本发明专利技术公开一种管板立体结构环焊缝声发射检测定位方法。管板结构在役使用过程中，采用声发射检测技术进行实时监测时，由于管板环焊缝结构是一种立体结构，对于声发射检测这种被动监测技术，首先根据管板结构特点立体布置传感器；然后根据声发射检测仪器平面定位要求，需将立体结构定位转换到平面上，通各传感器获得的声发射信号在仪器上进行初步定位，并确定声发射源到达各传感器的传播时间；最后通过分析传感器的到达时间和声发射信号传播路径，判断出声发射源的所在区域，通过时差定位法计算出声发射源的平面位置，并还原出声发射源在立体结构中的实际准确位置，实现管板立体结构环焊缝声发射源准确定位方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及利用声发射动态监测技术对管板立体结构环焊缝进行实时监测和声 发射源准确定位，是属于声学无损检测范围，具体为一种管板立体结构环焊缝声发射检测 定位方法。
技术介绍
管板焊接结构在日常生活中是一种常见结构，如换热器、石油管道、压力容器、起 重机械和列车转向架等结构，都出现了管板焊接结构。但是目前对这类结构检测仍然采用 常规超声、射线、电磁检测等方法，需要在设备停机或静止条件下检测，不仅影响设备的正 常工作和生产进度，而且需要花费大量人力、物力和时间，一旦出现漏检，将会带来灾难性 后果。随着国家对质量检测要求的提高，不仅要在检测准确性、稳定性上提高，而且要求能 在设备使用过程中动态的对可能发生的缺陷、故障进行预报，从而能在某一合适时间段内 采取相应解决措施，保证结构安全使用。声发射技术的发展使动态无损检测技术成为了可 能。 声发射是指材料在外力或者内力的作用下，其中某一局部源会迅速释放出能量而 产生瞬态弹性波的一种现象。这种弹性波会包含该局部源的一些性质并传播到材料表面， 放置在材料表面的声发射传感器能够扑捉到这些信息。而且根据所采集到信号的一些特点 以及施加的外部条件，不仅可以了解缺陷现状，还能够了解这个缺陷之前的形成状况，甚至 判断在之后的使用中发展的趋势，这一点也是其它无损检测方法难以做到的，所以用声发 射技术可以判断缺陷的活动性和严重性。 在材料或结构内部出现了位错和微裂纹，将会以弹性波形式发出能量，通常称为 声发射源，因此对于声发射源的定位是声发射检测技术中一个重要内容，可以确定缺陷的 发生部位。目前声发射源的定位方法主要有时差法和区域法，区域定位虽然处理速度快，但 是定位效果却比较差，定位出来的是一片区域，准确性不够，而且一般是在要求不高或者时 差法较难应用的情况下使用。时差定位相对复杂，且容易丢失很多比较低能量的信号，定位 的效果也会被波速、波形、衰减以及构件的几何形状等因素影响，但是通常会采取一定的信 号处理方法提高信噪比，目前该方法还是比区域定位法精确，应用更多。 就目前的声发射检测仪器而言，主要还是以规则形状的检测定位为主，如板形、柱 形、球形和锥形等，而由于管板结构较复杂，声发射检测在该类结构上的检测较少，对其定 位更是鲜有报道，大都处于初步研究阶段。本专利技术结合了区域定位和时差定位两种方法的 特点，实现了管板立体结构声发射源的准确定位。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对管板立体结构声发射动态监测需要，提出一种管板立体结构 环焊缝声发射检测定位方法，其结合管板结构特点和声发射动态监测方法对缺陷的敏感 性，先后利用声发射区域定位和时差定位方法，达到对声发射源即缺陷准确定位的目的，为 实现管板立体结构环焊缝声发射检测技术提供保障。 本专利技术的技术方案：，在管板立体 结构上利用布置的传感器和现有声发射检测仪器平面定位功能，通过弧面转换方法将立体 结构转化成平面结构，根据各传感器接收到的声发射信号到达时间，分析声发射信号在结 构内的传播过程，判断出声发射源所在区域，最后采用时差定位法实现对管板立体结构环 焊缝声发射源的准确定位；其特征在于具体方法是： 步骤一：使用声发射检测仪器进行测试，采集声发射源发出的声发射信号；对于管板 立体结构特征，布置三个传感器，分布是在板上两端对称布置两个传感器S2，在管上布 置一个传感器S 3，且三个传感器位置在空间上为等腰三角形状；如果以&在环焊缝上的投 影位置为中心点A (实际焊缝有一定宽度，那么A点是在焊道中心线上)，则检测范围可达 ±90°的焊缝长度。 步骤二：由于管板环焊缝声波路径比较复杂，与声发射源位置较远的传感器接收 到的信号路径很难确定，使板上两个传感器不能确定声发射源准确位置，因此将管面以S 3 到A点的直线为对称轴展开成平面，然后再将该平面以展开后的焊缝线为轴线，向没有布 置传感器的一侧转动，达到与板面重合在同一平面上。 