【正文】 當(dāng) 20 2 =2 , 4 , 6kl? ? ? ???時(shí)， P小 球 有極小值，如圖 所示。因此積分號(hào)內(nèi)分母中的 MP? 也可以提到積分號(hào)外。 如果在此處不考慮聲壓隨時(shí)間的變化以及僅關(guān)注相對(duì)聲壓，那么 jte? 這項(xiàng)與積分號(hào)前面的常數(shù)項(xiàng)都可略去。 ⑵ 焦點(diǎn)附近軸線上的聲壓分布 要說明聲場(chǎng)特性中的焦柱與焦柱長(zhǎng)度兩個(gè)參數(shù)，就必須要對(duì)焦點(diǎn)附近軸線上 的聲壓分布進(jìn)行闡述。一個(gè)收發(fā)兼用型的聚焦探頭測(cè)得的焦平面上某一直徑較小的小球所反射的聲壓為： ? ? 21002J= ka FP ka F?????????小 球 （ ） （ 21） 式中 ： J1 —— 一 階貝賽爾函數(shù)； k —— 波數(shù)， k=2π∕ λ； ρ —— 焦平面上的半徑變量； F —— 聚焦探頭在水中的焦距； 0a—— 晶片所在平面上的半徑變量。 球靶法原理認(rèn)為直徑非 常小的小球所反射的聲壓與小球所在位置的聲壓呈正比關(guān)系。但是從檢測(cè)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、操作的難易以及適用性來比較，水聽器法和球靶法是目前國(guó)內(nèi)外最為常見的兩種測(cè)定方法。 無(wú)縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 ⑴ 水浸超聲探頭聲場(chǎng)特性的測(cè)定方法 超聲探頭的聲場(chǎng)特性測(cè)量方法有光彈法 [41]、 光纖探測(cè)法 [42]、水聽器法 [43]、球靶法 [40]、數(shù)值計(jì)算法以及有限元模擬 [44]等。但通過惠更斯原理和聲的波動(dòng)理論我們知道實(shí)際上在焦點(diǎn)附近聲壓的分布呈現(xiàn)一定的規(guī)律，而并非幾何交匯成點(diǎn)。相比于平探頭，評(píng)估水浸聚焦探頭聲場(chǎng)特性有四個(gè)重要參數(shù)：孔徑（晶片有效直徑）、焦距、焦柱直徑以及焦柱長(zhǎng)度 [40]。對(duì)均勻傳播空間，輻射聲場(chǎng)的空間分布與探頭的輻射頻率、輻射孔徑及輻射結(jié)構(gòu)有關(guān)。 小口徑無(wú)縫鋼管壁薄，用過低的檢測(cè)頻率顯然是不合適的，所以，在 GB/T 577720xx 標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于檢測(cè)頻率的部分從原先版本中的 ~10MHz 修改為1MHz~15MHz，也反映出對(duì)無(wú)縫鋼管缺陷檢測(cè)要求的不斷提高。 對(duì)于晶片尺寸一定的探頭，頻率越高，波長(zhǎng)越短，聲束的指向性就越好， 聲能集中，可提高對(duì)小缺陷的檢測(cè)能力、缺陷的定位精度以及相鄰缺陷的分辨能力。所以，在 GB/T 577720xx 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)單探頭鋼管檢測(cè)規(guī)定晶片的長(zhǎng)度或者尺寸規(guī)定為不大于25mm，人工缺陷長(zhǎng)度小于 20mm時(shí)不大于 12mm[37]。 ⑵ 探頭尺寸的選擇 探頭晶片尺寸大則探頭入射至反射體的能量也大，而且晶片尺寸大時(shí)聲束指向性好，在鋼管檢測(cè)中為盡量減少聲束的擴(kuò)散，一般選用較大尺寸。的人工平底孔缺陷，而聚無(wú)縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 焦探頭聲能相對(duì)集中，受缺陷傾角的影響要小的多。 圖 對(duì)比實(shí)驗(yàn)所用試塊 Testing block of the parison experiment 0 5 10 15 20020406080100 P lan e pro b e F o c u sin g pro b eEcho height (%)In c li n a ti o n ( 176。的人工平底孔 ，之后更換平探頭同參數(shù)逐次檢測(cè)。 的人工平底孔回波調(diào)至滿輻的80%作為基準(zhǔn)波高，再逐次檢測(cè) 傾角為 10176。 ，孔深度為 10mm，檢測(cè)探頭直徑為14mm，檢測(cè)頻率為 5MHz 的平探頭與點(diǎn)聚焦探頭，其中聚焦探頭焦距為 50mm，水層距離為 13mm。 ， 10176。 在 小節(jié)說明缺陷的取向性對(duì)于檢測(cè)影響很大，但使用聚焦探頭的情況下，缺陷的取向性對(duì)回波幅度的影響遠(yuǎn)小于平探頭。 