基于Barker码脉冲压缩技术的钢板多阵元Lamb波电磁超声换能器设计与优化

为了解决传统Barker码脉冲压缩技术受脉冲功率放大器额定参数(占空比,最大脉冲宽度等)限制而导致的脉冲压缩效果下降、检测速度降低等问题,提出一种基于Barker码脉冲压缩技术的多阵元Lamb波电磁超声换能器(EMAT)。建立了基于tone-burst信号激励-Barker码脉冲压缩技术的多阵元Lamb波EMAT检测过程的有限元模型,分析了永磁体的配置形式、阵元序列长度、激励信号周期数、曲折线圈匝数等因素对脉冲压缩后的主旁瓣比和主瓣宽度的影响,并进行了实验验证。结果表明:曲折线圈匝数为4和Barker码序列长度为13位的多阵元EMAT在配置3对外置永磁体后,其信噪比(SNR)可提高9.8 dB。综合考虑检测回波的空间分辨率和SNR,多阵元Lamb波EMAT最佳参数为:曲折线圈匝数为10、激励信号周期数为11、Barker序列为13位,并配置3对外置永磁体。

航空铝合金薄板搅拌摩擦焊内部缺陷的超声相控阵检测

针对3 mm厚度下航空铝合金薄板搅拌摩擦焊焊缝的检测需求,基于典型缺陷特征以及缺陷对焊接接头性能的影响规律分析,明确了搅拌摩擦焊无损检测应重点关注的缺陷类型;设计了不同深度和尺寸的隧道以及未焊透缺陷模拟样件,利用模拟缺陷样件验证了超声相控阵检测技术对铝合金搅拌摩擦焊中1 mm埋深0.2 mm孔径的隧道缺陷以及1.6 mm埋深2 mm长、0.2 mm深未焊透缺陷的检测能力,对3 mm厚度下搅拌摩擦焊实际样件的检测结果与X射线检测结果及断口观察结果吻合,超声相控阵检测技术可以用于3 mm以下航空铝合金薄板搅拌摩擦焊焊缝的检测。

45号钢腐蚀程度的超声非线性检测实验研究

腐蚀会显著降低金属零件的使用性能,检测金属零件的腐蚀程度对确保其安全使用具有重要意义。超声非线性技术已被应用于检测材料微损伤、残余应力和黏结状态等方面,其能否用于检测腐蚀程度倍受关注。本文搭建了基于超声非线性技术的临界折射纵波(criticalrefraction longitudinal wave,简称LCR波)混频检测系统,检测不同腐蚀程度的45号钢试件的非线性系数,随后根据超声非线性效应的机理结合材料的微观形貌对差频非线性系数的变化原因进行分析。实验结果表明:差频非线性系数对材料腐蚀程度十分敏感,随着45号钢试件腐蚀程度增加,差频非线性系数随之增加。超声非线性技术可以有效地实现对金属材料腐蚀程度的表征。

优化形状因子的超声兰姆波损伤概率成像

在超声兰姆波的损伤概率成像算法中,目前对于形状因子的选取是通过测试或根据先验知识得到的,这使得结果不够客观准确。文章提出了一种基于损伤概率点对形状因子优化的损伤概率成像方法。该方法先利用概率成像的原理估计缺陷范围,然后依据该点对部分路径上的形状因子进行重新计算,使得每条路径上的影响区域都尽可能包含缺陷,最后运用概率叠加实现缺陷定位。该方法用在兰姆波钢板缺陷的检测实验中,结果表明能够实现缺陷定位,定位误差在7mm以内,较常数形状因子的算法减小了定位误差。该方法在未有先验知识的前提下能对形状因子进行有效的优化,得到更好的损伤概率成像效果。

