P91钢焊缝蠕变非线性超声检测中的衰减修正方法研究

从理论上分析了衰减对非线性超声测量值的影响,并根据实际检测条件提出了一种利用时域能量对衰减进行修正的方法。以不同蠕变状态的P91钢及其焊缝为检测对象,对比了衰减修正前后的非线性超声测量值,实验结果证明,在蠕变程度较高或衰减较大的条件下,该方法能够有效的修正衰减对非线性系数测量值的影响,应用该方法可以对P91及其焊缝的蠕变状态做出更为准确的评价。

P91钢焊缝蠕变的非线性超声检测

分析了金属材料蠕变过程中的非线性应力—应变关系,指出在蠕变超声检测过程中存在非线性波动现象.讨论了使用脉冲超声实现非线性检测的方法,即利用超声检测信号高频段与低频段的能量之比作为非线性的表征.分析了衰减对非线性检测的影响,并根据频率-衰减关系对非线性参数的计算方法做出了修正.应用该方法对不同蠕变状态的P91钢母材及焊缝热影响区进行了检测.结果表明,非线性参数随蠕变时间的增加呈上升趋势;该方法可以有效区分同一材质的不同蠕变状态,可以作为P91钢焊缝蠕变程度相对性检测的有效方法.

复合材料喷水耦合超声C扫查检测系统的研制

目前,可用于复合材料无损检测的各类方法中,以超声检测方法最为有效和方便,发展也最迅速。由于复合材料航空构件的尺寸通常比较大,有些构件不适合长时间水浸,并且大多数复合材料对超声波的衰减都比较严重,因此,复合材料超声检测方法通常为喷水耦合的穿透检测。

基于零蠕变特征空间投影的P91钢焊接接头蠕变超声检测

为提高P91钢焊接接头蠕变超声检测灵敏度,提出一种相对性的超声检测信号处理方法。该方法使用未发生蠕变的P91钢焊接接头的检测信号生成零蠕变特征空间,将任意检测信号向该空间投影,以投影残差能量与原信号总能量的比例表征检测目标偏离零蠕变状态的程度,比例越高,则表明蠕变损伤越严重。推导了该方法的一般性数学表达,并提出利用盲源分离算法实现该方法的线性化处理。利用不同蠕变程度的P91钢焊接接头试块对该方法进行了验证试验,结果表明,与常规超声方法相比,该方法具有更好的蠕变检测能力。由于该方法为相对性检测,零蠕变特征空间的完备性对检测结果的准确性具有较大影响。该方法以评价检测目标偏离标准特征空间的程度为核心,因此对其他损伤也具有检测能力。

相控阵超声检测中的近场和远场选择

相控阵超声检测使用多个阵元分别激励,通过干涉效应合成检测声场,故在激发孔径的近场区具有较强的可控性,理论上在近场区的检测效果也更好,这与常规超声优先选用远场区进行定量检测有所不同。针对上述差异,以仿真分析为主要手段,结合实际检测中常用的聚焦法则,对相控阵超声近场聚焦和远场检测的灵敏度、分辨力及定量误差进行了量化分析,总结了近场焦点和远场干涉的选用原则,并对相控阵超声定量检测提出了建议。

基于独立分量分析的搅拌摩擦焊缝超声无损评价

指出搅拌摩擦焊焊缝的弱连接是目前超声无损检测的难点.提出了一种新的超声特征成像方法,包括使用独立分量分析方法(independent component analysis,ICA)对时域超声信号进行分解,进而获得检测信号的特征矩阵;根据检测信号能量传递的特点,确定检测目标特征矢量的筛选方法,将检测信号向特征矢量投影,将投影能量和作为特征参数,对搅拌摩擦焊焊缝进行声成像.应用该方法对不同拉伸强度的搅拌摩擦焊焊缝进行了声成像检测,并与常规C扫描方法进行了对比.结果表明,该方法的检测结果与拉伸试验具有较好的一致性,对于搅拌摩擦焊焊缝的检测灵敏度高于常规C扫描方法.

