微小缺陷的超声散射检测方法研究

论文摘要

在一些特殊焊接方法中，如电子束焊接件，由于制备工艺、环境等原因，容易出现一些微小缺陷（如钉尖、冷隔和凝固线等）和垂直于表面的面状缺陷，而这些缺陷却是造成焊接接头的最大危害，使其工件寿命大大降低。传统的超声检测技术对这些缺陷难于有效的检测，因此很有必要研究新的检测方法来检测这一类型的缺陷。结合实际需要和国内外研究现状，本文利用超声散射原理，采用水浸式一发一收方法对不同类型和尺寸的缺陷试样进行了实验，分别从不同的方向接收这些缺陷的A显信号波，并最终通过散射成像装置来实现自动检测。首先，从声学理论出发，阐明声波在固体介质中的传播特性，通过对刚性圆球的散射声场的分析，研究了散射波的检测的原理和方法。其次，基于超声不同类型散射体的特性，研究了散射波的分布特性，并用实验结合有限元分析软件验证了散射波的分布规律。在此基础上研究了探头倾角、水程距离、激发与接收等一系列技术问题。然后，根据超声散射检测方法的特性结合实际检测的要求，在已有的超声扫面装置上增加了一个超声散射成像检测装置，并实验验证了新增装置的可靠性。最后，利用超声散射检测实验装置，对微小缺陷试样进行了成像检测实验。实验结果表明，超声散射法能够检测微小缺陷和近表面缺陷，为像电子束焊这种焊接件对无损检测有较高的检测灵敏度要求的构件检测提供了新的检测方法。与传统超声检测技术比较，超声散射法技术有两大优势：（1）它适合于检测近表面的缺陷（常规超声检测中存在盲区）；（2）对小缺陷有较高的灵敏度。因此，本文对超声散射检测技术开展的相关研究，有着重要的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 选题依据、目的和意义
• 1.2 本课题及相关领域的国内外研究现状
• 1.2.1 电子束焊接接头的无损检测方法
• 1.2.2 超声散射国内外研究现状
• 1.2.3 超声成像原理和技术发展
• 1.3 课题的研究内容
• 第2章 散射波的理论及应用
• 2.1 超声波的声学基础
• 2.1.1 声波辐射和换能器的指向性
• 2.1.2 波形转换与发射、折射定律
• 2.2 散射波理论
• 2.2.1 散射声波的定义
• 2.2.2 刚性圆球的散射声场
• 2.2.3 散射波检测原理
• 2.3 小结
• 第3章 超声散射特性实验研究
• 3.1 概述
• 3.2 试样设计
• 3.3 垂直发射背向散射特性实验研究
• 3.3.1 实验方案
• 3.3.2 实验结果与分析
• 3.4 倾斜发射背向散射特性实验研究
• 3.4.1 实验方案
• 3.4.2 实验结果与分析
• 3.5 倾斜发射面向声源散射特性实验研究
• 3.5.1 实验方案
• 3.5.2 实验结果与分析
• 3.6 垂直发射面向声源散射特性实验研究
• 3.6.1 实验方案
• 3.6.2 实验结果与分析
• 3.7 小结
• 第4章 超声散射有限元分析
• 4.1 概述
• 4.2 有限元算法及 ABAQUS 软件简介
• 4.2.1 有限元方程与求解格式
• 4.2.2 ABAQUS 的主要模块
• 4.3 不同类型缺陷的有限元模拟
• 4.3.1 直发有限元模拟过程及结果分析
• 4.3.2 斜发有限元模拟过程及结果分析
• 4.4 小结
• 第5章 超声散射方法成像研究
• 5.1 概述
• 5.2 超声散射成像装置研究
• 5.2.1 系统总体构成
• 5.2.2 机械扫查装置
• 5.2.3 软件设计
• 5.3 超声散射方法成像结果分析
• 5.3.1 垂直发射背向散射
• 5.3.2 倾斜发射面向声源散射
• 5.4 小结
• 第6章 超声散射方法电子束焊接接头应用研究
• 6.1 概述
• 6.2 电子束焊缝超声散射检测方法研究
• 6.2.1 试验材料和构件
• 6.2.2 检测方法
• 6.2.3 检测结果分析
• 6.3 小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