GH706組織與超聲信號(hào)特征-開題報(bào)告

XX大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 題目 GH706組織和超聲信號(hào)特征的研究專 業(yè) 名 稱 測(cè)控技術(shù)與儀器班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 填 表 日 期 20xx 年 4 月 9 日一、選題的依據(jù)和意義隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，GH706合金得到了廣泛的應(yīng)用。從汽車行業(yè)到家電產(chǎn)品，從探索宇宙空間到開發(fā)海洋資源等等都離不開GH706合金。GH706合金是一種Ni-Fe-Cr時(shí)效強(qiáng)化型變形高溫奧氏體不銹鋼合金，成本低、具有良好的鍛造和焊接性。應(yīng)用比較廣是渦流發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)及核工業(yè)中，特別是制造“F”級(jí)大型燃機(jī)渦輪盤。隨著“FA”及“H”級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展，渦輪盤的尺寸越來越大。但由于GH706合金中含有3%左右的Nb和9%左右的Ni，偏析傾向較大，在生產(chǎn)超大尺寸鑄錠時(shí)容易出現(xiàn)白、黑斑，柱狀晶組織明顯粗大等宏觀缺陷，從而影響材料的質(zhì)量及使用1。GH706合金出現(xiàn)偏析和柱狀晶組織粗大究其原因是由于其焊縫全是奧氏體組織，而焊接技術(shù)的不成熟導(dǎo)致了一些災(zāi)害性事故。諸如燃?xì)廨啓C(jī)爆炸，大型弧門失事、球罐爆炸、塔機(jī)主臂折毀、電廠廠房坍塌、飛機(jī)葉片斷裂等等。具體事故，如1979年12月，吉林市煤氣公司液化石油氣廠球罐爆炸事故，正由于球罐上下環(huán)焊縫焊趾裂紋所致。2010年12月，由于焊接缺陷致燃油管路泄漏造成的A380客機(jī)事故。究其原因，大都起因于焊縫的質(zhì)量失控。為了確保工程的安全運(yùn)行，人們期望能對(duì)焊縫的質(zhì)量實(shí)施有力地監(jiān)控。因此，有必要對(duì)焊接接頭焊縫的檢測(cè)方法進(jìn)行深入地研究，鋼制對(duì)接焊縫缺陷定性的研究，受到了人們高度重視。分析檢測(cè)焊接缺陷的一些方法也具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義2-3。 對(duì)于奧氏體不銹鋼焊縫，其檢測(cè)方法有X射線檢測(cè)，超聲檢測(cè)，磁粉檢測(cè)以及滲透檢測(cè)。但是滲透檢測(cè)和常規(guī)磁粉檢測(cè)只能檢測(cè)表面或近表面缺陷，無法檢測(cè)焊縫內(nèi)部缺陷。射線檢測(cè)對(duì)T型焊檢測(cè)位置受限，很多時(shí)候射線機(jī)無法合理擺放，浪費(fèi)成本，對(duì)面積類缺陷檢出率較低，而且射線檢測(cè)的費(fèi)用比較高。 超聲檢測(cè)是五大常規(guī)無損檢測(cè)技術(shù)之一，是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、使用頻率最高而且發(fā)展較快的一種無損檢測(cè)技術(shù)。超生檢測(cè)是產(chǎn)品制造中實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制、節(jié)約原材料、改進(jìn)工藝、提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率的重要手段，也是設(shè)備維護(hù)中不可或缺的手段之一。有資料表明，通過焊接加工的鋼材占世界鋼材產(chǎn)量的50%以上，超聲檢測(cè)是檢測(cè)焊接接頭缺陷并為焊接接頭質(zhì)量評(píng)價(jià)提供重要數(shù)據(jù)的主要無損檢測(cè)手段之一4-5。本課題是針對(duì)當(dāng)前比較流行的超聲衍射時(shí)差法（TOFD）探傷以及小波變換信號(hào)處理法來對(duì)GH706奧氏體不銹鋼焊接檢測(cè)進(jìn)行分析，廣泛適用于焊接接頭的檢測(cè)。