管道环焊缝焊接缺陷相控阵超声检测系统研究

【摘要】：全自动相控阵超声波检测系统是超声波检测技术与计算机技术相结合的种新型检测方法,与其它超声检测方法相比,具有高效、准确及相对直观的显著特点。本课题研制的管道环焊缝相控阵超声检测系统主要应用于大口径长输管道全自动焊接设备完成的焊缝质量检测,尤其对层间未熔合、坡口边缘未熔合等缺陷具有很强的检出能力,在对口间隙一定的情况下,也可用于半自动焊焊缝检测。 本文根据超声理论和管道环焊缝的焊接工艺,建立了相控阵超声检测的数学模型；通过对相控阵超声的聚焦、偏转和近场区特性的理论计算和试验研究,制定出了相控阵超声检测工艺方案；根据管道施工环焊缝焊接缺陷检测标准,开发出具有较高开放性和适应性的系统控制软件,该软件包括：上位机检测显示软件、FPGA(Field-Programmable Gate Array)工艺控制程序、下位机的过程控制程序以及数据高速采集和传输软件；开发出了满足工程需求的硬件控制系统,包括：相控阵超声波发射/接收系统、高速数据采集系统和管道环焊缝爬行扫查系统；研究了环焊缝焊接缺陷评价方法,并开发出相关软件；经多次进行现场实验和工业应用测试,证明本课题研制的全自动相控阵超声检测系统性能稳定。 本课题的创新点包括：(1)建立长输管道环焊缝不同壁厚、不同坡口形式相控阵超声检测数学模型,将相控阵扫查技术应用于长输管道环焊缝检测领域；(2)根据超声理论,建立了相控阵超声聚焦、晶振片数和晶片间的延时计算模型；设计系列试验试块,模拟出覆盖管道环焊缝相控阵超声传感器的聚焦、偏转、近场区长度等特性,为控制相控阵超声的硬件、软件提供依据；(3)根据长输管道环焊缝焊接无损检测标准,建立了管道环焊缝缺陷智能识别模型和缺陷识别方法,为实现缺陷的智能化判别奠定基础。