超声波C扫描范文

超声波C扫描范文（精选6篇）

超声波C扫描 第1篇

关键词：超声波,C扫描,运动控制,抗干扰

0 引言

超声波C扫描是通过超声探头在工件上纵横交替扫查, 将工件内部反射波强度以灰度的形式连续显示出来, 绘制工件内部缺陷横截面图形的一种超声成像检测方式。本文针对航空制造业中常用的树脂基复合材料, 研发了一套超声波C扫描运动控制系统。该系统能对复合材料的主要缺陷如分层、脱胶、疏松、夹杂和树脂固化不良等实现有效的C扫查成像检测。

1 超声检测系统

超声检测采用水浸耦合方式, 有利于波形稳定以及避免了水泵运行时对信号线的电磁辐射干扰。依据检测对象, 设计了具有3个自由度的水槽机构。该机构由铝合金型材搭建, 水槽两侧固定了高精度的滚珠滑轨, 构成X轴;X轴上横跨一根滑轨, 构成Y轴;2轴均由电机驱动。Z轴方向采用手动进行探头高度的调节。

超声检测仪器选用Krautkramer USIP 40型探伤仪, 该仪器可以进行A扫描和C扫描处理。针对工件壁厚薄的特性, 超声探头选择高分辨率窄脉冲Alpha系列水浸聚焦探头, 晶片频率5MHz, 尺寸10mm (备用探头尺寸为6mm) 。两轴方向的扫描速度可由用户自行设定, 设定范围是:150mm/s-600mm/s。

2 运动控制系统

运动控制系统主要由可编程控制器 (PLC) 、触摸屏、伺服放大器、交流伺服电机、手动操作面板等组成。PLC接受触摸屏 (或面板) 的指令, 对驱动器发出控制信号;伺服驱动器按照所设定的控制方式, 驱动伺服电机带动探头进行扫查, 电机编码器信号反馈至驱动器构成闭环控制。

2.1 运动控制系统硬件设计系统硬件结构如图1所示。

超声波扫查时, 探头运行轨迹为“Z”字型, 无须插补, 即可用PLC直接输出脉冲序列进行控制。系统中, X轴由2个电机同时驱动, Y轴一个电机驱动, 选用具有3轴输出的三菱FX3U-48MT型可编程控制器, 最高输出频率为100KHz。

伺服系统选用三菱交流伺服电机HF-KP23以及配套驱动器MR-J3-20A。该驱动器有位置控制模式、速度控制模式、转矩控制模式等6种[1], 系统中采用位置控制方式。设定伺服电机驱动器参数PA13, 使得驱动器控制端口CN1中PP端子接收脉冲信号, NP端子接收方向信号。脉冲和方向信号由PLC的输出端Y0、Y4发出。控制端口CN1所用到的接线端子如表1所示。此外, 通过设定参数PA06/07, 完成电子齿轮的设置。

HMI选用威伦MT6000/8000 i系列触摸屏, 采用EasyBuilding8000对其进行编程。触摸屏通讯端子与PLC的RS422接口相连, 对PLC发出指令操作, 同时从PLC中获取信息进行显示。

2.2 触摸屏程序设计

触摸屏界面分为三部分:状态显示、手动控制、自动控制, 如图2所示。通过调用EasyBuilding8000软件元件库组态出所需界面, 再经过宏指令把触摸屏中的数据映射到PLC中的存储器, 实现数据交换。

状态显示部分, 用位状态指示灯控件显示操作模式以及报警信号;用数值显示控件采样PLC中数据并进行显示, 主要有检测速度、X轴位移以及Y轴位移。

手动控制部分, 用位状态设置控件作为PLC的操作按钮, 对PLC发出操作指令, 如原点设定、原点回归等;用数值输入控件对操作参数进行设定。

自动控制部分, 主要采用了数值输入控件对PLC中的参数进行设定, 如检测速度设定、探头尺寸设定等;另用位状态设置控件控制自动扫描的开始与暂停。

触摸屏与PLC直接的数据交换用软件自带的宏指令进行编程实现。如:

上述程序实现了, 触摸屏中设定的数据转化后送入PLC中进行处理。

2.3 控制程序设计

三菱FX3U系列PLC具有三轴运动控制, 软件中的定位控制可以实现多种运行模式, 如JOG运行、原点回归运行、多段速定位运行等, 扩展FX2N-20GM模块后还可进行插补运行[2]。定位指令有中断定位 (DVIT) 指令、相对定位 (DRVI) 指令、绝对定位 (DRVA) 指令, 由于检测机构中没有设定固定原点, 因此采用相对定位指令进行控制。

PLC控制程序采用子程序结构进行编写, 主程序调用的三个子程序分别是:原点回归、手动操作、自动操作。主程序中主要完成报警信号处理, 伺服电机运行参数的设置, 操作模式初始化, 数据显示, 调用子程序等任务。

子程序中, 主要完成对伺服电机的控制任务, 按照设定的参数运行。下面对两种运行方式进行说明。

(1) 手动控制部分程序。

相对定位指令中可指定脉冲数量, 指令按照设定的数量发出脉冲。手动操作设定脉冲数为最大值K999999 (正向) , 自动操作则必须按实际脉冲数设定, 否则PLC将一直输出脉冲直到最大值。

(2) 自动控制部分程序。

3 抗干扰解决方案[3]

