合成孔径聚焦技术在超声衍射时差法缺陷长度定量中的应用研究

超声衍射时差法（Time of flight diffraction,TOFD）中由于探头具有一定声束宽度使得缺陷D扫描图像中存在甩弧现象,导致检测图像横向分辨率差,缺陷起始位置确定困难,长度定量误差大。为了提高缺陷长度定量精度,引入合成孔径聚焦技术（Synthetic aperture focusing technology,SAFT）,并建立D扫描图像SAFT数学模型。借助CIVA仿真软件,对长度范围为5.0~45.0 mm的9个矩形槽进行TOFD检测D扫描模拟,并利用SAFT对D扫描图像进行处理与重建,结果显示缺陷的有效衍射信号得到增强,甩弧现象减弱甚至消失;对于长度为5.0 mm的矩形槽,经SAFT处理后,缺陷定量误差为-0.4 mm。将该方法应用到长度分别为5.0 mm和40.0 mm的表面开口槽试验D扫描图像处理中,缺陷长度定量误差分别为0.4 mm和0.8 mm。研究结果表明,通过D-SAFT技术能够有效提高缺陷D扫描图像横向分辨率,实现缺陷长度精确定量。

核反应堆厚壁压力容器焊缝TOFD检测缺陷高度分辨率探究

对壁厚220 mm的核反应堆压力容器焊缝超声衍射时差法(TOFD)检测中缺陷高度分辨率进行理论分析,绘制了缺陷高度分辨率随缺陷埋深变化的函数曲线。当缺陷高度小于系统高度分辨率时,提出利用基于傅里叶变换的频谱分析法测算缺陷高度。3个侧通孔(埋深22.5 mm,3.0mm;埋深40.0 mm,2.0 mm;埋深80.0 mm,2.0 mm)的试验分析结果验证了该方法的有效性。进一步的数值计算结果表明,对埋深182.0 mm,2.0 mm侧通孔的TOFD检测信号进行频谱分析,能够准确确定缺陷高度。

基于几何方法的焊缝倾斜裂纹TOFD定量检测

针对合金钢对接焊缝中倾斜裂纹定量困难的问题,提出了TOFD（超声衍射时差法）定量检测倾斜裂纹的方法。基于焊缝纵断面方向上两次B扫查间隔、两次B扫查过程中声程最短时编码器移动距离差和倾斜裂纹三者所构成的三角形,利用三者之间几何关系实现裂纹倾斜角度与长度定量。模拟结果表明：对长度5,10,60mm,倾斜角度范围为10°~90°的裂纹进行定量验证,角度定量误差小于1°;长度定量相对误差小于5%。试验针对对接焊缝试块中长度60mm,倾斜角度范围为30°~60°的倾斜裂纹应用此方法进行定量验证,可得裂纹角度定量误差最大值为0.29°;长度定量误差最大值为0.94mm。

基于SAFT提高TOFD检测缺陷长度定量精度的探讨

针对超声衍射时差（TOFD）方法中由于存在甩弧现象导致缺陷长度测量误差大的问题，借助CIVA仿真软件及合成孔径聚焦技术（SAFT），对长度范围5．0～45．0mm的9个矩形槽的D扫图像进行处理与重建。结果表明，D-SAFT处理技术能够有效降低干扰衍射信号的影响，使缺陷甩弧现象减弱甚至消失，缺陷最大测量误差由处理前的最大5．0mm降低至0．6mm。此外，对Farhang等人提出的变角度解卷积（ADD）结合SAFT方法（SAFTADD）在提高TOFD缺陷定量精度上的应用前景进行了展望。

基于波型转换的TOFD近表面盲区抑制研究

针对超声衍射时差法(Time of flight diffraction,TOFD)存在的近表面盲区问题,基于波型转换理论,提出盲区抑制方法。根据TOFD平行扫查时变型波变化规律,明确裂纹深度d与变型波声程最短时缺陷偏心距(35)S之间的理论关系。考虑到(35)S读数误差较大的问题,引入直通波与变型波声程最短位置点间的垂直距离d′,从而实现近表面盲区抑制。选用中心频率10 MHz、折射角度70°以及探头中心间距(Probe center spacing,PCS)17.00 mm的TOFD探头对,通过模拟与试验的方法对厚度35.00 mm碳钢试块中深度1.00~6.00 mm的底面开口槽进行平行扫査和定位检测。结果表明,该方法可将近表面盲区抑制到1.00 mm,深度2.00 mm底面开口槽定位误差最大,误差绝对值为0.24 mm。