基于超声扩散场的焊接节点疲劳损伤早期检测及剩余寿命评估

钢结构焊接节点在疲劳载荷作用下易发生损伤、破坏,目前基于超声技术检测疲劳损伤的方法已得到初步验证,但早期裂纹萌生预警和剩余寿命评估仍存在困难和挑战。该研究基于超声扩散场能量密度提出一种检测焊接节点疲劳损伤的方法。该方法通过计算有损和无损状态下超声能量密度的差异,定义焊接节点疲劳损伤指数;采用对接焊缝和十字形传力角焊缝试件,验证损伤指数对焊接节点疲劳损伤的敏感性和普适性;而后,对早期裂纹萌生预警和剩余寿命评估与棘轮应变检测结果进行对比。试验结果表明:所提出的损伤指数变化趋势与棘轮应变检测结果吻合度高;焊接节点疲劳裂纹扩展时,损伤指数增长尤为快速;当裂纹萌生时,损伤指数表现出突然增大的趋势,据此定义早期裂纹萌生预警判据,实现对焊接节点疲劳全寿命60%~80%的早期剩余寿命评估;同时,根据损伤指数曲线明显的谷值点,实现焊接节点寿命30%~50%的早期剩余寿命评估。

超声波探伤探头旋转体中心精度调试方法

为了快速及时掌握无缝钢管旋转式超声波探伤线旋转体中心偏差数据和输送辊道精度的变化情况,确保探伤结果的准确性,研发了一种新的旋转式超声波探伤设备中心偏差检测方法。通过对超声波旋转体的机械结构进行分析和尺寸确认,确定纵向组合晶片探头入射角度,通过对组合晶片不同通道界面波在示波器上显示位置一致性判定探头声束中心和旋转体中心的一致性即旋转体探头中心精度。该方法快速确保了旋转体和探头中心的一致性,满足了生产和质检的需要。

基于单向测量超声背散射系数的晶粒尺寸评价高效方法

镍基高温合金GH4742具有优异的机械性能,而晶粒尺寸是影响其性能的关键因素.基于物理模型的超声背散射法可以实现晶粒尺寸高效和准确的评价,但受限于复杂模型或多角度声束测量.因此,本文提出了一种只需单向测量的背散射系数法,且无需考虑测量系统等无关因素的影响.基于独立散射模型,推导了只与材料相关的背散射系数;利用空间相关函数描述了晶粒尺寸与背散射系数的关系;采用参考信号剔除干扰因素的影响,实现实验背散射系数的快速提取.制备三组不同晶粒尺寸的GH4742试块进行相控阵超声实验和平均晶粒尺寸评价,并与金相法结果进行对比.结果表明本文方法得到的晶粒度与金相法结果最大相对误差为–22.7%,最小相对误差为–3.7%.

Pipeline thickness estimation using the dispersion of higher-order SH guided waves

Thickness measurement plays an important role in the monitoring of pipeline corrosion damage. However, the requirement for prior knowledge of the shear wave velocity in the pipeline material for popular ultrasonic thickness measurement limits its widespread application. This paper proposes a method that utilizes cylindrical shear horizontal(SH) guided waves to estimate pipeline thickness without prior knowledge of shear wave velocity. The inversion formulas are derived from the dispersion of higher-order modes with the high-frequency approximation. The waveform of the example problems is simulated using the real-axis integral method. The data points on the dispersion curves are processed in the frequency domain using the wave-number method. These extracted data are then substituted into the derived formulas. The results verify that employing higher-order SH guided waves for the evaluation of thickness and shear wave velocity yields less than1% error. This method can be applied to both metallic and non-metallic pipelines, thus opening new possibilities for health monitoring of pipeline structures.

激光超声技术在金属激光增材制造冶金质量检测中的应用

非接触式激光超声技术在航空航天用关键金属构件激光增材制造(LAM)冶金质量检测和评价中的应用得到了广泛的研究与关注。该技术利用脉冲激光一次激励可激发多模态超声波,通过分析不同模态超声波传播特征参数的变化,实现对显微组织、缺陷及残余应力等不同冶金特征的检测和评价。针对高温、高压、振动等复杂LAM环境下,强散射金属材料的组织晶粒度评价、粗糙表面微缺陷的在线检测、表面残余应力的高精度表征等难题,重点综述激光超声技术在金属LAM粗大晶粒、孔洞、裂纹及表面残余应力等冶金缺陷检测方面的研究进展,并分析当前研究存在的主要问题。本研究为未来激光超声检测在金属LAM冶金质量在线检测中的应用提供了参考。

