基于同步提取变换的钢轨踏面裂纹电磁超声表面SH波B扫成像检测研究

钢轨踏面在车轮的重复载荷作用下,极易产生滚动接触疲劳裂纹,并从轨头向下扩展,甚至导致断轨等重大安全事故,因此开展钢轨踏面裂纹高效准确的无损检测方法研究具有重要意义。对于钢轨轨头有限截面非规则几何体,无法采用解析法求解其频散曲线,采用Floquet-Bloch边界的有限元特征频率法,求解钢轨轨头类水平剪切导波频散曲线,在频散曲线的基础上,分析并确定电磁超声表面水平剪切波换能器的最佳检测频率。建立表面水平剪切波在含踏面裂纹钢轨轨头的传播有限元模型,研究表面水平剪切波在不同角度、深度的踏面裂纹上的反射及透射规律。为实现快速的钢轨踏面裂纹B扫成像检测且得到高信噪比的检测结果,实验对比同步提取变换和同步压缩变换对钢轨踏面检测回波的噪声滤除能力。结果表明:对单次检测回波应用同步提取变换消噪处理后,信噪比提高13.73 dB,比单次采集信号经同步压缩变换处理后的信噪比高4 dB。将同步提取变换用于钢轨踏面导波B扫成像检测,可以减小同步平均次数以满足快速检测的要求。

航空金属薄板分层缺陷的频率-波数域超声相控阵全聚焦法成像检测

将超声相控阵频率-波数域全聚焦算法应用于304不锈钢金属薄板分层缺陷的检测中,采用两种型号的相控阵探头分别对厚度为1 mm和3 mm金属薄板的分层缺陷进行检测,比较了时域全聚焦和频率-波数域全聚焦两种算法的成像质量。结果表明:基于时域和频率-波数域的全聚焦算法均能够检测出金属薄板的分层缺陷,相对于传统时域全聚焦成像方法,频率-波数域全聚焦法成像检测具有分辨率高、伪像区域小等优点。

基于点聚焦表面波EMAT的钢轨踏面检测实验研究

曲折线圈电磁超声换能器(EMAT)换能效率低,对钢轨踏面小缺陷检测能力有限,为此,设计了一种采用圆弧曲折线圈制作而成并与钢轨踏面自适应贴合的点聚焦表面波EMAT。建立了点聚焦表面波EMAT的三维有限元模型,模拟钢板中圆孔和槽型缺陷的检测。分别用点聚焦表面波EMAT和曲折线圈表面波EMAT对钢板试样中的圆孔和U型槽进行检测对比实验。研究结果表明,点聚焦表面波EMAT能检测出曲折线圈表面波EMAT无法检出的Φ4 mm、Φ7 mm圆孔,且U型槽的检测回波幅值是曲折线圈表面波EMAT的2倍以上,极大程度地提高了小缺陷的回波信噪比和检出能力。