动的调整下次激发的延时规则，实现声束的优化控制。时频分析方法则从时域和频域的角度有效的实现了缺陷回波信号中信号与噪声的分离。下阶段，更为优化的聚焦成像算法和时频去噪方法将继续成为相控阵超声检测领域的重要研究内容。柔性相控阵超声换能器的发展对于些外型结构复杂或检测空间较小的检测对象，安装刚性楔块的相控阵超声换能器往往难以完成检测或检测效果较差，柔性相控阵超声换能器为相控阵超声检测技术的这局限性提供了广阔的发展空间，伸缩式阵元或柔性楔块将是柔性相控阵超声换能器的发展思路。论文研究内容及结构安排论文研究内容本文拟采用现有相控阵超声检测仪结合相关信号处理算法解决钢包耳轴焊缝的相控阵超声检测难题，具体内容包括基于声场和阵列信号处理的相关理论，讨论阵元数频率阵元间距波形扫查方式扫描角度等参数对钢包耳轴根部焊缝检测结果的影响，并通过仿真和试块实验进行验证，提出较为理想的钢包耳轴根部焊缝相控阵超声检测方案。万方数据中国计量学院硕士学位论文对理想检测方案下获得的检测结果应用小波阈值去噪和匹配追踪两种时频去噪方法，进步提高成像效果，并通过比较两种方法的去噪效果，提出种较好的钢包耳轴相控阵超声检测信号后处理方案。论文结构安排本文基于阵列信号处理理论和仿真平台，结合钢包耳轴的结构特征进行了参数优化，在钢包耳轴试块上进行了检测实验，最后采用匹配追踪算法和小波算法对实验结果进行了处理，并对两者的去噪效果进行了对比分析。第章，简要地介绍论文的研究背景目的和意义总结目前常用的钢包耳轴检测方法最后，重点介绍国内外相控阵超声检测技术的发展现状。第二章，对钢包耳轴的结构特点进行详细的分析，确定检测面，以声场强度声束指向性灵敏度和分辨率为指标从理论上对相控阵探头参数检测设置参数进行优化，最后基于软件观察参数优化后的声场分布情况和缺陷响应情况，验证优化效果和相控阵超声的可行性。第三章，基于大型钢包耳轴结构，制做钢包耳轴试块并设置人工横孔缺陷，从实验的角度进步验证参数优化的可靠性，获取最优参数下的检测数据，最后采用该参数对炼钢厂在役钢包耳轴进行实际检测，分析检测结果。第四章，对钢包耳轴相控阵超声检测信号应用匹配追踪算法和小波阈值去噪算法，比较算法应用前后的成像质量和两种算法的去噪效果，提出较好的钢包耳轴相控阵超声检测信号后处理方案并确定后处理算法的应用价值。第五章，对本文的研究成果和不足进行总结，并对相控阵超声检测技术的发展应用，特别是在复杂型面构件中的应用提出展望。本章小结本章简要地介绍了论文的研究背景目的和意义总结了目前些常用的钢包耳轴检测方法和相控阵超声检测技术的发展状况与研究成果。最后概括的说明了本文的主要内容和结构安排。万方数据中国计量学院硕士学位论文钢包耳轴相控阵超声检测理论及仿真分析引言由于传统的超声检测技术采用固定角度的探头，在些复杂型面构件检测时，存在较大盲区，灵活性较低。相控阵超声检测技术基于超声检测基本原理，有效的弥补了传统超声检测技术的不足。首先，相控阵超声检测技术具有灵活的声束扫描方式，有效的提高了超声波覆盖范围，减小了盲区。其次，相控阵超声检测技术可实现扫描扫描扫描扫描和扫描等多种成像方式，显示结果直观，便于检测人员分析。本章针对钢包耳轴的结构特点，结合声场理论和阵列信号处理的理论，从探头和检测设置两方面优化相控阵参数，尽可能的获取较好的检测效果，最后在软件仿真了参数优化后的缺陷响应情况，验证了参数优化的效果。钢包耳轴检测分析钢包耳轴的结构特征根据钢水承载量的不同，钢包耳轴在设计尺寸上会存在定的差异，但整体的结构特征具有较高的共性，本文以图所示的钢厂钢包的耳轴区域为例展开相控阵超声检测研究，该型号钢包在该炼钢厂内有较大应用，具有定的代表性。图钢厂钢包耳轴区域图型号钢包耳轴部分结构尺寸图万方数据中国计量学院硕士学位论文图钢包耳轴区域结构尺寸图图所示为该型号钢包的耳轴区域结构尺寸图，从图中可以看出，耳轴区域主要包括耳轴，耳轴块，耳轴箱，包体外壁和内衬几部分。其中耳轴为锻件，形状为直径左右的圆柱体，长，材料为，这种材料超声性能优良，强度耐热性冷应变塑性和可切削性较高，焊接性相对较差，调质处理后硬度在之间，抗拉强度不小于。耳轴通过冷装热装或压装嵌套在耳轴块内，耳轴块为空心铸件，内径与耳轴直径大体相同，宽度为，厚度在左右，材质为号钢，号钢属于中碳调制钢，超声传播性能好，调制后硬度在之间，强度较高，焊接性优良，抗拉强度不小于。耳轴块四周有耳轴箱固定，耳轴箱是种箱式梁结构，在钢包起吊时可以将耳轴上的承载力传递到包体上，提高耳轴的安全系数。包体外壁材料为，其厚度为，耳轴耳轴块和钢包采用焊接的方式连接，焊缝围绕耳轴呈环形分布，底部宽度，坡口，材料为，设计的抗拉强度不小于。在钢包耳轴加工完成后，需要在包体内部贴层隔热砖，其材料般为硅酸铝陶瓷纤维，与金属材料相比，这种材料声阻抗较低，且结构不均匀，超声性能较差。