系统运动装置是由交流伺服电机驱动, 伺服驱动器在工作时会产生较强的电磁干扰, 对波形的接受会产生较大的影响。系统设计中采用了以下抗干扰的措施, 最大幅度地减少了干扰的影响。

3.1 系统屏蔽

屏蔽是抑制电磁辐射干扰的有效办法。电路中, 伺服电机的动力线采用了屏蔽电缆, 两端良好接地。控制线采用了双绞屏蔽线, 屏蔽层接在信号参考电位点。另外, 在探头线套上铜网袋进行屏蔽, 效果良好。

3.2 系统滤波

滤波是抑制传导干扰的有效办法。电源端采用了电源滤波器, 防止电网中的噪声对电路的影响。信号线的两端分别安装两只滤波磁环, 一只绕线1匝, 一只绕线3-4匝, 抑制了不同频率波的干扰。

3.3 系统接地

良好的接地可以有效抑制由地产生的直接传导干扰、信号地产生的辐射干扰、各部分地电位引起的地电流干扰等。电气柜中, 元器件的金属外壳以最大面积直接安装在整块镀锌板上, 器件分别在各部分电路中一点相接, 再在整个设备中一点公共接地, 保证了各部分之间地电位基底的阻抗。

4 试验结果

试验检测对象为一块含有缺陷的树脂基符合材料, 尺寸为100mm (长) *80mm (宽) *5mm (厚) 。设定X/Y轴位移分别是110mm/90mm, 检测速度150mm/s, 探头尺寸选择为6mm。试验过程中, 探头严格按照了设定的参数自动运行, 探头在扫查过程中自动成像。复合材料中的缺陷会对超声回波造成影响, 在C扫描图中会显示出深色的区域。图3是对试验检测对象进行扫查时的视频截图, 图中几块不规则深色区域说明该区域明显存在缺陷。

5 结束语

超声C扫描系统中采用的高速运动控制系统, 提高了检测效率、提升了检测精度、操作方便, 成像质量高, 缺陷检出率高。现场试验的结果表明, 该系统满足了高速检测的性能要求, 目前该系统已成功应用在复合材料超声检测中。

参考文献

[1]MR-J3-A伺服放大器技术资料[Z].

[2]FX3U.FX3UC系列用户手册[定位控制篇][Z].

超声波C扫描 第2篇

过去十年, 图像化超声检测已经成为超声检测发展趋势。国内的图像化超声发展落后于国外若干年, 近年来随着自动化非标准设备行业的飞速发展, 自动化行业与超声检测的结合越来越紧密。自动化的超声检测系统成为实现图像化超声检测的必备途径。超声波C扫描技术是对超声检测数据进行C型显示。超声波C扫描检测能够给出图像化的检测结果, 能直观显示被检测工件的某一深度范围内的缺陷信息, 缺陷的定量、定性、定位更加准确, 减少了人为因素的影响[1]。

目前, 外资公司占据了国内超声波C扫描检测系统高端市场主要份额。外资公司的产品以中型和大型设备为主, 硬件设备性能优良, 软件功能强大, 但是系统的售价很高, 维修成本高, 维修周期较长[2]。对此, 本文通过对超声C扫描系统工作原理的研究, 成功研制出一套高精度、高质量、高分辨力的用于水浸超声波检测的六自由度自动C扫描成像系统, 其成本只有进口设备的五分之一。经过实际生产运行证明, 该系统稳定可靠, 维护方便, 并且检测的精度高, 具有良好的可重复性以及对外形复杂工件的良好适应性。

1 系统的原理及构成

六自由度超声C扫描自动成像系统是为了自动检测平面、弧面和复杂曲面的零部件内部缺陷而设计的, 该系统由六自由度机械扫描装置、CTS-04PC型超声探伤卡、IPC工控机、运动控制卡、电机驱动控制单元、计算机软件和系统控制柜等组成, 如图1所示。

检测方法是:首先将被检测零件的表面特征信息输入控制系统, 由控制系统进行编译处理, 然后输出控制信号给运动控制卡, 接着运动控制卡发出指令给电机驱动控制单元, 控制伺服电机或是步进电机运转, 机械扫描装置带动探头沿着与被检测零件表面法线相平行的方向进行扫描。同时CTS-04PC型超声探伤卡发射高频脉冲信号给超声探头, 接收超声探头的回波信号, 并对数据进行采集, 然后把得到的数据反馈给IPC工控机, 由IPC工控机软件进行处理和成像。伺服电机 (或是步进电机) 再通过丝杆 (或是蜗杆、齿轮) 带动探头向下一个检测点移动。此外, 外触发信号是由运动控制卡根据电机编码器的位置反馈输出CMP信号进行同步, 使得采集数据和实际位置相对应[3]。

2 机械扫描装置的研制

机械扫描装置的作用是带动探头沿着被检测零件表面运动, 为了保证在检测过程中探头方向始终与零件上被检测点的法线重合[4], 设计了六自由度运动系统, 三个移动自由度控制探头运动的空间位置, 两个旋转自由度控制探头旋转方向, 一个旋转自由度控制滚筒旋转方向。机械扫描装置主要由三坐标龙门系统模块、探头部件、滚轮部件、工作台、透明水槽及铝框架等组成, 如图2所示。