超聲TOFD是利用缺陷部位的衍射波信號(hào)來檢測(cè)和測(cè)定缺陷尺寸的一種超聲檢測(cè)方法，通常使用縱波斜探頭，采用一發(fā)一收模式的原理進(jìn)行檢測(cè)的。在工件無缺陷部位，發(fā)射超聲脈沖后，首先到達(dá)接收探頭的是直通波，然后是底面反射波。有缺陷存在時(shí)，在直通波和底面反射波之間，接收探頭還會(huì)接收到缺陷處產(chǎn)生的衍射波。除上述波外，還有缺陷部位和底面因波型轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的橫波，一般會(huì)遲于底面反射波到達(dá)接收探頭。工件中超聲波傳播路徑見圖1：接收探頭發(fā)射探頭直通波底面反射波上端點(diǎn)衍射波下端點(diǎn)衍射波（1） 平板工件接收探頭發(fā)射探頭直通波底面反射波上端點(diǎn)衍射波下端點(diǎn)衍射波（2）凸面工件接收探頭發(fā)射探頭直通波底面反射波上端點(diǎn)衍射波下端點(diǎn)衍射波（3）凹面工件圖1不同形狀工件中超聲波傳播路徑而小波變換采用10db Daubechies小波，如圖2所示，此變換既可以顯示頻域信號(hào)的傅里葉變換特征，又可以捕捉信號(hào)時(shí)域的變換，具有易于重建和分解信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)。將此變換用于超聲波信號(hào)，既能確定回波和柱晶雜波的頻率成分，又不失去時(shí)間軸的數(shù)據(jù)。圖2 10db Daubechies小波二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)1.超聲TOFD法國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展情況 超聲TOFD（Time Of Flight Diffraction）法最早于20世紀(jì)70年代由英國(guó)原子管理局國(guó)家無損檢測(cè)研究中心的哈威爾實(shí)驗(yàn)室的M.G.Silk（英國(guó)原子能權(quán)威人士UKKAEA）根據(jù)超聲波衍射現(xiàn)象首先提出來的。TOFD最初的發(fā)展僅僅是作為定量工具，最初的想法是：使用常規(guī)技術(shù)探測(cè)到缺陷后使用TOFD進(jìn)行精確的定量和監(jiān)測(cè)在線設(shè)備裂紋的擴(kuò)展（例如檢測(cè)壓力容器）。很多年以來TOFD一直在實(shí)驗(yàn)室里，各國(guó)做過大量實(shí)驗(yàn)直到八十年代才為業(yè)界所認(rèn)同；在這些實(shí)驗(yàn)中，用事實(shí)證明了TOFD在可靠性和精度方面都是非常好的技術(shù)。自上世紀(jì) 9O年代起，超聲TOFD檢測(cè)法在國(guó)外工業(yè)無損檢測(cè)領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，歐、美、日均已推出相應(yīng)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。1992年英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS7706問世，1996年美國(guó)ASME標(biāo)準(zhǔn)將其列入規(guī)范案例2235和第卷無損檢測(cè)附錄，2000年歐、日分別推出專用標(biāo)準(zhǔn)。用于不同壁厚的承壓設(shè)備焊接接頭的制造和在用檢測(cè)。 而在國(guó)內(nèi)的也有所研究，武漢中科創(chuàng)新技術(shù)有限公司國(guó)產(chǎn)研制的國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)便攜式TOFD超聲波檢測(cè)儀2005年研制成功,2006年HS800型產(chǎn)品在特檢行業(yè)應(yīng)用,2007年底HS800成型產(chǎn)品推出市場(chǎng), 2008年產(chǎn)品開始銷售，從此便攜式TOFD超聲檢測(cè)儀在國(guó)內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用6-13。2.