万方数据中国计量学院硕士学位论文检测区域及检测面的确定在钢包耳轴的起吊过程中，耳轴主要承受静载荷作用，起吊瞬间，会产生冲击载荷和耳轴圆角处的应力集中，由于耳轴箱的箱梁结构，耳轴根部影响最为严重。耳轴根部涉及耳轴耳轴块包体外壁和焊缝区个部分，从节中可知，焊缝机械性能均比其他个部分低，而且在加工工艺上，焊接相对铸造锻造受人为因素影响严重，焊接质量不易控制，此外，由于耳轴根部焊接的各部分材料不同，在焊接过程中更容易产生缺陷，因此，本文的重点检测区域为钢包耳轴的焊缝区。相控阵超声检测技术提供了接触式和液浸式两种探头接触方法，由于钢包耳轴区域的各个表面都比较平整，本文对上述焊缝区的检测均采用接触式探伤方法。图钢包耳轴焊缝检测面分析接触式探伤首先需要确定检测面，从图可以看出，钢包耳轴区域可布置探头的平面有耳轴块外表面检测面钢包内部表面检测面和包体外壁表面。由于超声只能从声阻抗高的材料穿透到声阻抗低的平面，因此，检测面不宜作为相控阵超声检测的检测面，若采用检测面作为相控阵超声检测面，则超声主要在包体外壁内传播，由于包体外壁厚度较小，超声波只能万方数据中国计量学院硕士学位论文通过多次反射到达焊缝区域，不仅能量衰减严重，而且盲区较大，此外，在检测面布置探头时必须拆除包裹的耳轴箱，严重降低了检测效率，增加了检测成本，因此本文选择检测面作为检测面，是在该检测面，探头移动范围在以内，探测深度在左右，对扫描灵活性和声场能量仍有定要求。相控阵超声检测参数优化为了获取较好的检测效果，在确定检测面后，通常要对相控阵超声的检测参数进行优化，影响检测效果的主要因素有仪器性能探头参数和检测参数等，由于目前在售的相控阵超声检测仪器价格昂贵，因此仪器的可选择空间较小，且本文的研究重点不在于硬件的设计与改进，而是在有限的硬件条件下实现信号后处理算法的有效应用，因此本节将重点围绕声场理论和阵列信号处理理论，对相控阵超声探头的频率阵元数阵元间距以及检测设置的波形入射角扫查方式扫描角度等参数进行优化。探头参数优化相控阵超声探头的突出特点是其晶片的阵列形式排布，本文在相控阵超声检测技术节中提到，相控阵超声探头的阵列样式有线阵环阵矩阵和圆阵等，由于线阵加工方便控制简单，价格相对较低，因此工业无损检测领域主要采用线阵相控阵超声探头进行检测，本节仅针对均匀线阵，讨论了频率阵元数和阵元间距等参数对探头性能的影响。空间分辨率是评价相控阵超声探头性能的重要指标，通常情况下，可以用波束响应评估，波束响应的表达式如式所示，其中为波束响应，是给定加权矢量列矢量的转置，是阵列响应矢量列矢量。对于均匀线性阵列其阵列响应矢量为其中为阵元数，，为相邻阵元间距，为波长。由式可以看出，影响均匀线阵探头波束响应的主要参数有阵元数及万方数据硕士学位论文钢包耳轴深厚焊缝的相控阵超声检测技术作者胡栋导师袁昌明，王强教授学科检测技术与自动化装置中国计量学院二〇四年三月万方数据，万方数据中图分类号学校代码密级公开硕士学位论文钢包耳轴深厚焊缝的相控阵超声检测技术作者胡栋导师袁昌明，王强教授申请学位工学硕士培养单位中国计量学院学科专业检测技术与自动化装置研究方向相控阵超声检测二〇四年三月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国计量学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名签字日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国计量学院有关保留使用学位论文的规定。特授权中国计量学院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名导师签名签字日期年月日签字日期年月日万方数据致谢时间飞逝，转眼间年的研究生生活即将落下帷幕，回首往昔，让我感触更多的似乎并不是即将离别的伤感，而是由稚嫩到成熟的蜕变。中国计量学院以其严谨的校风，优良的学风指引我走向社会，回报国家。在毕业论文即将完成之际，首先向我的论文指导老师王强教授袁昌明教授致以衷心的感谢，王老师以其渊博的学识，耐心包容的胸怀对我论文撰写的整个过程进行了指导，使我获益良多。在生活上，王老师也给了我无微不至的关怀，让我只身在外也沐浴着家的温暖，此外，王老师先进的教育理念真诚的个人品质和实事求是的工作作风也为我等立下了榜样。感谢袁老师，在我论文开题中期答辩的几个重要环节上给了我不少宝贵的建议。感谢浙江省特种设备检验研究院，为我的研究工作提供了大量的指导与支持。此外，感谢我的父母在生活上和精神上给予我的关心与爱护，让我能够踏踏实实毫无顾虑的完成学业。感谢我的师兄王孝伟刘鑫磊马冶浩王启和师姐王花丽，他们对待科研丝不苟的态度为我的研究生涯树立榜样，同时也对我的研究工作提供了极大的帮助，感谢我的研究生同学肖琨张杰李兰玉和盛成龙在我实验和论文格式修改过