2.1 直线运动机构

直线运动机构实现x、y、z三个方向的单独或是组合步进扫描运动。传动形式采用螺杆式传动集成模块直线执行机构, 即采用滚珠螺母 (滑座) 移动, 丝杆转动, 再加两侧直线导轨来支撑导向的运行方式, 伺服电机与丝杆通过联轴器相连。直线运动机构采用三坐标龙门系统模块, 不但能实现重复性高的精密执行运动, 而且装配、调试、维护比较容易。龙门系统模块现在已经很成熟了, 市场上能够根据需要购买到标准化 (或是客制化) 产品。

1.三坐标x向滑台2.三坐标y向滑台3.三坐标z向滑台4.急停组件5.探头部件6.铝框架7.透明水槽8.滚轮部件9.工作台10.电气控制箱11.电子手轮

2.2 旋转运动机构

旋转运动机构主要由探头部件和滚轮部件组成, 其结构简图如图3所示。

1.探头部件2.待检测工件3.滚轮部件

探头旋转方向经由两个旋转自由度来控制, 保证在被测点位置探头声束与被检测的表面的法线平行[4]。采用一个步进电机与蜗杆通过联轴器相连, 带动固定在另一端部的蜗轮绕x轴旋转, 因探头夹具与蜗轮相连固定, 从而实现探头夹具绕x轴旋转运动;另一个步进电机通过齿轮直接带动整个探头部件绕y轴旋转, 从而实现探头夹具绕y轴旋转运动。该种方式结构简单, 保证电机在整个探伤检测过程中不浸泡在水中, 可靠性高, 但对电动机及机械结构有较高的要求。

滚轮旋转方向经由一个旋转自由度来控制, 保证被检测零件所有表面都处于探伤的有效范围, 不出现扫描盲区。采用伺服电机经由减速电机, 通过同步带带动滚筒的传动方式。

3 控制系统硬件的研制

运动控制系统采用开环与闭环相结合的控制方式, 由控制装置、执行机构、被控对象等部分组成, 能控制探头或是滚筒按预定的轨迹运动, 即通过计算机将输入的信息进行编译和处理, 变成指令信号, 送给运动控制卡, 当运动控制卡接收PC指令后, 向四台交流伺服驱动器和两台直流步进驱动器发出运动脉冲控制信号, 经过驱动器放大后驱动电机, 使各坐标轴运动的电动机按照相应的频率和角度运行。考虑到系统的运算速度和检测的实时性, 采用IPC工控机作为本系统的上位机, 由它来完成插补运算、速度控制、方向控制等功能。下位机为运动控制卡, 主要负责整个运动控制细节, 包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等。系统结构如图4所示。这种控制可实现上位机对各个运动坐标轴的单轴单独控制和多轴联动控制。

3.1 控制系统上位机设计

上位机主要功能有:控制系统的初始化、提供控制接口、探头运动轨迹的规划、控制指令的发送、在线修改运行参数、综合优化控制算法的实现、数据处理与成像、数据存储、监控系统运行、报警及故障显示和管理权限等。为达到工业控制的要求, 系统采用研华工控机IPC-610, 利用其较高的防磁、防尘、防振荡、防冲击的能力, 能在高温下稳定工作并有着丰富的扩展性能。CTS-04PC型超声卡和凌华PCI-8158运动控制卡以PCI插卡形式嵌入PC机中。

3.2 控制系统下位机设计

本系统的执行元件有6台电机, 考虑到以后的扩展需要 (如增加输送机构、水循环模块、实时监控水位水质等的控制) , 所选用的运动控制卡需要能实现控制6轴以上功能, 并且有可扩展性, 因此选用凌华PCI-8158模块化设计的高级8轴步进和伺服运动控制卡。该卡具有以下功能:3轴螺旋插补;脉冲输出选择:OUT/DIR, CW/CCW, AB相;脉冲输出速率:最高6.55 MHz;2~4轴线性插补;2轴圆弧插补;硬件紧急输入;在线改变速度/位置;支持手动脉冲产生 (MPG) 等。此外, 当调试、检修或突发事件时, 还可根据需要通过在电子手轮上分别旋转相应旋钮或急停按钮, 旋转电子手轮, 进行手动操作。

4 控制系统软件的研制

研制了六轴水浸式超声C扫描自动成像系统检测软件CTS-Scan, 主要实现了超声探头的位姿控制和自动扫描检测, 采用面向对象设计方法和模块化的设计思想, 主要分为:参数设置、运行模块、状态显示、系统管理和帮助说明五个模块。参数设置模块负责六轴运动控制的脉冲输出控制, 调节脉冲发送的速度和加速度;运行模式模块主要调整运行的方式, 有自动运行模式、手动运行模式和智能运行模式;状态显示模块可以将运行状态和调整的参数实时显示;系统管理模块负责控制系统运行时的文件管理, 如文件存档管理、文件编辑管理和程序编译管理等;帮助和说明主要是提供本控制软件的操作说明、各按钮的作用以及程序代码的解释。各模块通过主框架程序相互协调控制, 成为一个完整统一的运动控制系统软件平台[5]。

5 结论

本次研制的六轴水浸式超声C扫描自动成像系统是一种集机电一体化技术、超声检测技术、计算机测控技术于一体的新型机电一体化超声波检测设备。经过实际生产运行证明, 该系统具有操作维护方便、成本低廉、检测精度高和适应性广等优点, 不仅能够提高超声检测的自动化程度、检测效率和可靠性, 而且有利于缺陷的定位、定量和定性分析, 为准确判定工件缺陷提供了保证, 并可使用VC++、C++Builder、VB等开发工具进行二次开发, 有着良好的可移植性和通用性。