基于自回归谱外推的小尺寸裂纹TOFD定量检测

利用超声衍射时差法(Time of Flight Diffraction,TOFD)对合金钢焊缝中的小尺寸裂纹实施检测时,受脉冲宽度等因素制约,裂纹上、下端点的衍射波会发生混叠,而导致裂纹高度定量困难。采用自回归谱外推(Autoregressive Spectral Extrapolation,ARSE)技术对混叠信号进行处理,扩展有效频带范围,达到压缩时域信号脉宽和提高时间分辨率的目的。结果表明,结合ARSE技术可有效分离混叠信号,实现厚度100.0mm合金钢中深度50.0mm处高度1.0mm裂纹的TOFD定量检测,且相对定量误差不超过5.3%。

核电SC结构横焊1∶1子模块焊接变形量仿真研究

核电SC构件具有结构尺寸大、焊缝数量多、拼装精度高的特点,如何实现对焊接变形的预测与控制是目前需要解决的问题。以核电SC结构横焊子模块为研究对象(长度超过24 m),建立了SC结构模块1∶1尺寸三维数值模型。并采用局部-整体有限元计算方法对结构焊后的变形量进行了数值仿真。结果表明,由于焊接顺序和各板体内部的钢筋密度不同,子模块各板体表现出不同的变形分布特征。变形集中分布在2#板体中部钢筋疏区和板材边缘处,以及横焊焊缝区域附近,最大变形量为3.83 mm。3#板体的最大变形分布在焊缝区、板材顶部中间区域和3#外侧板边缘区域,最大变形量为2.1 mm。模拟结果与实际测量结果具有较高的吻合度。

核电SC结构立焊1:1子模块焊接变形量数值模拟

大型焊接结构件具有制造周期长、综合成本高、焊接变形难以预测及控制的难点。本文以核电站SC结构子模块为研究对象(长度尺寸超过24m),根据实际的结构尺寸和焊接工艺,建立了SC立焊子模块1:1三维数值模型。并采用‘局部-整体’有限元计算方法对结构焊后的变形量进行了分析。结果表明,板材集中变形区发生在焊缝区以及板材的边缘区域上,最大变形量为3.4mm。1#板材在径向方向上呈向外拉伸变形的趋势,2#板材呈收缩变形的趋势。板材外侧变形较大,并向板材中间逐渐变小,板材中部区域的变形量最小。仿真结果与实际测量结果基本吻合,证明了该方法的模拟可行性,可以为后续工程中大型焊接结构变形量的预测提供指导建议。

TOFD检测平行扫查中变型波的识别与应用

基于超声波波型转换理论,提出了TOFD(Time of Flight Diffraction)检测平行扫查结果中变型波的识别与应用方法。对TOFD检测平行扫查中接收到的横波衍射信号的到达时间进行计算,并绘制了变型波到达时间随扫查距离变换的函数。结合数值模拟结果,对平行扫查图像中变形波信号的图谱特征进行分析,提出利用TOFD检测平行扫查图像中变型波的交点以提高衍射点定位精度的结论。最后,分析了厚度48mm钢板的TOFD检测平行扫查中出现的缺陷变型波信号,验证了所提出的变型波识别与应用方法在实际检测中的应用价值。

基于超声仿真建模的奥氏体不锈钢焊缝结构噪声和散射衰减研究

针对现有超声仿真模型计算所得的结构噪声和散射衰减与实际情况符合程度较差的问题,根据奥氏体不锈钢焊缝的晶粒特征及其弹性特性,建立了壁厚78mm的二维焊缝MINA超声仿真模型。采用能够体现晶粒背散射现象的时域有限差分法作为模型的仿真计算平台,计算结果表明,2.25MHz中心频率下算得的A扫描信号不仅能够重现结构噪声和散射衰减现象,而且一次底面回波波形、峰值频率以及噪声幅度与实验信号符合良好。此外,利用A扫信号合成的焊缝B扫图像与实验之间也有较好的对应性。

基于频谱分析原理减小TOFD检测近表面盲区的方法

提出了一种利用频谱分析法从超声衍射时差法(TOFD)检测中直通波与缺陷上尖端衍射波混叠波形中提取缺陷位置信息,进而确定缺陷埋深的方法。对厚度为35mm的碳钢试块中埋深5mm的底面开口槽进行了实验测试,效果较好。分析表明,在本文采用的检测参数下,利用该方法理论上可将近表面盲区深度从8.3mm减小至3mm。并进一步讨论了该方法在减小TOFD近表面盲区问题中的适用范围、优点与局限性。