超聲波在液體中傳播時(shí)，聲束擴(kuò)散角較小，指向性好，但一旦射入工件后，按照折射規(guī)律，擴(kuò)散角會(huì)增大，聲束指向性急劇下降，特別是諸如表面是圓柱面的管（棒）材，超聲波經(jīng)過液層進(jìn)入管（棒）材表面后，就會(huì)產(chǎn) 生類似凸透鏡的擴(kuò)散現(xiàn)象，圓柱面曲率越大，擴(kuò)散的作用越大。 檢測(cè) 探頭選擇 ⑴ 探頭類型的選擇 N type notch Depth： Width： Length： 40mm L 3 N type notch Depth： Width： Length： 40mm L N type notch Depth： Width： Length： 40mm L 2 N type notch Depth： Width： Length： 30mm L N type notch Depth： Width： Length： 40mm L 無(wú)縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 檢測(cè)探頭類型的選擇應(yīng)該根據(jù)被檢測(cè)工件產(chǎn)生缺陷的部位和方向、工件的幾何形狀以及檢測(cè)面情況來選擇，管材的檢測(cè)一般用水浸聚焦探頭探測(cè)。 其他用途鋼管 注：表中 h 代表人工缺陷的深度， t 代表鋼管名義厚度 無(wú)縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 實(shí)驗(yàn)室所制樣管均為 安徽金安管業(yè)集團(tuán)有限公司生產(chǎn)φ 76 9mm 小口徑無(wú)縫鋼管，其材質(zhì)為 20鋼，實(shí)驗(yàn)室主要以標(biāo)準(zhǔn)中 級(jí)別進(jìn)行加工，鋼管橫向人工缺陷如圖 所示，鋼管縱向缺陷如圖 所示，兩圖中未展示的內(nèi)壁側(cè)橫 /縱向人工缺陷尺寸與 外壁橫 /縱向缺陷相同。 高壓鍋爐管 L4 177。 其他不銹鋼管 L3 10 177。 高壓 鍋爐管 177。 其他不銹鋼管 8 177。 高壓鍋爐管 177。 其他不銹鋼管 177。 航空不銹鋼管 L2 5 177。 表 人工缺陷尺寸 Tab. Dimensions of artificial defects 級(jí)別 深度 寬 度 長(zhǎng)度 推薦適用范圍 h/t /% 最小 /mm 允許偏差 規(guī)定值 /mm 允許偏差 /mm L1 3 177。 超聲檢測(cè)對(duì)缺陷尺寸的量化通常用當(dāng)量法來評(píng)判，這就使無(wú)縫鋼管試樣人工缺陷的刻傷顯得尤為重要。 對(duì)比試樣 無(wú)損檢測(cè) 一般用 所求的未知量與已知量相比較的方法來確定未知量 的 值和檢測(cè) 靈敏度。 目前，無(wú)縫鋼管超聲檢測(cè)主要依據(jù)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要是 GB/T 577720xx《無(wú)縫鋼管超聲波探傷檢驗(yàn)方法》，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了無(wú)縫鋼管的探傷原理、探傷方法、對(duì)比試樣、探傷設(shè)備、探傷步驟、結(jié)果評(píng)定與探傷報(bào)告；它適用于各種用途無(wú)縫鋼管縱向、橫向缺陷的超聲檢測(cè)；適用范圍用于不小于 6mm 并且壁厚與外徑之比不大于 的鋼管。 檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的反饋環(huán)節(jié)是 X 軸和 Y 軸起限位作用的接近開關(guān)的信號(hào)反饋，對(duì)系統(tǒng)而言起到限位保護(hù)作用。 檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的輸入環(huán)節(jié)由系統(tǒng)軟件執(zhí)行；檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的輸出環(huán)節(jié)由控制、驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行三部分組成。 無(wú)縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 圖 控制系統(tǒng)電氣信號(hào)連接圖 Connection diagram of electrical signal control system 電氣控制系統(tǒng)基本構(gòu)成包括輸入、輸出和反饋三個(gè)環(huán)節(jié)。 （ a） （ b） 圖 機(jī)械 系統(tǒng) 視圖 Diagram of mechanical system （ a） 檢測(cè)系統(tǒng)機(jī)械制圖 ；（ b） 機(jī)械實(shí)物圖 電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)完成對(duì)各軸控制 ， 并且實(shí)時(shí)高效完成計(jì)算機(jī)與各控制單元之間的信息交換。 由于實(shí)驗(yàn)采用水浸式檢測(cè)方式，故設(shè)計(jì)加入矩形水槽，長(zhǎng)度： 2100mm；寬度： 930mm，高度： 1190mm；工位長(zhǎng)度： 1500mm；被檢鋼管直徑： 30~200mm。 X、 Y 軸的直線運(yùn)動(dòng)采用滾珠圓柱滑軌導(dǎo)向，滾珠絲杠傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，形成直線運(yùn)動(dòng)。 超聲檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)械控制系統(tǒng) 超聲檢測(cè)系統(tǒng)通過機(jī)械運(yùn)動(dòng)完成對(duì)被檢件的掃描，其機(jī)械系統(tǒng)主要分為支撐在檢無(wú)縫鋼管和形成機(jī)械運(yùn)動(dòng)兩個(gè)部分，系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)包 括 R 軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和 X、 Y、 Z 軸的雙向直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向均為雙向，各運(yùn)動(dòng)軸的定義如圖 所示 。 （ a） （ b） （ c） （ d） 圖 小口徑無(wú)縫鋼管檢測(cè)運(yùn)動(dòng)方式 Ultrasonic testing movement pattern of smalldiameter seamless tube （ a）鋼管直行不旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)式組合探頭方式；（ b）鋼管直行不旋轉(zhuǎn)、固定組合式探頭方式 （ c）鋼管螺旋前進(jìn)、探頭固定方式；（ d）鋼管原地旋轉(zhuǎn)、探頭往復(fù)直行方式 無(wú)縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 四種檢測(cè)運(yùn)動(dòng)方式各有千秋，應(yīng)該結(jié)合自身實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)特點(diǎn)與目的來選擇自動(dòng)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)方式，如表 所示。 無(wú)縫鋼管 檢測(cè)運(yùn)動(dòng)方式選擇 小口徑無(wú)縫鋼管選擇水浸聚焦法檢測(cè)也給檢測(cè)運(yùn)動(dòng)帶來了便捷：①探頭可以在機(jī)械系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，減少影響檢測(cè)可靠性的人為因素；②探頭和試件不接觸，超聲波的發(fā)射和接收都比較穩(wěn)定，試塊表面粗糙度的影響在水浸法中也存在，但粗糙表面引起的聲能損失比接觸法小的多；③通過調(diào)節(jié)探頭角度，可方便地改變探頭發(fā)射的超聲束的方向，從而很容易地實(shí)現(xiàn)斜入射檢測(cè)，以及沿曲面表面進(jìn)行的掃查對(duì)于獲得不同取向缺陷的最大回波高度也是有利的；④由于探頭不直接接觸試件，探頭損壞的可能性較小，探頭壽命較長(zhǎng)；⑤便于實(shí)現(xiàn)聚焦 聲束檢測(cè)，滿足高靈敏度、高分辨率檢測(cè)的需要。但小口徑無(wú)縫鋼管曲率較大，一方面直接接觸法耦合效果不佳，另一方面由于聲束在管壁內(nèi)的能量擴(kuò)散已經(jīng)變得相當(dāng)嚴(yán)重，所以不能用接觸法檢測(cè)，這就要選擇水浸式聚焦檢測(cè)法，它的最大優(yōu)勢(shì)在于可以減 少由于小口徑無(wú)縫鋼管曲率較大而引起的聲束能量擴(kuò)散損失，如圖 所示。圖 示意的檢測(cè)方式就是直接接觸法，這也是大部分工件檢測(cè)選擇的方式，但對(duì)于無(wú)縫鋼管就不一定適合，特別是小口徑無(wú)縫鋼管。的橫向或者斜向的缺陷，如何實(shí)現(xiàn)超聲波聲束“ W”形路徑，這就對(duì)檢測(cè)方式與檢測(cè)運(yùn)動(dòng)方式提出了要求。