应用于斜楔块的子孔径虚拟源全聚焦成像

楔块斜入射检测工艺下,楔块会进一步降低全聚焦成像的缺陷检测能力。尤其是在检测大深度缺陷和粗晶材料时,全聚焦图像会因为缺陷回波幅值下降,导致缺陷图像的信噪比较低。为了提高入射能量,提出了应用于斜楔块的子孔径虚拟源全聚焦成像技术。研究结果表明:该技术通过延时控制子孔径阵元激励形成虚拟源发射,显著增加了射入到被检构件中的声能。在横向L值为20∼40 mm探头移动区间内,17∼38 mm深度范围内Φ3边钻孔幅值较黄铜全聚焦图像提高4.58∼7.12 dB;当钢制试块为被检对象时,在横向L值为30∼40 mm探头移动区间内,40∼65 mm深度范围内Φ1边钻孔幅值较全聚焦图像提高0.63∼2.35 dB。因此在该技术应用于楔块斜入射检测工艺下的粗晶材料检测,具有较好的检测效果。

薄壁小直径柱/板扩散焊界面超声信号特征分析与缺陷智能识别

为解决薄壁小直径柱/板扩散焊质量超声检测时波幅信号中缺陷与界面信号混叠,难以判断焊接接头是否存在微小缺陷的问题,采用基于粒子群优化的支持向量机技术(PSO-SVM),以不同界面类型的多特征参量为输入,对扩散焊界面进行缺陷识别。首先,使用水浸超声检测系统采集试样的C扫描数据,以金相试验得到的焊接截面为参照,运用快速傅里叶变换、经验模态分解等方法提取无缺陷、焊瘤、未焊合3种界面类型的时域、频域特征值;然后使用主成分分析法(PCA)对多特征参量进行融合得到融合特征值;最后输入到PSO-SVM模型中进行缺陷智能识别,并且与未经过多特征融合的预测结果进行对比分析。结果表明:经过PCA处理后,测试结果中3种类型界面的识别准确率为100%,比未经过PCA处理的测试结果准确率提高4.5%。

超声波检测法辨别焊缝中微细裂纹

超声波检测法在检测海洋工程钢结构焊缝时发现一种难于辨别的缺陷反射波,难点在于此反射波的波型特征像横向裂纹,但波幅很低,横向扫查有反射波,纵向扫查反射波时有时无,且横向扫查波幅高于纵向扫查,在骑缝扫查移动探头过程中,超声波显示屏中出现此起彼伏的波形,按照经验判断,此反射波应是缺陷,且应是横向裂纹,但气刨和打磨到指定位置,未见缺陷。为解决这一难题,超声波检测法主要利用GE USM35超声波探伤仪和45°、60°、70°探头对此批焊缝进行换角度多方向扫查,经过1∶1作图,精确定位缺陷反射波水平位置和垂直深度,而后气刨到距指定深度一定距离处,再逐步进行打磨加磁粉检测,最终发现和验证了横向微细裂纹和微小气孔,总结了区分两种缺陷的方法,形成了超声波检测法辨别焊缝中微细裂纹的方法。

复合材料超声可视化检测技术及其进展与应用

概述 复合材料具有轻质、抗腐蚀、抗疲劳等诸多优点,而且在复合材料结构之制造过程中,材料的利用率非常高,加工工序非常少,已经在航空航天、交通、能源等众多领域得到了重要应用,许多重要和复杂的壁板、梁、肋、框、叶片等都采用了复合材料结构。随着航空、轨道交通、风能等产业快速发展,为了减轻飞机、发动机、轨道车辆等关键装备自身的重量,提高能源利用率,增加舒适性,降低其制造成本,利用复合材料及其成形工艺制造各种关键零部件,已成为近年复合材料产业化应用的重要发展方向。

直缝埋弧焊钢管超声波相控阵检测工艺技术研究

介绍了标准中检测焊管典型缺陷的超声波检测探头布置方法。提出了钢管焊缝纵向伤检测方法、横向伤检测方法及串列式检测方法。通过不同的检测方法灵敏度校验、耦合监视、检测能力的确认,确保该检测方法可满足油气管道相关标准要求。该检测系统结合自动化校准模式,通过对比样管人工刻伤对应波形位置,可以清晰地看出样管上人工检测缺陷的位置误差、漏检和误报等情况,为钢管自动探伤工作带来方便,并提高了钢管检测质量。

