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奥氏体不锈钢脉冲涡流检测技术研究

作　者: 姜守安
导　师: 王海涛
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 脉冲涡流脉冲恒流源有限元特征提取奥氏体不锈钢
分类号: TG115.28
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

有效的实现对在役奥氏体不锈钢压力容器缺陷的无损检测，是目前承压设备领域急需解决的问题。脉冲涡流检测技术通过脉冲信号激励探头，分析差分处理的时域信号可获得较多的缺陷信息，实现大面积快速准确的检测。本文在分析了国内外脉冲涡流无损检测技术研究现状的基础上，提炼出脉冲涡流对奥氏体不锈钢检测的技术优势，将脉冲涡流检测技术引入在役奥氏体不锈钢压力容器的检验，解决新技术应用过程中的问题，主要研究内容及创新如下：本文阐述了脉冲涡流检测技术的原理，建立了脉冲涡流对奥氏体不锈钢检测的仿真计算模型，仿真分析奥氏体不锈钢的脉冲涡流检测响应特性，分析了探头结构尺寸对检测响应信号的影响。为了增强奥氏体不锈钢中的脉冲涡流响应信号，设计了一套以脉冲恒流为激励源的脉冲涡流实验系统用于分析奥氏体不锈钢的电磁特性，对其表面缺陷检测。通过采集脉冲恒流激励源在不同时间段的电流值，验证了脉冲恒流激励源可以稳定的驱驱动脉冲涡流检测探头，并且抗干扰能力强，完成了预定的研究目标。最后，制作了同宽不同深、同深不同宽的长缝隙损伤缺陷和同深不同半径、相同半径不同深的圆孔损伤缺陷，用于模拟奥氏体不锈钢出现的裂纹损伤缺陷、点蚀损伤缺陷，并开展了脉冲涡流对其检测技术实验研究。通过db4小波对采集到的脉冲涡流差分信号进行了6层小波分解，实现较好的滤波效果，用于时域分析提取信号特征值。提取了上述缺陷出现的峰值，用于分析奥氏体不锈钢的响应特性；并对时域信号的峰值进行归一化处理，更直观地反映上述各种缺陷曲线的相互关系，用于检测评估。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
注释表  12-13
第一章绪论  13-21
  1.1 课题来源、研究背景  13-14
    1.1.1 课题来源  13
    1.1.2 课题研究背景  13-14
  1.2 奥氏体不锈钢的无损检测技术  14-16
  1.3 脉冲涡流检测技术的国内外发展  16-17
    1.3.1 国外脉冲涡流技术研究和发展状况  16
    1.3.2 国内脉冲涡流技术研究和发展状况  16-17
  1.4 脉冲涡流检测信号特征值提取的研究进展  17-19
  1.5 课题研究的意义  19
  1.6 课题主要研究内容与论文章节安排  19-21
第二章脉冲涡流检测技术基础理论  21-31
  2.1 涡流检测方法原理  21-23
    2.1.1 电磁涡流效应的产生  21-22
    2.1.2 电磁涡流基本电磁场理论  22-23
  2.2 涡流趋肤效应  23-26
    2.2.1 电磁场在导体中的传播  23-25
    2.2.2 电涡流在导体中的传播  25-26
  2.3 脉冲涡流技术原理  26-29
    2.3.1 脉冲涡流工作原理  26-28
    2.3.2 脉冲涡流检测时域信号分析计算方法  28-29
  2.4 脉冲涡流检测趋肤效应  29-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章奥氏体不锈钢脉冲涡流检测技术仿真分析  31-44
  3.1 Comsol Multiphysies 软件简介  31-32
  3.2 有限元模型的建立  32-36
    3.2.1 几何建模  32
    3.2.2 求解域参数设定  32-33
    3.2.3 模型中边界条件的设定  33-34
    3.2.4 划分有限元网格  34
    3.2.5 求解与后处理  34-36
  3.3 脉冲涡流检测探头的参数化分析  36-43
    3.3.1 激励脉冲频率对响应信号的影响  36
    3.3.2 磁芯宽度对响应信号的影响  36-37
    3.3.3 线圈宽度对响应信号的影响  37
    3.3.4 线圈高度对响应信号的影响  37
    3.3.5 探头宽高比例对响应信号的影响  37-38
    3.3.6 屏蔽层对响应信号的影响  38-43
  3.4 本章小结  43-44
第四章脉冲涡流试验系统设计及实现  44-57
  4.1 脉冲涡流检测系统整体构成  44
  4.2 脉冲涡流检测传感器设计  44-47
    4.2.1 磁传感器选择  45-46
    4.2.2 激励线圈设计  46-47
  4.3 磁感线圈的脉冲信号激励源设计  47-54
    4.3.1 电压源与电流源的比较选择  47
    4.3.2 脉冲恒流源整体构成  47
    4.3.3 恒流源设计  47-52
    4.3.4 脉冲信号产生电路设计  52-54
  4.4 信号调理模块设计  54-55
    4.4.1 信号差分放大电路设计  54-55
    4.4.2 数据采集模块设计  55
  4.5 实验系统电源模块  55-56
  4.6 本章小结  56-57
第五章奥氏体不锈钢缺陷与其检测信号特性分析  57-69
  5.1 脉冲涡流检测信号的预处理  57-61
    5.1.1 响应信号的去噪  57-59
    5.1.2 去噪效果  59-61
  5.2 裂纹损伤缺陷检测  61-66
    5.2.1 奥氏体不锈钢裂纹损伤缺陷试块  61-62
    5.2.2 裂纹缺陷深度检测  62-63
    5.2.3 裂纹缺陷宽度检测  63-65
    5.2.4 缺陷宽度深度对信号影响的综合比较  65-66
  5.3 点蚀损伤缺陷检测  66-68
    5.3.1 奥氏体不锈钢点蚀损伤缺陷试块  66-67
    5.3.2 点蚀面积半径检测  67
    5.3.3 点蚀孔径深度检测  67-68
  5.4 本章小结  68-69
第六章总结与展望  69-71
  6.1 全文总结  69-70
  6.2 工作展望  70-71
参考文献  71-75
致谢  75-76
在学期间的研究成果及发表的学术论文  76

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