边界散射对超声水平剪切导波成像检测的影响

超声水平剪切(Shear horizontal,SH)导波在工业在役板材成像检测和结构健康监测(Structural health monitoring,SHM)中有重要的应用价值。基于合成孔径聚焦方法,对钢板中人工缺陷用超声SH导波进行成像,对边界散射条件下的成像检测阵列信号进行分析,探讨了边界散射对超声SH导波成像检测的影响。研究结果表明,基于合成孔径聚焦的超声SH导波成像方法用于板材缺陷成像检测时,超声边界散射使成像信号'双曲线'阵列特征弱化,缺陷声波信号衰减增大,信号散射噪声增强,进而使成像清晰度降低,易导致漏检;同时边界散射会造成同一缺陷信号产生'双峰'或'多峰',成像信号'双曲线'阵列特征紊乱,使成像发生畸变,会导致误检。这将为进一步改进工业在役大尺度板材超声导波成像质量与提高结构健康监测水平提供重要基础。

基于时频分析的奥氏体焊缝超声检测信号处理

对奥氏体焊缝超声检测信号处理方法进行了研究.提出一种基于匹配追踪和小波变换两种时频分析方法的信号处理方法,分别从能量和频率的角度区分缺陷信息和材料散射噪声,提高超声检测回波的信噪比.为了验证此方法的有效性,建立了超声检测试验系统,对53 mm厚焊缝试块进行检测试验,采集了含有大量材料噪声的实际检测信号.选用sym8小波包原子库对信号进行匹配追踪分解,提取前18个时频原子,利用sym8小波函数对提取的信号进行小波分析,用低频系数重建原信号.结果表明,此方法能够有效抑制材料噪声,明显增强缺陷信息.

奥氏体厚壁焊缝超声扫描检测成像

采用自行研制的超声换能器和透声楔块,对99mm厚奥氏体焊缝进行了超声扫描成像检测。为消除透声楔块中超声的散射噪声,将检测信号与楔块中的信号进行了相消处理。利用基于匹配追踪和小波分析的信号处理方法,有效消除了焊缝中粗大晶粒造成的材料噪声信号,提高了厚壁焊缝超声检测的信噪比。基于经过信号预处理的超声扫描信号,生成了焊缝的超声扫描图像,并对图像分辨率、缺陷定位精度进行了分析。结果表明:该方法可检测到焊缝试块中2人工横孔,实现了奥氏体厚壁焊缝缺陷的超声检测成像。

TOFD图像时域解混叠的自适应匹配追踪方法

当TOFD检测的时域分辨率不足时,小缺陷的上下端点衍射波会出现时域混叠,难以准确判断缺陷性质及测量缺陷高度。为解决此问题,提出了自适应匹配追踪算法,该算法利用主成分分析法从检测图像中提取匹配追踪原子,根据散射规律生成字典,通过正交匹配追踪算法实现对时域混叠信号的分离,并使用投影矢量重新成像,实现对缺陷上下端点的有效区分。该方法能够改进TOFD技术在小缺陷测高方面的不足,试验证明,该方法对薄板对接接头中高度为1.80 mm的埋藏缺陷测量误差小于0.30 mm。

复合材料喷水超声检测工艺

为研究航空复合材料喷水超声穿透法检测工艺,研制了专用的喷嘴和探头,建立了一套复合材料超声喷水检测试验系统。基于此系统,对喷水速度、喷水距离和喷水角度等参数对超声检测的影响规律进行了试验研究。研究结果表明,这些工艺参数对检测结果都有较大影响,提出了参数的合理选择范围。该研究对复合材料喷水超声自动检测系统的设计和检测工艺参数的优化具有重要的意义。

小径管对接接头相控阵超声检测关键工艺参数选择

本文对相控阵超声检测中的楔块选型、扇扫描角度范围、探头位置等关键工艺参数进行研究;与电站系统薄壁(4mm^14mm)小径(φ32mm^89mm)管的实际检测相结合,分析总结了楔块匹配、扇扫描起始角度、扇扫描范围、焊缝余高等因素对声场分布、检测灵敏度及声压透过率的影响及控制原则;最后给出了壁厚4mm^8mm的小径管焊接接头的检测工艺设置。

相控阵超声传感器的参数选择

本文针对线阵相控阵超声传感器的选型进行了研究。分析了频率和结构参数的选用原则,讨论了主瓣和旁瓣的控制调整因素,给出了栅瓣的抑制方法。明确了抑制栅瓣的充分条件,以及线阵传感器在使用过程中为抑制栅瓣避免伪像需遵循的扇扫角度范围。

轴类超声检测的波束扩散成像

大型轴类工件安装完成后通常只能从其端面进行检测,危害性的裂纹类缺陷不易检出.针对上述问题,该文提出了轴类对象基于波束扩散的端面网格化超声检测层析成像方法,搭建了轴类超声检测试验平台,在端面对其内部的平底孔缺陷进行检测,基于波束扩散设计叠加算法进行数据处理,然后根据结果重构出代表每个深度内部信息的伪彩色横截面图像,以方便快速识别内部缺陷位置和范围.与常规方法对比得出,基于波束扩散的叠加算法处理数据成像质量更佳,检测数据信号增益能够达到12 dB以上.