基于超声波信号的起重机械金属结构缺陷检测研究

起重机械的结构较为复杂,特别是其桥架、门架、臂架等部分往往高悬在空中,这使得对结构进行全面细致的检查变得尤为困难,对此提出基于超声波信号的起重机械金属结构缺陷检测方法。利用超声探测仪扫描起重机械金属结构,获取大量的超声波信号并对信号进行去噪处理,得到高质量的金属结构信号集,分别提取出起重机械金属结构超声波信号的时域特征和频域特征,由此筛选出金属结构中的缺陷特征,通过计算检测误差函数得到最终的缺陷检测结果。实验测试结果表明,设计方法的起重机械金属结构缺陷检测精度较高,具备较强的可行性,因此该方法可以有效预防和控制金属结构缺陷的产生和发展,为企业的可持续发展和人员的生命安全提供有力保障。

基于超声波信号的门式起重机无损快速探伤研究

目前常规的门式起重机无损快速探伤方法主要通过采用探测设备对检测区域进行扫描识别,从而获取损伤信息,由于存在扫描盲区,导致无损探伤精度较低。对此,本文提出基于超声波信号的门式起重机无损快速探伤方法。通过采用多个相互独立且角度不同的超声探头进行组合,缩小检测扫描盲区。并结合滤波算法对采集到的超声波信号数据进行去噪处理,同时提取超声信号的时域能量特征。最后通过计算超声波信号传输往返时间,获取起重机表面裂纹缺陷的具体位置,实现无损快速探伤检测。在实验中,对提出的方法进行了无损探伤性能的检验。经实验结果表明,采用提出的方法对不同类型的裂纹缺陷进行检测时,轴向定位误差值较低,具备较为理想的探伤检测精度。

球磨机进出料端中空轴与轴颈衬套法兰螺栓断裂原因分析及措施

Φ5.03×8.3m溢流型球磨机是公司的核心设备,承担着公司每天4000吨/天的磨矿任务。本文针对公司球磨机出现的进出料端中空轴与轴颈衬套连接法兰之间螺栓频繁断裂的现象,进行原因分析及解决的办法。

桥梁板厚度1/4处探伤不合原因分析及改进措施

针对20mm规格Q345qD桥梁钢板厚度1/4处出现的探伤不合格问题,对探伤缺陷位置精确定位并取样。通过金相显微镜和扫描电子显微镜等分析手段,发现钢板1/4处存在超长超粗的点链状含Al、Ca、Mg的氧化物,并伴随有氢致裂纹是造成钢板探伤不合的主要原因。根据分析结果,对桥梁钢的冶炼和连铸工艺提出避免精炼后期补铝线、保证软吹时间、减少中间包干式料脱落、降低钢中氢含量等改进措施,解决了探伤不合格问题,提高了桥梁钢板的探伤合格率。

TOFD超声成像检测技术在压力容器检验中的应用

随着工业经济的发展,压力容器作为企业用于生产的重要设备已经被广泛使用,然而压力容器常常在高温、高压、腐蚀介质等特殊环境中使用,设备材料内部发生裂纹等缺陷的可能性难以避免,其发生事故危害的可能性及事故的危害性也加大。为了预防事故的发生,企业在强化操作维护、维护保养等管理的同时,对一些内部缺陷还必须有先进的检测手段来分析和识别,需要对压力容器进行专业检验,保证设备始终处在正常工作状态,以降低和减少设备安全事故的发生。因此,本文主要对TOFD超声成像检测技术在压力容器检验过程中的应用进行分析,希望能够为压力容器检验检测及维护保养工作提供一些参考和帮助。

超声全聚焦成像的裂纹类缺陷定量误差分析

虽然超声全聚焦成像(total focusing method,TFM)具有直观显示裂纹特征的明显优势,但通过TFM图像进行裂纹定量时不可避免地出现测量误差。该文采用模拟与实验对比的方式,分析TFM技术的裂纹定量误差。从超声波波长对缺陷深度的影响规律入手,分析和研究裂纹长度和取向的全聚焦图像测量误差原因。最后,通过模拟实验对比的方式验证裂纹定量误差。研究结果表明,裂纹上、下尖端的测量深度比实际深度均有所下沉,但两者下沉的深度基本相同,相差在0.6 mm以内,裂纹长度的测量误差范围为0~1 mm,带取向裂纹的取向测量误差基本保持在3°以内。因此,上、下尖端在深度上的测量误差对裂纹长度和取向的影响极小。经实验验证,裂纹深度、长度及取向误差的结论与模拟的结论一致。