摘要：研制了一种具有六个自由度的水浸超声C扫自动成像系统, 可以对平面、圆柱体、复杂曲面零件进行检测。采用IPC作为运动控制的核心处理部分, 运动控制卡负责整个运动控制细节, 并以C++Builder为工具, 开发了具有开放式、通用式、灵活式的运动控制系统软硬件平台。经过实际生产运行证明, 该系统稳定可靠, 检测的精度高, 可重复性好。

关键词：超声C扫描,水浸式,六轴,自动成像

参考文献

[1]乔日东, 张维国, 郭智敏, 等.多轴超声C扫描系统在车辆负重检测中的应用[J].兵器材料科学与工程, 2011, 34 (2) :99-102.

[2]杨青, 刘颖韬.航空航天领域中超声波C扫描检测系统的发展与应用[J].无损检测, 2012, 34 (7) :54.

[3]杨青.四通道水浸式超声C扫描检测系统研制[J].无损检测, 2012, 34 (7) :67.

[4]姜庆昌, 郭士清, 沈延飞.一种面向复杂曲面的水浸超声C扫描自动检测系统设计[J].机电工程技术, 2009, 38 (3) :29-30.

超声波C扫描 第3篇

1.1 A型超声波扫描。

A型超声探伤检测通过调幅技术将回声显示到荧光屏上, 荧光屏上的坐标X轴表示所探测物体的深度, 而Y轴表示的是回波的脉冲振幅, 通过探头定点发射所返回的超声波可以判断出缺陷的形态以及深度。通过分析回波的波峰波密等特性还能建立一定程度的定性分析。但是由于荧光屏上所显示的二维剖面图信息不全面, 所以需要由专业的操作者对所得信息进行分析。

1.2 B型超声波扫描。

B型超声波扫描技术借助弧度调制来成像, 图像上所显示的是被测物件的剖面图。在B型超声波扫描下, 物件的深度方向的全部反射波都能够反射出来。而在水平方向上则通过快速的电子扫描来完成检测工作, 按照顺序将不同位置及不同深度的情况由反射回波传递回来。每完成一帧的扫描, 便可以得到一簇超声波带来的垂直断面图。

1.3 C型超声波扫描。

C型超声波扫描是通过多元线阵扫描技术来实现的, 通过在平面上做出X、Y坐标来反应综合的轨迹规划问题。X轴方向上所用到的机理与B型超声波扫描类似而Y轴上是通过机械驱动时线探头的位移。要得到一定探测深度的C型成像图必须在接收回路中设定进程选择的开关, 然后对开关制定控制环节, 这样可以通过控制模块来调整回波的信号强度, 便于得到各个深度的声波图。

1.4 D型超声波扫描。

D型超声波探伤检测技术与B型超声波探伤检测技术的显示方式较为相似, 但是D型超声波探伤检测所得到的是检测物体的侧面图, D型超声波所检测的所有界面的反射回波会与探头所发射的声束相叠加, 逐次得到不同深度的界面回波, 在N帧完成扫描过程后就能得到二维的超声断层图像。

1.5 衍射时差法。

衍射时差法近年来开始兴起, 它的原理是利用超声脉冲散射得出的反射和衍射信号通过被测原件内部缺陷时发生的衍射情况来得到原件内部缺陷的信息。如果被检测的原件表面非常洁净, 那么有关缺陷情况的衍射信号就可以反映在衍射时差图上。

2 数字超声波探伤检测技术的应用

2.1 检测锅炉隐蔽角焊缝

首先要选择探头, 根据接管壁的厚度来选配适用的聚焦探头;第二步则是要确定探伤面, 在横波检测前必须做出一定的估算, 并做出区域分界线, 借助矢量加减来找到探头移动的基准线;第三步则要适用曲面平底孔来调节扫描线, 保证扫描线的规整, 另一方面还要做好灵敏度的检验工作;最后要识别波形, 注意分辨接管或筒体外壁的回波, 避免出现误判或漏检的情况, 如果发现探头与标记相重合的地方底波强度较大, 那么未焊透或未熔合等缺陷肯定存在。

2.2 内壁裂纹检测

用超声波检测内壁的裂纹需要使用2.5兆赫兹的探头, 且探头的直径一般在2厘米左右。将探头置于容器的外圆面, 通过直接接触来检测, 容器的无缺陷部位可以反射回波, 那么就很容易找到缺陷部位。

检查容器的环形缺陷时需要用K1和K3两种探头进行扫描, 在纵向范围和周向范围内用K1探头来检测, 如果内壁有裂纹, 那么显示器上会有断交反射曲线。在K1探头的定性扫描完成后, 对裂纹的深处做出评测就有相当的难度, 因此, 这时需要用到K3探头。考虑到获得内壁裂纹开口处的断交反射波不太实际, 因此所得到的信息主要反映的是裂纹根部的情况。在裂纹根部的反射波进入扫描区时, 定量分析裂纹深度就容易多了。

3 数字超声波探伤技术相关问题

3.1 数字超声波探伤技术的特点

超声波在不同介质传播时, 会在各介质的表面出现发射现象, 因此, 如果所探测到的缺陷的尺寸超过超声波的波长就会在反射过程中反映出来, 但如果缺陷的尺寸较小, 声波会绕过射线从而不能实现反射;超声波具有良好的方向性, 且其方向性会随着频率的提高而有所提升, 在较窄的波束中辐射就能轻易辨别缺陷位置;超声波的传播能量很强, 每一兆赫的超声波能传递的能量为一千赫兹声波的一百万倍。