复合材料超声C扫描检测装备运动控制系统

研制了一套用于航空复合材料超声检测装备的运动控制系统,该系统采用了基于PC架构的嵌入式控制器和基于WindowsCE操作系统的TwinCAT运动控制软件,运用了伺服电机控制技术,实现了逻辑控制、位置和速度控制、误差补偿、位置触发等功能,同时具有较好的电磁兼容性,满足了超声检测设备对运动控制系统提出的高速度(500 mm/s)、高精度(定位精度为0.1 mm和重复定位精度为0.05mm)、快速响应和低干扰的要求。

厚壁焊缝阵列超声SH波检测的成像方法

采用超声水平剪切SH波检测粗晶材料厚壁钢板内的2mm人工缺陷横孔并对其聚焦成像。搭建了20通道阵列超声SH波检测成像试验系统,检测待检的奥氏体不锈钢试样内部竖直排布的13个间距30mm±1mm,深度范围10～380mm,尺寸小于检测波波长(3.09mm)的人工缺陷。基于合成孔径聚焦原理对各通道信号处理并成像,准确定位了缺陷中心,并以一个检测波长以内的误差表征了缺陷大小。为高温高压下工作的钢制大型设备的焊缝在线检测提供了依据。

基于CPLD的8位400MSPS高速信号采集卡设计

高频检测信号的采集复原情况直接决定了检测探伤所能达到的精度。介绍了一种基于CPLD的8位400MSPS采样频率的高速信号采集卡设计。其差动输入模块可有效提高共模抑制比,增强采集环境适应能力。模拟带宽70MHz,采用双通道异相A/D转换,单通道A/D转换率200MSPS,四路100MSPS异步传输存储,可实现40MHz以内高频信号的高精度采集还原,从而实现高精度的检测探伤。

反射式非线性超声评估P91钢蠕变状态的试验探究

超声非线性参量作为一种表征金属材料蠕变状态的参数,通常采用透射法进行检测时需要发射换能器和接收换能器分置于工件两侧,很难用于在役大型工件蠕变状态检测。针对透射法存在的问题设计了反射式非线性超声检测试验系统(只需一个超声换能器),通过分析一次底波的反射信号获得材料蠕变状态的信息。对带有焊缝的P91钢试块且蠕变时间分别为0 h、120 h、250 h,进行非线性超声检测。实验结果表明,对于蠕变时间120 h和250 h的试块母材区,二次谐波非线性参量相对无蠕变时增加量为2.9%、17.4%,试块焊缝区相对增加量为2%,23.6%,试块热影响区相对增加量为5.6%、34%。

储罐底板缺陷检测系统中侧面接触换能器的超声导波激励

通过动态光弹系统,观察并分析了侧壁激励时,超声导波在板中的传播行为。分析了侧壁纵波激励时产生Lamb波和串列纵波的转换条件和原因,超声导波在传播过程中发生的波前能量衰减,以及各波列之间的能量传递。通过光弹试验以及对比检测试验,证明了在大尺度板材检测方面,采用较高频率纵波探头侧壁激励进行检测是一种可行的方法。

基于符号相干系数自适应加权的全聚焦成像

全聚焦成像是前沿的阵列超声成像检测算法,但易受到噪声和过程扰动的影响而降低成像质量.针对上述问题,本文将基于符号相干系数的自适应加权方法与全聚焦全矩阵成像算法相结合,提出TFM-SCF算法.利用带有常见人工缺陷的模拟试块进行验证试验,结果表明,该算法与原始TFM算法一样保持了对各种类型缺陷识别判读的准确性;且TFM-SCF算法的成像分辨力和对比度均优于原始TFM算法,经统计,横向分辨力的平均提升量为0.129 mm,纵向分辨力的平均提升量为0.160 mm,对比度CR的平均提高量为22.252dB,证明提出的基于符号相干系数的自适应加权方法可以有效地提升全聚焦的成像质量.