超声波检测近距离缺陷定量专家系统的设计和实现

　　锅炉压力容器具有较高的危险性,因此确保其制造、安装及运行的安全是关系到国计民生的问题。具体分析其事故产生的原因,发现很多是由运转中的机械设备零件距表面近距离存在缺陷所引起的。缺陷在表层承受的弯曲和扭转的交变应力作用下会迅速扩展以释放应力,直至导致构件的失效和破坏。所以,通过一定的无损检测手段及时有效地检测出表面近距离缺陷并对其进行精确的定量是进行机械构件的安全性评价和寿命预测的基础[1]。超声波探伤近距离缺陷定量技术一直采用当量试块比较法,存在试块制作成本高、操作繁琐,携带不便及定量精度不高等一系列的不足。对此笔者参阅了国内外相关研究[1~4],沿用了当量试块比较法的优点,采用不同的探伤外部设备对一系列不同距离、不同大小的人工缺陷进行了实际测量。通过研究超声波近距离声场声压分布的特点,利用合理的数学方法处理检测得到的大量有效数据并组建为数据库,最终引用数据库技术,建立智能管理专家系统,改善了超声波近距离缺陷定量的不足,提高了定量的精度及工作效率。

　　1　主要试验、结论及数据处理

　　参照相关规定,分别制作了材质为45号钢,人工缺陷埋深为5,10,15,20,25,30,35,40,45和50mm,直径为2,3,4,6,8,10和14mm,外形尺寸分别为170mm×50mm×35mm和170mm×50mm×60mm的共14块平底孔人工缺陷试块,试块的加工技术要求满足JB 4730标准规定[5]。试块如图1所示。

　　试验采用武汉汉威HS 510数字超声波探伤仪及汕头CTS-22模拟超声探伤仪,汕头2.5P14Z,2·5P20Z,5P14Z,5P20Z和10P14Z等探头,中等黏度的机油为耦合剂,取50mm处2mm平底孔缺陷为基准灵敏度,分别对人工缺陷回波进行多次测量和记录。将所得数据分别绘制为特定探伤外设的距离-波幅曲线及缺陷孔径-波幅曲线图。通过对所作曲线的形状进行观察,并没发现近场区出现明显的液体介质理论推导公式所描叙的声压极大极小值。整个距离波幅曲线分布相对较为平缓,整个孔径波幅曲线分布也较为收敛,呈现明显的规律性,这为对试验实测数据进行科学的数学处理提供了可能[6]。通过运用数学运算软件Matlab对绘制的各个曲线进行各种模拟和逼近,选取合适的模拟曲线,在保证处理误差能够控制在实际运用允许范围的前提下,对其进行进一步插值处理,从而得到一系列人工缺陷试块没有覆盖到的缺陷对应的波幅值大小,使得距离和孔径大小均达到步长0.5mm的覆盖精度。然后把这些有效数据利用Access组建成为数据库,为专家系统的建立提供基础。

　　2　系统的设计及编译

　　系统的编译选用可视化语言Delphi,以Access数据库为基础知识库,在完善系统本身的基本维护功能的基础上,充分考虑使用过程中可能涉及的各项功能。整个系统分为近距离缺陷定量模块、理论基础知识模块、帮助模块及附加的远距离缺陷定量模块四部分。其中近距离定量模块通过主窗体获取用户输入的仪器型号、材质类型和探头型号等参数后,即可对相应的数据库进行查询,同时依据用户赋予的距离、波幅及人为校核数值等参数,通过系统程序的算法对其定量结果进行逻辑推理,最终输出最合理的定量结果。系统还具有良好的交互功能,管理员可对系统进行修改及录入等操作。理论基础知识部分则力图建立各种实用探伤技术和相关标准的知识库。帮助部分则提供了本地帮助及在线帮助,以解决系统使用中可能遇到的问题。整个近距离缺陷定量系统模块的结构及开发模型见图2。