核電復(fù)合鋼主管道焊縫建模及超聲全聚焦成像檢測研究.pdf

1、田灣核電站3＃機組為俄羅斯AES-91改進型，主管道材質(zhì)為低合金鋼基體和奧氏體不銹鋼堆焊層組成的復(fù)合鋼。主管道焊縫檢測標(biāo)準(zhǔn)《ПНАЭГ-7-010-89》規(guī)定，利用常規(guī)超聲和射線進行檢測，但奧氏體不銹鋼堆焊層焊縫晶粒粗大、取向復(fù)雜，容易引起聲波的偏折與散射；且射線檢測需要額外防護，不能實現(xiàn)壁厚方向定量。上述情況給缺陷識別帶來很大困難。為解決上述問題，本文在焊縫組織結(jié)構(gòu)金相觀察分析和聲學(xué)參量測量基礎(chǔ)之上，建立了復(fù)合鋼主管道焊縫仿真模型。利

2、用該模型研究了聲波在基體/界面/堆焊層組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)焊縫中傳播機理；為進一步實現(xiàn)復(fù)合鋼主管道焊縫中φ2 mm側(cè)鉆孔缺陷有效檢出及識別，開展了基于不同數(shù)據(jù)采集方式的超聲全聚焦成像及圖像增強處理研究，仿真模擬和實驗結(jié)果具有較好的一致性。主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）針對焊縫試樣進行金相分析和聲學(xué)參量測量，結(jié)果表明，主管道基體焊縫為晶粒均勻細(xì)小的等軸晶結(jié)構(gòu)，而奧氏體不銹鋼堆焊層焊縫晶粒粗大、取向復(fù)雜，具有明顯的彈性各向異性。根據(jù)建模原理

3、，對焊縫晶粒進行取向分區(qū)和彈性常數(shù)賦值，建立主管道焊縫檢測仿真模型；結(jié)合時域有限差分法進行數(shù)值計算，仿真模擬與實驗結(jié)果的聲速差為42.12 m/s，衰減系數(shù)差為0.05 dB/mm，主頻偏移為0.12 MHz；且B掃查圖像中二者噪聲水平相當(dāng)。結(jié)果表明，該模型能夠較為準(zhǔn)確描述焊縫特點，二者一致性良好。
　?。?）結(jié)合上述焊縫模型，從仿真模擬和實驗兩方面研究了基于全矩陣數(shù)據(jù)集（Full Martix Capture，F(xiàn)MC）、半矩陣數(shù)

4、據(jù)集（Half Martix Capture，HMC）和稀疏矩陣集（Sparse Martix Capture，SMC）的主管道焊縫全聚焦成像（Total Focusing Method，TFM），并利用表征缺陷成像分辨率的陣列性能指數(shù)（Array Performance Indicator，API）和檢測信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）對上述圖像進行定量評價。結(jié)果表明，深度65 mm，堆焊層焊縫中φ2 mm

5、側(cè)鉆孔FMC/HMC/SMC-TFM圖像API值隨陣元數(shù)目增加逐漸減小，SNR值逐漸增大；FMC-TFM和SMC-TFM圖像分別在圖像信噪比和分辨率表征水平上具有各自優(yōu)勢。
　?。?）針對復(fù)合鋼主管道焊縫TFM圖像結(jié)構(gòu)噪聲嚴(yán)重，影響缺陷識別問題，采用了一種基于超聲檢測信號相位分布統(tǒng)計特征的相位相干成像（Phase Coherence Imaging，PCI）算法進行處理。利用該算法對仿真模擬和實驗所得 TFM圖像進行加權(quán)，得到TF