1、XX大学毕业设计（论文）开题报告题 目超声波检测缺陷高度的方法讨论专 业 名 称 测控技术与仪器班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 填 表 日 期 20xx 年 4 月 9 日一、选题的依据及意义：通过多年来对压力容器检测实践表明，内部裂纹造成的事故远要甚于腐蚀得多。裂纹是焊缝中危害性最大的一种缺陷，它属于条面对面状缺陷，在常温下会导致焊缝的抗拉强度降低，并随着裂纹所占截面积的增加而引起抗拉强度大幅度下降。另外，裂纹的尖端是一个尖锐的缺口，应力集中很大，它会促使构件在低应力下扩展破坏。所以在焊缝中裂纹是一种不允许存在的缺陷。一旦发现必须进行全部清除或将所焊容器(构件)判废。英国曾经
2、对十万个压力容器进行调查，运行一年共发生132件破坏事故，按照事故原因统计原因，由于裂纹扩展造成的破坏占总数的比例高达89.3%。因而对裂纹类缺陷的检测和监控极为重要。根据断裂力学研究证明，带有尖锐边缘的平面缺陷（如裂纹）危险性最大。同时还证明受压部件中平面缺陷穿过壁厚的径向长 度、缺陷距表面及与其它缺陷的距离等都是关键性的重要尺寸，而平行于部件表面的裂纹长度是次要的。因此对裂纹类缺陷的自身高度进行精确测量，是运用断裂力学进行承压部件寿命评估的前提，也是评估精确程度的重要决定因素。但使用传统超声检测技术检测裂纹，其结果往往不直观，也容易受到人为干扰，后期计算也较为复杂。为了有效地提高对裂纹检测
3、的可靠性，开展对裂纹深度检测的方法的探索是很有必要的。二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：国内外，对裂纹的超声检测结果的精确度有较高要求的同时，另一方面对检测过程的自动化程度要求也越来越高。总体呈向着智能化数字化的方向发展的趋势。在国外德国的krautraemer公司和美国的panametrics公司和美国的PAC公司的所生产的超声检测仪较为先进，它们早在上个世纪70年代就将超声检测与电子技术等相关科学联系起来，实现了对缺陷信号的定量，自动读数，自动识别报警等功能。而从20世纪90年代以来，出现的各种智能检测机器人，能代替人类，对人类不易接触的部位对构件中的裂纹进行检测，大大降低了人工
4、工作强度。例如日本东京煤气公司的蜘蛛型机器人，移动速度约60m/h ，重约140kg，采用16个超声探头可以对运行状态下的球罐上任意点坐标位置进行扫描。日本NKK公司研制的机器人借助管道内液体推力前进，可以测量输油管道腐蚀状况，其检测精度小于1mm。丹麦Force研究所的爬壁机器人，重约10吨，采用磁吸附与预置磁条跟踪方式可检测各类大型储罐与船体的缺陷。在20世纪末国外还将相控阵技术应用在缺陷检测上。采用相控阵探头，能通过电子扫描实现高速探伤。且避免了采用端部衍射的回波发时所要进行的复杂计算，可利用探伤仪具备的标尺指针，很轻易地计算出缺陷的深度信息。美国的Imperium公司是世界上唯一可以提
5、供全视频相控阵超声波成像仪的企业，图像可实时的显示在液晶显示屏LCD上或PC上，使用者解释起来很方便。而且它操作简单，使用灵活。它只需更换传感器就可以使同一系统使用不同的频率。在国内，2013年管道局检测公司研制的国内首套电磁超声裂纹检测器完成整机牵拉试验。电其运用到了电磁超声裂纹检测技术，该技术不但具有超声导波的所有优点，还使得不需与被测物体接触就能够测得裂纹有关参数成为可能，尤其适用于高温高压管道的在线监测。但和发达国家还是存在差异，检测专业队伍中高级技术人员和高级操作人员所占比例较小，年轻的检测人员缺乏切实的实践经验，导致现有的超声检测技术对复杂裂纹的检测可靠性降低。此外由于国外技术垄断
6、而国内技术尚不成熟，先进检测设备多由国外高价进口，这十分不利于降低裂纹检测的检测成本，急需加强对裂纹检测的技术投入。三、研究内容及实验方案： 3.1研究内容: 在实际应用中6db法(如图1)，表面波延时法，端点衍射波法(如图2)以及端点反射波法（如图3）均能有效对裂纹高度进行测量。6db法是超声测量长度的传统方法，通常是探头找到最大峰值后向相反的二个方向水平移动使回波峰值下降一半时的波束中心线距离即为长度，该长度称为指示长度但并非裂纹的真实长度。这种方法可以用来测高，但是误差较大。明确其误差来源是什么，通过方法改进如何减小误差，也是我们探究内容。对表面开口的裂纹可采用表面波延时法来测量裂纹深度