在穿孔工藝研究中，國(guó)內(nèi)外對(duì)二輥斜軋穿孔時(shí)圓管坯端面上變形強(qiáng)度研究也有很多，其中有結(jié)論認(rèn)為變形強(qiáng)度沿圓管坯截面上呈“ W”形分布形態(tài) [34~36]，這就要求我們?cè)跈z測(cè)鋼管時(shí)，超聲波聲束路徑也應(yīng)該是一個(gè)“ W”形，如圖 所示，這樣才能檢測(cè)出諸如表面傾角 30176。金屬的附加變形會(huì)帶來一系列的不良后果，如由金屬的附加變形所引起的附加應(yīng)力（內(nèi)應(yīng)力）容易導(dǎo)致毛 管的內(nèi)、外表面和內(nèi)部產(chǎn)生質(zhì)量缺陷，并使得所需變形能量增大等 [1][32][33]。斜軋穿孔時(shí)，金屬的附加變形包括扭轉(zhuǎn)變形、軸向（沿穿孔方向）剪切變形和切向（沿圓周方向）剪切變形等。管坯在斜軋穿孔過程中所產(chǎn)生的缺陷與穿孔管坯在變形區(qū)中的變形條件有著密切的關(guān)系。實(shí)際檢測(cè)中缺陷反射面與入射聲束軸線垂直的情況是少見的，當(dāng)有傾角時(shí)，缺陷回波隨傾角的增大而急劇下降，所以認(rèn)知無(wú)縫鋼管的成型工藝對(duì)于研究缺陷的取向性是十分重 要的。 缺陷形貌對(duì)檢測(cè)的影響分析 應(yīng)用波形檢測(cè)通常是根據(jù)缺陷回波波高來確定其大小，而波高的大小與缺陷的實(shí)際尺寸往往不是一致的，甚至有很大差距，這是因?yàn)槿毕莼夭úǜ吲c缺陷形狀、取向、大小和性質(zhì)等因素都有關(guān)系。 A 型超聲波檢測(cè)因其回聲顯示采用幅度調(diào)制顯示（ amplitude modulation Display）而得名，它實(shí)際上是超聲脈沖回波圖形，橫坐標(biāo)代表被探測(cè)物體的深度，縱坐標(biāo)代表回波高度即超聲波的振幅，根據(jù)接收的回波可知缺陷在材料中的深度與大小，檢測(cè)人員根據(jù)回波的一些特性，諸如波幅和波密度等再結(jié)合日常檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)在一定程度上 可對(duì)缺陷進(jìn)行模糊的定性分析，但是 A 掃描是回波圖，只能反應(yīng)局部的回波信息，不能直觀地顯示缺陷形態(tài)等特征 [31]，如圖 所示。計(jì)算機(jī)再把隨時(shí)間和位置變化的超聲波形進(jìn)行復(fù)雜的處理，得出了檢 測(cè)的各種掃描數(shù)據(jù)，進(jìn)而設(shè)置有關(guān)參數(shù)或?qū)⑻幚斫Y(jié)果波形、圖形等在屏幕上顯示、打印出來或給出光、聲識(shí)別及報(bào)警信號(hào) [31]。通常超聲檢測(cè)進(jìn)行的處理是去除信號(hào)中的噪聲，其次是將已經(jīng)去除噪聲的信號(hào)進(jìn)行再處理，包括增益控制、衰減補(bǔ)償、信號(hào)包絡(luò)、 FFT 分析及圖像顯示等。 無(wú)縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 第二章 無(wú)縫鋼管缺陷超聲檢測(cè)與關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化 利用超聲波技術(shù)來對(duì)無(wú)縫鋼管缺 陷開展無(wú)損方式的分析工作，首先是要用超聲波來精確的檢測(cè)到缺陷，否則，用超聲 成像技術(shù) 來分析缺陷就成為空談。 第四章無(wú)縫鋼管缺陷實(shí)例分析，主要內(nèi)容：把超聲無(wú)損檢測(cè)與有損檢測(cè)（驗(yàn)）相結(jié)合對(duì)小口徑無(wú)縫鋼管缺陷進(jìn)行實(shí)例檢測(cè)分析，分析缺陷產(chǎn)生的工序與原因。 第二章為無(wú)縫鋼管缺陷超聲檢測(cè)與關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化，主要內(nèi)容：從無(wú)縫鋼管成型工藝入手分析缺陷取向性，進(jìn)而提出實(shí)驗(yàn)方法以及對(duì)無(wú)縫鋼管水浸式聚焦檢測(cè)無(wú)縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析與 優(yōu)化實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管橫向、縱向缺陷的優(yōu)化檢測(cè)。 本論文研究的主要內(nèi)容 本學(xué)位論文研究主要是利用超聲檢測(cè)技術(shù)與超聲成像技術(shù)對(duì)無(wú)縫鋼管的缺陷進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的分析與研究。 綜合無(wú)縫鋼管的超聲檢