研究基礎(chǔ)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(chǎn)裝備。焊管的制造工藝以焊接為主，質(zhì)量要求比較高。焊縫質(zhì)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(shù)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(nèi)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(fèi)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(yīng)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(yīng)、透射等來獲取被測物體內(nèi)部的信息并經(jīng)過處理形成圖像。目前應(yīng)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(shí)發(fā)生較強(qiáng)反射的原理工作的，聲波在從一種介質(zhì)傳播到另外一種介質(zhì)的時(shí)候在兩者之間的界面處會發(fā)生反射，而且介質(zhì)之間的差別越大反射就會越大，所以對一個(gè)物體發(fā)射出穿透力強(qiáng)、能夠直線傳播的超聲波， 然后對反射回來的超聲波進(jìn)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(gè)組織中含有的各種缺陷的大小、分布情況以及各種介質(zhì)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(shù)顯示不直觀，探傷技術(shù)難度大以及探傷結(jié)果不便保存等技術(shù)難點(diǎn)，深入學(xué)習(xí)和掌握超聲檢測技術(shù)，在搞清原理、掌握使用的同時(shí)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(jìn)行板材焊縫超聲波探傷測試畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中驗(yàn)證所學(xué)理論、掌握設(shè)計(jì)、制造、技術(shù)文件編寫的一般方法、掌握運(yùn)用所學(xué)理論知識分析解決工程實(shí)際問題的一般方法、培養(yǎng)分析問題、解決問題和獨(dú)立工作的能力。二、 本課題的主要研究內(nèi)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(xué)習(xí)超聲波探傷的工作原理、方法，重點(diǎn)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(jìn)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(jìn)行相應(yīng)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(xiàng)，并給出造型工件的缺陷種類；三、 文獻(xiàn)綜述（國內(nèi)外研究情況及其發(fā)展）無損探傷技術(shù)是檢測壓力容器焊縫內(nèi)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(zhì)和數(shù)量等信息，進(jìn)而判定被檢對象所處技術(shù)狀態(tài)的所有技術(shù)手段的總稱。工業(yè)生產(chǎn)中常用的無損檢測方法有射線檢驗(yàn)(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(nèi)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(fèi)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(yīng)用。1、超聲波的發(fā)展歷程 超聲波形成機(jī)理的研究始于19世紀(jì)初，但它在無損檢測中的應(yīng)用大約是從20世紀(jì)20年代才開始。在30年代，超聲波技術(shù)才廣泛應(yīng)用于無損檢測。在隨后的1955年，超聲波技術(shù)發(fā)展迅速，技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了超聲波設(shè)備的快速發(fā)展。從20世紀(jì)80年代直到今天，計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步使得超聲波設(shè)備體積更小、性能更穩(wěn)定、功能更強(qiáng)大。最近幾年，超聲波測繪技術(shù)得到了極大的發(fā)展。超聲波探測試驗(yàn)中需要采集精確的數(shù)據(jù)，這種需求進(jìn)一步推動(dòng)了定量測量技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)，基于超聲波能量形成和非接觸檢測技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了激光器和電磁傳感器的技術(shù)進(jìn)步。如今，便攜式設(shè)備中已經(jīng)運(yùn)用了相控陣式激光技術(shù)。采用這種技術(shù)，單一發(fā)生器定時(shí)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(shù)2.1 什么是超聲波探傷技術(shù)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(jìn)入另一截面時(shí)，在界面邊緣發(fā)生反射的特點(diǎn)來檢查零件缺陷的一種方法，當(dāng)超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內(nèi)部，遇到缺陷與零件底面時(shí)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(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀超聲波探傷方法主要應(yīng)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(nèi)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(jié)構(gòu)。到目前為止，已經(jīng)應(yīng)用或者提議應(yīng)用的利用超聲波探傷進(jìn)行無損檢查的方法有：缺陷定量方法當(dāng)量法(當(dāng)量試塊比較法、當(dāng)量計(jì)算法、當(dāng)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(diǎn)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(shí)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(jià)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(shí)際的工程應(yīng)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(fèi)用低等優(yōu)勢越來越受到業(yè)內(nèi)人士的青睞。常用的檢驗(yàn)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(shí)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(zhì)中傳播時(shí)有多種波型，檢驗(yàn)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(diǎn)、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(chǔ)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(nèi)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(xiàng)成熟的技術(shù)，它有堅(jiān)實(shí)的物理學(xué)理論基礎(chǔ)和成熟的檢測結(jié)果模型。