球铁管壁厚和球化率超声在线检测装置研究

论文摘要

球墨铸铁自1947年问世以来,由于它对各种机械零件有广泛适应性和优良的工艺性能,而迅速发展成为一种应用范围十分广泛的机械工程材料。因为其优越的抗腐蚀能力、强度和韧性,可承受较高的输水压力、土壤压力及地面载荷,使用安全可靠。可使输送距离加长,并能在不利的条件下铺设地下管道,所以广泛应用于输水、输油、输气管道中。球墨铸铁管在运输和地下敷设时,往往要承受冲击碰撞,埋土后又受到土壤压力,另外,用于排除污水的管道,还经常受到含酸废水的腐蚀。所以球墨铸铁管的质量检测非常的必要,其中壁厚和球化率的检测尤为重要。壁厚不均匀或局部过薄极易引起局部的承载能力下降,很容易出现管道爆裂事故；球化率直接影响球铁管的机械性能,是衡量球铁质量的重要指标。管壁厚度管两端可以用量具进行测量,但是中间部分很难进行测量。球化率的评定目前大多是抽样截取管子端部的一块,通过金相实验判断其球化率,并用抽样检测结果代表整批管子的球化率,这样就不能真实的反映管子每个部位的厚度和球化率。检测方法不但不能保证整根管子使用的可靠性,而且需要人工操作,浪费时间与材料。我们自行研制的超声在线检测装置,可以在线实时的测量出球墨铸铁管各点的厚度及其球化率。测量厚度时采用反射法测厚；球化率的判定是先利用透射法测出球墨铸铁管某点的声速,再根据声速与球化率的线性关系,计算出此点的球化率,壁厚和球化率结果可直观、实时的显示在屏幕上。从实验室和初步实际检测的实验结果来看,该系统能够对球铁管壁厚和球化率实现全长、自动、快速测量,稳定性和准确性良好。由于球墨铸铁管外壁粗糙度较大,而且内壁容易出现渣子缺陷,粗糙的表面影响测厚的精度。本文总结了表面粗糙对脉冲宽度和波峰位置的影响规律和对测厚可能产生的影响,这不仅对球墨铸铁的在线检测有很重要的意义,而且对所有表面粗糙材料的超声测厚都有指导性的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及应用价值
• 1.2 研究现状及发展趋势
• 1.3 本课题的研究难点和研究内容
• 2 超声检测理论知识
• 2.1 临界角与波形转换
• 2.2 超声波的散射
• 2.3 超声波的衰减
• 2.4 超声波测厚方法
• 2.4.1 共振法
• 2.4.2 脉冲反射法
• 2.4.3 幅度谱法
• 2.4.4 功率谱估计法
• 2.5 球化率测量方法
• 2.5.1 金相测量法
• 2.5.2 超声波声速法
• 2.6 探头的选择方法
• 2.6.1 探头型式的选择
• 2.6.2 探头频率的选择
• 2.6.3 探头晶片尺寸的选择
• 2.6.4 斜探头K值的选择
• 2.7 耦合方式的选择
• 2.7.1 直接接触法
• 2.7.2 液浸法
• 2.8 频谱分析方法
• 2.8.1 功率谱
• 2.8.2 幅度谱
• 2.8.3 相位谱
• 3 实验仪器及设备
• 3.1 试样
• 3.1.1 在线检测试验所用试样
• 3.1.2 粗糙度实验试样的设计
• 3.2 超声检测系统设计
• 3.2.1 电机的选择
• 3.2.2 测距器的选择
• 3.2.3 超声采集卡
• 3.2.4 探头架
• 3.3 实验仪器的选择
• 3.3.1 超声波探伤仪
• 3.3.2 示波器
• 3.3.3 探头
• 4 实验内容
• 4.1 超声检测装置在线检测可靠性试验
• 4.1.1 验证超声检测装置能否检测出壁厚的变化
• 4.1.2 验证检测装置对内壁较光滑管子壁厚测量的可靠性
• 4.1.3 验证检测装置对内壁有渣滓管子壁厚和声速测量的可靠性
• 4.1.4 验证检测装置在现场对管子壁厚和声速测量的可靠性
• 4.2 粗糙度对测厚结果的影响实验
• 5. 实验结果与分析
• 5.1 超声检测装置对球铁管壁厚和球化率的在线检测可靠性分析
• 5.1.1 验证超声检测装置能否检测出壁厚的变化
• 5.1.2 验证检测装置对内壁较光滑管子壁厚测量的可靠性
• 5.1.3 验证检测装置对内壁有渣管子壁厚和声速测量的可靠性
• 5.1.4 现场试验
• 5.1.5 小结
• 5.2 粗糙度对测厚结果的影响
• 5.2.1 上表面粗糙对回波脉冲宽度的影响
• 5.2.2 上表面粗糙对波峰位置的影响
• 5.2.3 对比三种粗糙情况对底面回波脉冲宽度的影响
• 5.2.4 表面粗糙度对测厚结果的影响
• 5.2.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