步骤三：接下来先根据板上两个传感器31和52接收到的信号情况进行声发射源区 域判别，确定声发射源离哪个传感器距离更近，根据声发射源B的位置，可能出现以下两种 情况： (1)声发射源B到达SJP S 2的时间相同，那么只有一种可能，就是B在焊缝内过A点 且与焊道中心线垂直的直线上，然后根据S3的到达时间计算出B的准确位置。 (2)声发射源B到达SJP S 2的时间不同，那么B可能离S 1近，也可能离S 2近，但 不管离哪个传感器更近，后续的计算方法相同。假设B离51近，那么以S i为圆心，根据S 4则 量的到达时间作圆弧，在焊缝区域内与焊缝相交形成一条弧线，即声发射源B就在焊道区 域的弧线上。然后再以S 3为圆心，根据S3的到达时间作圆弧，与前面的弧线在焊缝区域内 交叉处为声发射源B的准确位置。 步骤四：还需根据几何关系，将获得的声发射源B平面位置还原到实际位置上，即 声发射源B到A的水平距离应该与实际环焊缝上的声发射源S到A的弧长相同，然后根据 弧长和管径的关系式，计算出声发射源S的实际位置坐标，实现对管板立体结构环焊缝的 声发射检测定位方法。 本专利技术与现有技术相比具有的特点是：对管板立体结构进行了平面化处理，利用 现有声发射检测仪器的平面定位功能对环焊缝进行声发射源定位监测，由于实际声波传播 路径难确定，采用区域定位先确定声发射源所在区域；然后根据时差定位法确定声发射源 实际位置；最后将直线环焊缝上声发射源经过几何校正，计算出声发射源在立体结构上的 实际位置。此专利技术提出一种管板立体结构环焊缝声发射监测定位方法，可用于不同尺寸、不 同领域内的管板结构声发射监测定位，为该类结构的检测提供了一个新的检测手段，也为 声发射检测开辟了新的应用领域。【附图说明】 图1本专利技术的钢制管板立体结构与传感器分布示意图。 图2本专利技术的管弧面展开并转到板平面示意图。 图3本专利技术的声发射源实际位置转换示意图。【具体实施方式】 对于此专利技术的有效性以及可行性采用以下实验方案进行验证。实验测试管板结构 为钢制转向架部件试样，按照实际尺寸进行了缩小，结构中管材为外径168mm、壁厚12mm， 板材为350mm长、230mm宽、IOmm厚。实当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种管板立体结构环焊缝声发射检测定位方法，在管板立体结构上利用布置的传感器和现有声发射检测仪器平面定位功能，通过弧面变换方法将立体结构转化成平面结构，根据各传感器接收到的声发射信号到达时间，分析声发射信号在结构内的传播过程，判断出声发射源所在区域，最后采用时差定位法确定声发射源的平面位置，并还原出声发射源在立体结构中的实际准确位置，实现对管板立体结构环焊缝声发射源的准确定位；其特征在于具体方法如下： 步骤一：使用声发射检测仪器进行测试，采集声发射源发出的声发射信号，对于管板立体结构特征，布置了三个传感器，分布是在板上两端对称布置两个传感器S1、S2，在管上布置一个传感器S3，且三个传感器位置在空间上为等腰三角形状；如果以S3在环焊缝上的投影位置为中心点A，则检测范围可达±90°的焊缝长度；步骤二：以过S3和A点的直线为对称轴将管弧面展开成平面，然后再将该平面以展开后的焊缝中心线为轴线，向没有布置传感器的一侧转动，达到与板面重合在同一平面上；步骤三：接下来先根据板上两个传感器S1和S2接收到的信号情况进行声发射源区域判别，确定声发射源离哪个传感器距离更近，根据声发射源B的位置，出现以下两种情况：（1）声发射源B到达S1和S2的时间相同，就是B在焊缝内过A点且与焊道中心线垂直的直线上，然后根据S3的到达时间计算出B的准确位置；（2）声发射源B到达S1和S2的时间不同，那么B可能离S1近，也可能离S2近，但不管离哪个传感器更近，后续的计算方法相同；假设B离S1近，那么以S1为圆心，根据S1测量的到达时间作圆弧，在焊缝区域内与焊缝相交形成一条弧线，即声发射源B就在焊道区域的弧线上；然后再以S3为圆心，根据S3的到达时间作圆弧，与前面的弧线在焊缝区域内交叉处为声发射源B的准确位置；步骤四：最后还需根据几何关系，将获得的声发射源B平面位置还原到实际立体结构位置上，即声发射源B到A的水平距离应该与实际环焊缝上的声发射源S到A的弧长相同，然后根据弧长和管径的关系式，计算出声发射源S的实际位置坐标，实现对管板立体结构环焊缝的声发射检测定位方法。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李秋锋，王海涛，何才厚，付悦，胥凯晖，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36
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