3.2 超声波探伤的优缺点

数字超声波探伤检测具有较高的灵敏度, 所需的检测周期较短, 且与应用X射线相比节省了检测成本, 对检测人员的身体没有很大的影响。但数字超声波检测探伤技术对检测锅炉本身有很高的要求, 其工作平面必须平滑, 另一方面, 数字超声波检测的缺陷并不直观, 只有具备长时间实践经验的检验人员才容易辨别出所检测的锅炉存在的缺陷, 因此数字超声波探伤检测技术在厚度较大的零件检测中较为适用。

4 结语

本文对数字超声波探伤扫描的原理, 即A、B、C、D四个类型的超声波扫描法以及衍射时差法做出了详细的介绍, 同时也将数字超声波探伤扫描技术在锅炉检测中的运用阐述清楚, 对隐蔽角焊缝和内壁裂纹检测情况做出详细叙述, 最后找到数字超声波探伤扫描技术中的一些优缺点, 同时对其技术特点做出了详尽的描述, 旨在为相关人员的工作提供参考。

参考文献

超声波C扫描 第4篇

一、超声波探伤技术的原理

数字超声波探伤扫描技术包括5种不同类型的探测方法:A型超声波扫描、B型超声波扫描、C型超声波扫描、D型超声波扫描、衍射时差法。每种方法的基本检测原理都有不同之处,下面分别做些介绍。

(一)A型超声波扫描

A型数字超声波探伤扫描技术主要应用了调幅技术。该方法的目的是输出检测目标的二维剖面图,探伤扫描设备向被检测对象发生超声波,然后接收其反射波,对反射波进行调幅后显示在检测设备的显示器上,显示器有两个相互垂直的坐标,横坐标代表了锅炉的深度,纵坐标显示了反射波的振幅。

如果被检测对象存在缺陷,显示器上的纵坐标就会出现相应的波动,然后技术人员就可以根据图像资料进行分析得到反射波的一系列性质进而推断出被检测物体的缺陷类型。

(二)B型超声波扫描

B型数字超声波探伤扫描方法是利用了弧度调制原理,它的数据输出形式是剖面图。此剖面图是由一帧帧的扫描测出的反射波信号经过后期处理得到的,在探测深度方向上锅炉的内部结构信息都能被超声波反射出来,探测仪在锅炉的表面做快速的平行移动,以得到不同位置的物体内部信息。后期处理即将每一帧反射波信号进行整合得到完整的剖面图。

(三)C型超声波扫描

C型数字超声波探伤扫描应用的技术原理是多元线阵扫描。C型超声波扫描需要有特定的自动控制系统,因为它是由X和Y两个方向的检测组合而成,并且两个方向应用的测量原理是不同的,X方向的基本原理与B型相同,Y方向则是采用机械装置带动检测探头移动。因此此测量方法需要在接收端设置专用的控制系统来控制方向选择开关。C型超声波扫描技术可以直接得到各个深度的反射波图像。

(四)D型超声波扫描

D型数字超声波探伤扫描的测量结果输出方式也是剖面图,但是与B型超声波扫描不同的是D型输出的剖面图是锅炉的侧面剖面图。产生这种效果的原理是D型超声波扫描方法将反射波与发射波叠加了,因此得到了锅炉的侧面图,将B、D两种扫描方法结合使用可以得到锅炉更为全面的信息。

(五)衍射时差法

相对于前4种扫描方法,衍射时差法是一种新型的测量方法,基本原理是超声波的衍射,产生衍射的两列波是由超声波脉冲散射得到的。由物理光学的常识可以知道光的衍射常用来检测物体的测量,超声波衍射同样也可以用于检测锅炉结构缺陷。其表现形式是衍射时差图。

二、数字超声波探伤扫描技术在锅炉检测中的应用

(一)检测锅炉隐蔽角焊缝

影响锅炉强度的重要因素之一是焊接质量,所以要应用数字超声波探伤扫描技术对焊缝进行精密检测。检测过程可以分为四个部分。首先,根据锅炉的体积壁厚等参数选择合适的检测探头。然后在锅炉焊接区域规划出探头移动路径,并在控制系统中输入路径控制信息。然后执行检测,检测过程中注意锅炉曲面的变化,在不同精度要求区域选择适当的灵敏度。最后将得到的检测波形分析整合,得到锅炉焊缝不同深度位置的焊接质量情况。

(二)内壁裂纹检测

影响锅炉强度质量的另一个重要因素是炉体内部裂纹。焊接和热处理都可能导致炉体产生细微裂纹,这些裂纹在高温高压环境中会加速生长,如果不及时发现会造成严重的事故。超声波探伤扫描技术可以对裂纹进行全面的检测,检测时采用K1、K3探头,K1探头主要用于裂纹的定性检测,扫描路径上存在裂纹的话示波器上就会出现断交反射曲线。然后使用K3探头对裂纹处进行定量分析,K3探头可以得到裂纹根部的详细数据情况,进而得到裂纹深度。