小波變換法國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展?fàn)顩r 小波變換是由法國(guó)從事石油信號(hào)處理的工程師J.Morlet在1974年首先提出的，通過物理的直觀和信號(hào)處理的實(shí)際需要經(jīng)驗(yàn)的建立了反演公式，當(dāng)時(shí)未能得到數(shù)學(xué)家的認(rèn)可。正如1807年法國(guó)的熱學(xué)工程師J.B.J.Fourier提出任一函數(shù)都能展開成三角函數(shù)的無窮級(jí)數(shù)的創(chuàng)新概念未能得到認(rèn)可。到了70年代，A.Calderon表示定理的發(fā)現(xiàn)、Hardy空間原子分解和無條件基的深入研究為小波變換的誕生做了理論的準(zhǔn)備，而且J.O.Stromberg還構(gòu)造了歷史上非常類似于現(xiàn)在的小波基：1986年著名數(shù)學(xué)家Y.Meyer偶然構(gòu)造出一個(gè)真正的小波基，并與S.Mallat合作建立了構(gòu)造小波基的統(tǒng)一方法-多尺度分析，從此小波變換發(fā)展起來。比利時(shí)女?dāng)?shù)學(xué)家I.Daubechies撰寫的小波十講對(duì)小波的普及起了重要的推動(dòng)作用?，F(xiàn)在，它已在科技信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域取得了令人矚目的成就。而且，信號(hào)處理已經(jīng)成為當(dāng)代科學(xué)技術(shù)工作的重要組成部分。從數(shù)學(xué)角度看，信號(hào)與圖像處理可以統(tǒng)一看成信號(hào)處理，小波分析的許多分析和應(yīng)用問題，都可以歸結(jié)為信號(hào)處理問題。其應(yīng)用范圍也越發(fā)廣泛，例如地震勘探數(shù)據(jù)處理、大型機(jī)械的故障診斷等方面。在信號(hào)分析方面的濾波、去噪聲、壓縮、傳遞等等。在圖像處理方面的圖像壓縮、分類、識(shí)別與診斷。特別是在無損檢測(cè)方面，其應(yīng)用也越來也占據(jù)重要地位，例如：數(shù)據(jù)采集、處理、歸納等等14-19。 三、研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案1.研究?jī)?nèi)容本課題主要針對(duì)GH706合金組織奧氏體焊縫進(jìn)行檢測(cè)，利用超聲TOFD法以及小波變換法的檢測(cè)方法，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：(1)對(duì)超聲TOFD法和小波變換法進(jìn)行理論學(xué)習(xí)和探究；(2)探究超聲TOFD法及小波變換法在GH706合金組織奧氏體焊縫中的應(yīng)用；(3)根據(jù)GH706合金組織奧氏體焊縫的檢測(cè)效果，評(píng)估分析此種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，如何改進(jìn)，以及是否能提出更好的檢測(cè)方法。2.實(shí)驗(yàn)方案（1）帶缺陷焊接試板的制作 制作板厚50mm、X型坡口的9%Ni鋼焊接試板。為模擬未融合和裂紋類的內(nèi)在缺陷，在接頭坡口面、表層和根部設(shè)置了電火花加工的窄槽。又通過局部附加多種熱循環(huán)，制作根部和表層有熱裂紋的試樣。（2）探頭的選擇 根據(jù)試樣，可選擇標(biāo)稱頻率2.25MHz、晶片尺寸為13mm的寬帶斜探頭。（3）調(diào)整好儀器，開始在試塊上進(jìn)行掃查，注意仔細(xì)觀察當(dāng)探頭掃查到缺陷，無缺陷的各部位時(shí)的波形。（4）多次重復(fù)試驗(yàn)，獲得多個(gè)試驗(yàn)結(jié)果。（5）采用離散小波變換法對(duì)超聲TOFD法檢測(cè)出的結(jié)果進(jìn)行分析，比較所得的結(jié)果，得出相應(yīng)結(jié)論。四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度1.目標(biāo) (1)了解焊縫無損檢測(cè)的方法，學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)； (2)學(xué)習(xí)超聲TOFD法及小波變換法的基本原理及應(yīng)用； (3)熟練運(yùn)用TOFD檢測(cè)儀； (4)運(yùn)用軟件對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行處理并分析結(jié)果，并把此法應(yīng)用于其他領(lǐng)域以及能夠提出更好的檢測(cè)方法。