7、，该法主要是通过裂纹对表面波的延时作用来计算裂纹的深度。但当缺陷内含油或水等液体时，表面波有可能跨越缺陷开口，使测试误差大大增加。此外，缺陷的端部太尖锐接收到超声波信号很低甚至接收不到。缺陷表面过于粗糙也会造成误差增大。由此探究当缺陷表面粗糙时，利用何种超声检测方法较为精确。超声端点衍射法是通过测量裂纹端点衍射回波的延迟时间差值来求得裂纹高度的。但是已知衍射波的强度很弱难发现，所以用衍射波测量裂纹高度有较大的难度。当测量缺陷高度时，探究何种情况下优先采用利用超声端点衍射法。端点反射回波法是通过测量主声束入射到裂纹顶端时，所产生的端点回波声程计算裂纹的高度，具体该怎样简化此方法进行后续计算，得出
8、正确结果。图1 用6dB法测缺陷自身高度图1：端点衍射回波法测缺陷自身高度图2 端点反射法测缺陷自身高度通过实验分别使用这四种方法对裂纹进行检测并计算其高度，对比计算数据与裂纹的实际高度，分别得到几种方法的精确度，从而确定各种方法的最为适用的情况。3.2实验方案：（1） 校准时基线，并进行距离修正。使用超声端点衍射回波法，对三块不同的含人工缺陷试块实验，并计算其缺陷高度。（2） 使探头沿缺陷方向进行扫查。使用超声端部最大回波法，对上述三块含人工缺陷试块进行测量，计算其缺陷高度。（3） 采用6db法，分别对三块含人工缺陷试块检测，观察缺陷在高度方向的延伸观察回波包络线的形态，并计算其缺陷高度。（
9、4） 计算数据，分别得出三块含有人工缺陷的试块用各方法检测所得的缺陷误差。对比分析得出结论。四、目标、主要特色及工作进度4.1 研究目标： (1)通过实验研究，总结出利用几种不同的超声原理测量裂纹高度的特点； (2)熟悉掌握几种超声检测裂纹高度的原理和步骤； (3)熟练采用超声A扫描检测方法对焊缝进行检测； (4)通过对比四种检测数据，分析得出各方法的试用情形； (5)了解明确将来利用超声检测裂纹高度的发展趋势。4.2主要特色：对同种检测方法，使用不同的设备进行实验，以求降低误差。在实验中不仅利用到基本的超声检测原理，还利用计算机仿真软件，对相应检测的误差危害进行评估，从而得出各方法最适用的情
10、形。4.3工作进度：1、查阅超声波测缺陷高度的方法讨论的相关资料并撰写开题报告； 03.0904.102、研究尖端衍射信号测量法； 04.1104.153、研究波型转换法等其它方法； 04.1604.304、研究该工件的超声检测工艺； 05.0405.155、数据处理，将检测结果进行对比，并分析结果； 05.1105.256、总结并撰写论文，答辩。 05.2606.26五、参考文献1 牛向东.超声端点反射法测量裂纹自身高度的数字处理方法J.无损检测,2001,23(7):298301. 2 吴章勤,艾川,王闸.裂纹类缺陷自身高度的超声波测量J.云南电力技术,2004,32(4):41- 43.
11、 3 夏建国,湛宏,韩君.衍射波法测定裂纹高度时的最小可测高度和高度测试精度J. 锅炉制造,2001,108(2):64-66.4 Maria V. Felice.Accurate depth measurement of small surface-breaking cracks using an ultr-asonic array post-processing techniqueJ, NDT&E International,2014,68105112.5 庞天国,罗涛.超声端点衍射法测量在役管道木材疲劳裂纹高度J.无损检测,2012,34(6):76-78.6 姚力.环缝缺陷超声波定量检
12、测方法的探讨J.无损探伤,1998(2):11-16.7 全国锅炉压力容器标准化技术委员会.JB/T 4730.1-4730.6-2005承压设备无损检测S. 北京:中国标准出版社:130-1418 林介东.超声波聚焦针探头端点回波法测定缺陷高度的研究J.无损检测,1992,14(l1):301-303.9 Y.Ogura. Ameasurementon the Sizes of Internal Defects Using Mode Converted Surface at the DefectJ.Journal of JSNDI,1995, 28(3): 182- 190.10 R.W.尼
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