操作簡單，便于攜帶的設(shè)備和一切齊全即可使用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。超聲波探傷設(shè)備類型多樣，比如手提式設(shè)備，便攜且計(jì)算機(jī)化的多功能設(shè)備、工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的模塊化系統(tǒng)以及研發(fā)所用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備等，可滿足用戶不同的需要。超聲波無損探傷技術(shù)廣泛應(yīng)用于制造業(yè)的質(zhì)量控制、驗(yàn)收試驗(yàn)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(rèn)。超聲波探傷在石油和航空航天工業(yè)中應(yīng)用非常廣，也常常應(yīng)用在核電站和過程工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施上。通過人們的不懈努力，如今超聲探傷技術(shù)有了更加長遠(yuǎn)的發(fā)展。3.1 超聲衍射時(shí)差檢測技術(shù)（TOFD）TOFD 是20 世紀(jì)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(jì)90年代, TOFD 技術(shù)在國外被廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、電力、承壓設(shè)備、鐵路、橋梁等工程中的金屬檢測。21 世紀(jì)初,該技術(shù)在中國國內(nèi)逐步得到應(yīng)用。TOFD 檢測是利用縱波在缺陷的端點(diǎn)產(chǎn)生衍射波,利用一發(fā)、一收2 個(gè)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(jìn)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(gè)重要不同:缺陷衍射信號與角度無關(guān),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(shí)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(shè)備可采用多通道同時(shí)掃查大厚度工件,并且在計(jì)算機(jī)和數(shù)字技術(shù)支持下采用復(fù)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(jìn)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(diǎn)幾毫米。另外,TOFD 技術(shù)還用于缺陷擴(kuò)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(dá)國家TOFD 技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)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(guān)的設(shè)備儀器、檢測技術(shù)、檢測標(biāo)準(zhǔn)也不斷發(fā)展,范圍不斷擴(kuò)大,對于產(chǎn)品質(zhì)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(biāo)準(zhǔn), 1997 年歐盟標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會推出了ENV 58326標(biāo)準(zhǔn),2004 年美國頒布了ASTM E2373 標(biāo)準(zhǔn),日本在2001 年頒布了NDIS2423 標(biāo)準(zhǔn)。目前中國的TOFD4730 標(biāo)準(zhǔn)已有草案出臺,不久的將來會面世,TOFD 技術(shù)將會得到更廣泛的應(yīng)用。3.2 超聲相控陣檢測技術(shù)超聲相控陣檢測技術(shù)的應(yīng)用始于20世紀(jì)60年代，最早應(yīng)用于醫(yī)學(xué)B型超聲診斷設(shè)備。近年來國外對超聲相控陣關(guān)鍵技術(shù)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(zhì)量要求高的行業(yè)開始引入超聲相控陣技術(shù)進(jìn)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(fù)合材料也嘗試進(jìn)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(shè)備（見圖1）和大型超聲相控陣檢測系統(tǒng)。超聲相控陣技術(shù)是將多個(gè)超聲陣元排列成一定形狀，每個(gè)超聲陣元可獨(dú)立控制，分別調(diào)整每個(gè)陣元發(fā)射接收的相位延遲，產(chǎn)生具有不同相位的超聲子波束在空間疊加干涉，達(dá)到聚焦和聲束偏轉(zhuǎn)的效果。超聲相控陣技術(shù)可在不移動(dòng)探頭的情況下實(shí)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(biāo)后產(chǎn)生回波信號，到達(dá)各陣元的時(shí)間存在差異，按照回波到達(dá)各陣元的時(shí)間差對陣元信號進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償并相加合成，就能將特定方向回波信號疊加增強(qiáng)，而其他方向的回波信號減弱甚至抵消。超聲相控陣技術(shù)在國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家已進(jìn)入實(shí)用化階段。近幾年來, 相控陣技術(shù)及其實(shí)際應(yīng)用在我國也越來越受到人們的重視。軟件和硬件領(lǐng)域的重大進(jìn)展以及在標(biāo)準(zhǔn)制定方面的進(jìn)步, 使得相控陣技術(shù)在工業(yè)上得到更廣泛的應(yīng)用。相控陣技術(shù)同時(shí)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(shù)的標(biāo)準(zhǔn)制定所需的時(shí)間要少得多。相控陣技術(shù)是一項(xiàng)發(fā)展勢頭很強(qiáng)的技術(shù), 由于其具有手動(dòng)超聲和射線照相技術(shù)無法超越的明顯優(yōu)勢, 這項(xiàng)技術(shù)無論現(xiàn)在還是不遠(yuǎn)的將來都會帶來巨大的機(jī)遇。四、 解決的關(guān)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(jìn)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(xiàn)，了解焊管的制造工藝；特別是焊接的原理和常見產(chǎn)生缺陷，缺陷產(chǎn)生原因和處理方法。2、 學(xué)習(xí)無損探傷的基本知識，特別是超聲波探傷的原理、設(shè)備、注意事項(xiàng)，為熟悉檢測設(shè)備做準(zhǔn)備。3、 學(xué)習(xí)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(jì)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定地方法進(jìn)行檢測，評定缺陷等級，判斷缺陷類型，給出相關(guān)結(jié)論和處理辦法。六、 本課題的進(jìn)度安排第1周第2周：閱讀文獻(xiàn)（包括英文文獻(xiàn)