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管道TOFD近表面盲区抑制及缺陷定量检测研究
| 论文题名： | 管道TOFD近表面盲区抑制及缺陷定量检测研究 |
| 关键词： | 管道缺陷;无损检测;超声衍射时差法;频谱分析法 |
| 摘要： | 管道在工业领域应用广泛，为保证其安全平稳运行，需定期进行无损检测，及早发现缺陷。超声衍射时差法(Time-of-flight diffraction，TOFD)是一种通过读取缺陷端点衍射波声时差对缺陷进行定位定量的无损检测方法，适合于对管道焊缝及热影响区可能产生的缺陷进行检测。 TOFD技术以直通波传播时间为参考对缺陷进行定位，由于超声波脉冲具有一定宽度，检测时近表面缺陷端点衍射波易与直通波发生混叠，形成检测盲区，造成缺陷漏检。在对管道构件外表面进行周向扫查(即沿管道圆周方向实施扫查)检测时，直达纵波传播路径与管道弯曲表面不平行，其上下部分均为待检测区域。由声束传播特性可得，以直达纵波为界，其上下区域内缺陷的端点衍射波传播时间均长于直达纵波。直达纵波脉冲宽度会同时影响较大范围内缺陷的识别与检测，即在管道近表面区域形成分层的TOFD检测盲区。本文针对管道TOFD检测时存在的近表面分层盲区展开研究，主要内容包括： (1)利用频谱分析方法建立幅度谱中谐振峰位置与缺陷深度关系，计算缺陷端点到直达纵波距离。同时，结合周向扫查图像中端点衍射波甩弧特征判断缺陷与直达纵波的相对位置，实现上下盲区内缺陷定位检测。仿真与实验结果表明，管道近表面盲区范围减小40%，到直达纵波距离不小于6mm的缺陷定位误差均不超过7.25%。 (2)频谱分析方法仅利用有效频带范围内的缺陷信息，忽略了低频与高频范围内的相关信息，盲区抑制能力有限。在此基础上，利用自回归谱外推方法扩展混叠信号频带，压缩时域脉冲，实现盲区内缺陷混叠信号分离。仿真与实验结果表明，管道近表面盲区范围减小50%，到直达纵波距离不小于5mm的缺陷定位误差均不超过11.8%。 (3)TOFD检测时声束在传播中存在频散特性，利用解卷积方法分离混叠信号时参考信号难以选取。利用小波变换将直达纵波信号分解为子带信号，并自适应地选取子带直达纵波作为解卷积参考信号，对混叠信号进行维纳滤波与自回归谱外推处理，实现在宽频带中提取有效信息的目的。仿真与实验结果表明，管道近表面盲区范围减小60%，到直达纵波距离不小于4mm的缺陷定位误差均不超过7.4%。 |
| 作者： | 张波 |
| 专业： | 材料工程 |
| 导师： | 金士杰;杨会敏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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