三、数字超声波探伤技术相关问题

(一)数字超声波探伤技术的特点

数字超声波探伤扫描具有一些不同于普通检测方法的特点。

首先,就其应用原理来说如果锅炉裂纹或内部缺陷尺寸小于超声波的波长则检测就会失效。

其次,超声波的方向性很强,且频率越高方向性越强,在确认锅炉缺陷位置时能发挥出高精度。

最后,超声波能够高效的传递能量,其频率是普通声波的1000倍,能量传播能力是普通声波的10000倍。

(二)超声波探伤的优缺点

优点方面包括两个方面。

一是数字超声波探伤扫描技术的灵敏度很高,检测效率高,因此能够相对于传统低效的检测方法降低了成本[2]。

二是这种检测方法对检测操作人员的负面影响较小,不会造成身体损伤。

缺点也包括两个方面。

一是数字超声波探伤扫描技术对锅炉的炉壁平滑度要求较高,一般在检测之前要对锅炉检测区域表面进行专门处理。

二是此方法的检测输出结果不够直观,需要具备一定专业知识的人员才能看懂波形或者剖面数据。

四、总结

当前锅炉生产要求不断提高,使用条件更加恶劣,所以锅炉的缺陷检测成为质量检测的重要环节,数字超声波探伤扫描技术由于其高灵敏度高效率已经在锅炉检测中广泛应用,将数字超声波探伤技术的五种检测方法结合使用能够更加全面准确的得到锅炉内部缺陷的详细信息,对于指导锅炉生产维护具有重大意义。

摘要：锅炉在工业生产应用非常普遍,多用于高温高压的条件下,其质量可靠性关系到生产的安全性和工作人员的生命,所以锅炉的质量检测工作在锅炉生产和检修中是非常重要的。本文对数字超声波探伤扫描技术进行了简单的介绍,然后简要说明了该技术在锅炉探伤检测中的具体应用方法,最后根据在实际生产中的表现状况总结了数字超声波探伤扫描在锅炉探伤检测中的优势和不足之处。

关键词：超声波,探伤扫描,锅炉检测

参考文献

[1]朱磊,王凤琴.数字超声波探伤扫描技术在锅炉检测中的应用[J].河南科技,2014(06):42.

奥氏体厚壁焊缝超声扫描检测成像 第5篇

超声检测是焊缝无损检测的常用方法之一[4],但用于厚壁奥氏体焊缝检测时常常会遇到材料晶粒散射噪声大、超声衰减严重,甚至超声传播路径变化等困难[5,6]。目前国内外学者一般采用研制专用超声换能器[7,8]或对检测信号做信号处理[9,10]等方法解决上述问题。 本工作利用自制超声换能器检测奥氏体厚壁焊缝试块,并对检测信号作时频分析处理,利用处理后的信号实现了焊缝试块的超声成像。

1实验条件

实验用奥氏体不锈钢焊缝试块如图1所示。母材为316L不锈钢(00Cr17Ni14Mo2),试块厚度为99mm。焊缝采用U型坡口,焊缝组织为粗晶奥氏体,在试块上加工了3个ϕ2人工横孔。为便于超声耦合和检测,将焊缝表面磨平,并在试块上粘贴了标尺,用于确定检测超声入射位置。

超声换能器采用自制的中心频率为2MHz直探头,压电晶片直径20mm。直探头和自制的有机玻璃透声楔块组成纵波斜探头,楔块设计满足纵波斜探头K=1(在CSK-IA标准试块中),检测时的实际K值根据试块中实际声速进行校正。超声检测仪选用Panametrics 5077PR脉冲发生接收器。按照试块上标尺的读数依次取不同的入射点进行检测,相邻检测点间隔为1mm。检测信号采集并存储到计算机上进行处理,采样频率fs=50MHz。

2检测信号预处理

为了检测到焊缝中的缺陷信息,将脉冲发生接收器增益调整为+37dB,同时超声在透声楔块中的散射信号也被放大,增加了缺陷信息识别的难度。为了提高超声信号的信噪比以改善成像的质量,对检测信号进行如下处理。

2.1 透声楔块噪声

实验表明,当超声检测仪的增益大于+20dB时,楔块中的散射噪声变得非常严重。 楔块散射噪声是换能器发出的超声在楔块中经反射、透射等过程造成的,除了受楔块材料和结构的影响外,还受到楔块与试块接触状况的影响。因此对于声束入射到母材的检测信号,将其与不含缺陷回波的母材检测信号作差,声束入射到焊缝的检测信号作相应处理。这样处理可有效消除楔块散射噪声对成像质量的影响。

2.2 匹配追踪分解

匹配追踪是Mallat等提出的信号分解方法[11]。设D=[gγ(t)]γ∈Γ是由p个范数为1的信号组成的时频原子库,其中包括n(np)个线性无关的向量,这些向量构成了长度为n的信号空间的一组基。匹配追踪算法首先将待分解的信号f(t)投影到某一个原子gγ0(t)∈D上并计算其余项

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式中:Rf为第一次分解后的余项。

因Rf与gγ0正交,所以有

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选择gγ0的标准是使undefined最小,故应该取gγ0(t)∈D使得〈f,gγ0〉最大。匹配追踪方法对余项Rf继续采取式(1)的分解,直到计算出第m个余项Rmf。

匹配追踪算法是用原子库中的时频原子对信号做充分的逼近,首先分解出来的信号分量具有较大的能量。对于超声检测信号,因缺陷反射回波具有一定能量,选择适当类型的原子库并从中提取检测信号某一百分比的能量,可认为缺陷回波包含在已提取的信号中,信号残量的能量主要是材料噪声和其他噪声。实验中选择sym8小波包原子库进行匹配追踪分解,并采用从此时频原子库中提取的前30个时频原子来近似原检测信号。

