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低压汽轮机叶轮轮缘裂纹的超声相控阵检测

作　者: 常文爽
导　师: 陈世利
学　校: 天津大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 应力腐蚀裂纹超声相控阵图像校正缺陷定向能量特征缺陷定量
分类号: TP274.53
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 3次
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内容摘要

随着对电力需求的日益增加，我国开始大力发展核电产业，现已成为世界上在建核电机组最多的国家。对于核电站中常见的外包菌型低压汽轮机叶轮，由于其长时间的高速转动，容易在轮缘位置形成应力腐蚀开裂，带来巨大的安全隐患，因此，对这一复杂结构上初始裂纹的检测有重要的实际意义。近年来，超声相控阵技术由于其显著的特点及优势，广泛应用于工业领域，尤其在复杂结构试件中，是缺陷检测的最优方法。本文采用超声相控阵检测系统对外包菌型低压汽轮机叶轮轮缘裂纹缺陷进行检测。首先，利用无损检测中常用的CIVA仿真平台进行声场仿真，完成了方案的设计，包括检测面、探头及楔块型号和扫查方式及角度等参数的选择。在此基础上，仿真实验的缺陷响应，证明了方案的可行性。最后，在加工的模拟试块上进行实际检测，达到了与仿真实验相同的效果。针对实验结果进行详细分析后，发现诸多问题有待研究，包括对叶轮轮缘上微小裂纹缺陷的定位、定向和定量等。本文针对以上问题进行了深入的探索，提出了新的方法，并在理论上和实验中得到了验证，主要包括：1）针对缺陷定位精度差的问题，提出了扇形扫查的校正成像算法。经验证，该算法可直观地剔除伪缺陷，并且在缺陷定位方面，较之声程计算法和仪器自带的扇扫校正法准确度更高。2）提出了功率谱计算和小波包分析方法对初始裂纹缺陷的方向性特征（偏转角度）进行区分，并拟合出声束轴线与缺陷夹角和高频带所占能量之间的关系曲线作为参考标准，以实现缺陷角度的估计。检测结果为计算被测对象所受应力、裂纹扩展方向和工作寿命提供了依据，并为提高缺陷定量精度提供了可能。3）根据低压汽轮机叶轮轮缘的特殊结构与检测要求，提出一种新的裂纹缺陷定量方法——回波衰减法，该方法避免了繁琐的计算机数据处理，简单、直观，并经实验验证了其可行性。综上，本文利用超声相控阵检测技术实现了外包菌型低压汽轮机叶轮轮缘裂纹缺陷的检测，并针对实验中遇到的缺陷定位、定向和定量等问题提出了扇扫矫正算法、功率谱计算和小波包分析方法、回波衰减法三种方法，并逐一验证了其可行性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-20
  1.1 无损检测方法概述  8-11
  1.2 超声无损检测技术  11-17
    1.2.1 超声无损检测的发展历程  11-12
    1.2.2 超声无损检测新技术  12-17
  1.3 本课题背景及研究内容  17-20
    1.3.1 课题背景  17-19
    1.3.2 研究内容  19-20
第二章超声相控阵无损检测  20-32
  2.1 超声相控阵检测基本工作原理  20-28
    2.1.1 超声检测的物理基础  20-24
    2.1.2 超声相控阵换能器  24-26
    2.1.3 超声相控阵技术特点  26-28
  2.2 超声相控阵扫查图像的显示  28-31
  2.3 本章小结  31-32
第三章低压汽轮机叶轮轮缘裂纹检测实验研究  32-45
  3.1 CIVA 软件介绍  32
  3.2 仿真实验  32-36
    3.2.1 检测面的确定  33
    3.2.2 探头、楔块选型  33-35
    3.2.3 扫查方式及角度的确定  35
    3.2.4 缺陷响应的仿真  35-36
  3.3 实验研究  36-43
    3.3.1 模拟试块的制作  36-38
    3.3.2 检测系统  38-39
    3.3.3 实验过程  39
    3.3.4 缺陷分析  39-43
  3.4 本章小结  43-45
第四章缺陷成像及定向、定量方法研究  45-65
  4.1 扇扫图像的校正  45-49
    4.1.1 图像校正的目的  45
    4.1.2 图像校正的实现  45-49
  4.2 缺陷定向方法研究  49-60
    4.2.1 定向研究的目的  49-50
    4.2.2 检测原理及分析  50-53
    4.2.3 实验过程  53-55
    4.2.4 结果分析  55-60
  4.3 缺陷定量方法研究  60-63
    4.3.1 定量研究的目的  60
    4.3.2 常见缺陷定量法  60-61
    4.3.3 回波衰减法  61-63
  4.4 本章小结  63-65
第五章总结与展望  65-67
  5.1 全文总结  65-66
  5.2 展望  66-67
参考文献  67-71
发表论文和参加科研情况说明  71-72
附录  72-75
致谢  75

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