2.主要特色2.1超聲TOFD法的優(yōu)點(diǎn)（1）TOFD檢測(cè)結(jié)果與射線檢測(cè)結(jié)果都是以二維圖像顯示，不同的是TOFD能對(duì)缺陷的深度和自身高度進(jìn)行精確測(cè)量，而射線只能得到缺陷的俯視圖信息，對(duì)于判斷缺陷危害性程度的重要指標(biāo)，厚度方向的長(zhǎng)度，射線是很困難的；（2）TOFD技術(shù)檢測(cè)缺陷的能力非常強(qiáng)，特殊的探傷方式使其具有相當(dāng)高的檢出率，約90%左右，而相比之下，射線檢測(cè)的檢出率稍低，大約75%，在實(shí)際工作中，我們也發(fā)現(xiàn)有TOFD檢測(cè)出來的缺陷，X射線未能發(fā)現(xiàn)的情況，這給質(zhì)量控制帶來了極大的隱患；（3）TOFD技術(shù)所采集的是數(shù)據(jù)信息，能夠進(jìn)行多方位分析，甚至可以對(duì)缺陷進(jìn)行立體復(fù)原；（4） TOFD技術(shù)是利用超聲波進(jìn)行探傷，對(duì)檢測(cè)時(shí)的工作環(huán)境沒有特殊的要求。超聲波檢測(cè)是一種環(huán)保的檢測(cè)方式，對(duì)使用人員沒有任何傷害，所以在工作場(chǎng)合不需要特殊的安全保護(hù)措施；而射線檢測(cè)因其放射的危害性受到國(guó)家政策的嚴(yán)格控制，現(xiàn)場(chǎng)只能單工種工作，降低了檢測(cè)工作效率，阻礙了整個(gè)工程進(jìn)度；（5）TOFD檢測(cè)成本低，重復(fù)成本少；而射線檢測(cè)，建造暗室需要較高的投入，平時(shí)工作中的耗材成本重復(fù)發(fā)生，綜合成本相對(duì)較高20-21。2.2小波變換法的優(yōu)點(diǎn)（1） 小波方差是基于多分辨率分析的一個(gè)有效特征量，可以表征不同尺度的信號(hào)特征，它撇開了直接處理大量的小波系數(shù)，而是建立在挖掘這些數(shù)據(jù)及蘊(yùn)含信息的普適量上。（2） 小波方差具有意義明確、計(jì)算簡(jiǎn)單，對(duì)噪聲不敏感的特點(diǎn)。而且，單一尺度下的小波方差對(duì)信號(hào)特征的提取效果依賴于尺度的選擇，但對(duì)于事后分析來說，這一點(diǎn)并不難做到。（3） 通過對(duì)小波變換所進(jìn)行的理論分析和計(jì)算機(jī)模擬發(fā)現(xiàn)，利用小波變換具有的高低頻分離的特點(diǎn)，可在不丟失原信號(hào)重要信息成分的前提下，將原信號(hào)的邊緣部分進(jìn)行濾化處理，消除了噪聲信息，重構(gòu)出更加清晰的光譜特征圖形，從而提高了信號(hào)的清晰度，為信號(hào)的預(yù)處理提供了更加方便的條件。（4） 小波變換還可以對(duì)分析信號(hào)可進(jìn)行任意的放大平移并對(duì)其特征進(jìn)行提取，。對(duì)復(fù)雜信號(hào)做小波變換，進(jìn)行多分辨率分析，在信號(hào)圖像分析領(lǐng)域已占據(jù)相當(dāng)重要的地位。（5） 一個(gè)在局部范圍內(nèi)有非0值而其余所有地方都等于0的函數(shù)，它的頻譜會(huì)呈現(xiàn)出一幅相當(dāng)混亂的狀況，這時(shí)，頻域的信號(hào)反而不如時(shí)域的直觀，頻譜分析變得很困難，小波變換都可以克服這些。2.3工作進(jìn)度(1) 文獻(xiàn)翻譯 03.0903.15(2) 查閱、收集GH706組織材料 03.1603.20(3)撰寫開題報(bào)告 03.2103.31(4)熟悉水浸聚焦超聲法及金相分析法的原理和特點(diǎn) 04.0104.30(5)學(xué)習(xí)操作實(shí)驗(yàn)儀器并且熟練使用檢測(cè)系統(tǒng) 05.0405.15(6)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理及結(jié)果分析 05.1605.31(7)撰寫畢業(yè)論文、準(zhǔn)備畢業(yè)答辯 06.0106.26五、參考文獻(xiàn)1白亞冠 聶義宏 朱懷沈 趙帥 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