2.3 小波分析

在超声检测信号中,缺陷反射信号和材料晶粒散射噪声分布在不同的频带上。采用小波分析方法可抑制材料散射噪声,增强缺陷回波信号。信号x(t)的连续小波变换[12]定义为

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式中:ψ(t)是小波函数;a为尺度因子;b为时移。小波变换可以看作是母小波通过尺度因子调节和时移生成的滤波器组,通过调整尺度a把信号分解到不同中心频率和带宽的频带上。将尺度因子a和时移b做二进制离散,即a=2j,b=2jk(j,k∈Z),即可得到离散小波变换。实际采集到的超声检测信号为离散信号,采用Mallat多分辨率分析理论提供的离散信号小波变换快速算法。

选用sym8小波函数对上一步骤中提取的信号做离散小波变换,分解层数为4,利用第4层的低频系数重建信号,即仅保留信号的低频带成分,完成检测信号预处理。

3超声扫描成像

3.1 超声扫描成像方法

设xi(t)是第i个检测信号,利用一个矩形窗winj(t)(j=1,2,,n)将xi(t)平均分成n段,即

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文中取每段长度为Δt=1/(4f),其中f为检测超声频率。

利用信号段xi,j(t)的最大幅值调制一幅代表被检工件截面的灰度图f(x,y),即根据最大幅值改变灰度图中对应于xi,j(t)最大幅值传播时间的散射体位置的灰度值。每个信号段xi,j(t)调制1次。最后将灰度图f(x,y)调整为

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3.2 焊缝的超声扫描成像

从焊缝的底侧对焊缝进行检测,检测位置如图2所示,其中虚线表示焊缝的熔合线。在0～93mm范围内每间隔1mm取1个检测点,共采集到94个检测信号,编号1～94。

对中心频率为2MHz的超声,焊缝试块中厚度方向的纵波声速为5584m/s,近似取5600m/s。母材中纵波声速5760m/s。检测信号按照检测位置由上到下绘于图3中。由图3可见,在15,30μs和45μs附近有比较明显的随检测位置移动的信号,可初步判定为缺陷信息。

3.2.1 信号预处理

每个检测信号都经过上述的预处理过程,经预处理后的焊缝试块超声检测信号如图4所示。与图3中原始信号比较,缺陷信息的规律性更加明显,楔块噪声和材料噪声得到抑制。

3.2.2 扫描超声成像

应用图4中的扫描检测信号完成超声成像,成像结果如图5所示。图5中包含了楔块噪声的图像,如果去除楔块噪声,成像结果如图6所示。

3.3 结果分析

从图5和图6可以看出,超声扫描成像能够反映焊缝中实际缺陷的位置,对扫描成像过程及超声图像作如下分析:(1)横向分辨率不足。对于一个确定的超声换能器而言,横向分辨率与超声波长、换能器尺寸(直径)及缺陷与换能器表面的距离有关。实验中使用的换能器频率低、波长较长,直径较大,这些因素限制了横向分辨率。(2)检测噪声表现在超声图像上,对缺陷的判断造成了较大影响。可采用适当的信号处理方法消除检测噪声。对于消噪后仍存在的噪声可经人工判断后去除。(3)厚壁焊缝的超声成像中,声速和探头的声场特性是影响成像结果的关键因素。材料声速对成像的影响主要表现在两个方面:其一是声程的计算,其二是探头入射角的计算;探头的声场特性直接决定了对缺陷的检测能力,包括灵敏度、空间分辨率等。

4结论

(1)用自制超声换能器对99mm厚奥氏体不锈钢厚壁焊缝进行缺陷检测。利用逐点扫描的超声信号对焊缝缺陷进行了超声成像,焊缝图像可以反映缺陷的存在及其位置。

(2)采用一种基于时频分析的信号处理方法对检测信号进行预处理,这种方法能够提高检测信号的信噪比,一定程度上消除楔块噪声和材料散射噪声。

(3)准确测量焊缝中声速、改进探头的声场特性可以提高缺陷的定位精度。

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超声波C扫描 第6篇

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2014年1月~2015年1月我院收治的86例浅表组织病变患者。全部患者符合肢体躯干浅表肿块, 腹外疝的手术病理与影像学诊断标准。其中男65例, 女21例, 年龄20~75 (41.32±6.41) 岁。

1.2 方法

(1) 仪器:彩色多普勒超声诊断仪及其配备UAVS系统 (Siemens Acuson S2000型, 中国) , 探头型号14L5BV, 探头频率5~14MHz, 探头长度15.4cm, 最大扫描深度6.0cm, 扫描宽度16.8cm;常规灰阶超声诊断仪及其配备CGUS系统, 探头型号:14L5, 探头频率率5~14MHz, 探头长度3.9cm。 (2) 操作步骤:全部患者均采用UAVS与CGUS检查, 取舒适体位, 先行CGUS检查, 依次行矢状面、扇形切面扫描, 全部图像存盘, 再切换UAVS系统, 探头紧贴于躯干、肢体等感兴趣区域 (ROI) , 维持探头最大接触面, 采集数据, 将全部图像序列上传至UAVS系统中的UAVS Workplace图像处理工作站, 重建矢状面、横断面与表层冠状面, 并根据病变形态、大小、部位、深度等调整重建断层层间距 (0.5mm~0.8mm) , 多层剖析表层冠状面断层图像, 由两名资深的超声科医师分析CGUS图像与UAVS图像。

1.3 临床观察指标比较两种检查手段对浅表组织病变内部结构显示率与周围毗邻正常解剖结构显示率的差异。

1.3.1 CGUS图像观察浅表组织病变形态、大小、数量、内部回声与边界。

1.3.2 UAVS图像观察浅表组织病变形态、大小、范围、内部结构、周围毗邻正常解剖结构的空间位置。

1.4 统计学处理

本研究数据采用SPSS 18.0统计软件进行分析, 两组间的计量资料采用t检验, 计量资料采用 (±s) 表示, 两组间的计数资料采用χ2检验, P<0.05提示差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 两种检查手段对浅表组织病变内部结构显示率的比较

UAVS对浅表组织病变内部结构显示率显著高于CGUS, 两种检查手段比较差异具有统计学意义 (P<0.05) , 见表1。

2.2 两种检查手段对浅表组织病变周围毗邻正常解剖结构显示率的比较

UAVS对浅表组织病变周围毗邻正常解剖结构显示率显著高于CGUS, 两种检查手段比较差异具有统计学意义 (P<0.05) , 见表2。

3 讨论

超声自动容积扫描 (UAVS) 是新型超声影像学诊断技术, 从全新的声像图角度解析浅表组织病变的特征, 是超声成像技术的一项重要诊断技术。由于浅表组织部位表浅, 表面平坦, 通过与超声探头紧密贴合, 超声自动容积扫描 (UAVS) 可广泛应用于浅表组织病变的诊断中[2]。常规灰阶超声 (CGUS) 的浅表探头长度仅约4cm, 可以清晰显示矢状面与扇形切面, 但对于较大范围及其浅表的病变组织的显示较为模糊[3]。UAVS扫描探头最大容积, 即探头长度×最大扫描深度×扫描宽度为15.4cm×6.0cm×16.8cm, 层间距为0.5mm~0.8mm, 可以清晰扫描≥500个层面, 短期完成图像采集后, 即可进入UAVS系统中的UAVS Workplace图像处理工作站, 通过重建矢状面、横断面与表层冠状面, 自动分析多层剖析表层图像[4]。UAVS通过立体显示浅表组织病变的内部结构及其浅表组织病变周围毗邻正常解剖结构, 通过立体分析浅表组织病变结构的解剖与空间特征, 多切面重建矢状面、横断面与表层冠状面, 有助于更形象直观显示病灶的形态特征[5]。因此, UAVS在一定程度上弥补了CGUS二维超声的矢状面与扇形切面的局限性, 为浅表组织病变的诊断提供指导意义。

本研究结果显示, UAVS对浅表组织病变 (外周血管、肌肉软组织) 内部结构显示率分别为91.86%、94.19%显著高于CGUS (74.42%、73.26%) , 两种检查手段比较差异具有显著性, UAVS对浅表组织病变 (外周血管、肌肉软组织) 周围毗邻正常解剖结构显示率分别为100.00%, 100.00%显著高于CGUS (75.58%、77.91%) , 两种检查手段比较差异具有显著性。揭示了UAVS对浅表组织病变内部结构及其浅表组织病变周围毗邻正常解剖结构显示效果更佳。正常浅表组织由皮肤、皮下组织、筋膜与肌层组成, 而浅表组织病变则按照组织结构排列的冠状面规律生长[6]。浅表组织病变在常规灰阶超声仅表现为低回声或中等回声, 不能清晰显示浅表组织病变与周围组织的关系[7], 而UAVS具有直观清晰显示浅表组织病变结构、形态及其与周围毗邻正常解剖结构的关系, 且不同浅表组织病变类型在冠状面生呈特征性成像, 有助于对不同浅表组织病变类型的诊断与鉴别诊断提供指导意义[8]。

综上所述, 超声自动容积扫描对浅表组织病变内部结构与浅表组织病变周围毗邻正常解剖结构显示效果均明显优于常规灰阶超声, 有助于指导浅表组织病变的诊断。

摘要：目的 探讨超声自动容积扫描 (UAVS) 与常规灰阶超声 (CGUS) 对浅表组织病变的诊断价值。方法 选取2014年1月2015年1月我院收治的86例浅表组织病变患者, 全部患者均采用UAVS与CGUS检查, 比较两种检查手段对浅表组织病变内部结构显示率与周围毗邻正常解剖结构显示率的差异。结果 UAVS对浅表组织病变 (外周血管、肌肉软组织) 内部结构显示率分别为91.86%、94.19%显著高于CGUS的74.42%和73.26%, 两种检查手段比较差异具有统计学意义 (P<0.05) , UAVS对浅表组织病变 (外周血管、肌肉软组织) 周围毗邻正常解剖结构显示率分别为100.00%, 100.00%显著高于CGUS (75.58%、77.91%) , 两种检查手段比较差异具有统计学意义 (P<0.05) 。结论超声自动容积扫描对浅表组织病变内部结构与浅表组织病变周围毗邻正常解剖结构显示效果均明显优于常规灰阶超声, 有助于指导浅表组织病变的诊断。

关键词：超声自动容积扫描,常规灰阶超声,浅表组织,诊断

参考文献

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