一种测量液膜厚度的超声相控阵实验装置

气液两相流存在于核反应堆蒸发、飞行器冷却、化工生产降膜蒸发等过程,界面波的动态测量对工业过程监控和生产优化具有重要意义。界面波的准确识别与特性参数测量是开展科学研究与工程实践的重要前提。基于超声相控阵测量系统,设计了扇扫的测量方式,可以用于气液界面清晰的流型中液膜厚度和界面波形态三维测量。通过静态标定和圆管验证,确定了像素点和液膜厚度之间的关系,在气相表观流速为0.0719~0.4316 m/s,液相表观流速为0.0567~1.4161 m/s的工况下进行实时动态实验,获得了实时流动过程中较高精度的截面气液相界面信息,并构建了管道内部界面波三维分布形态,为界面波特性研究提供了一种实验参考方法。

管道超声相控阵全聚焦成像仿真及算法优化

针对厚壁管道内部缺陷识别困难、可视化差等问题,提出基于超声相控阵理论和全聚焦算法对厚壁管道内部缺陷进行图像重构。并针对全聚焦成像效率低的缺点,采用有限元法对外径为550 mm,壁厚为65 mm的厚壁管道超声相控阵全聚焦成像进行仿真,模拟缺陷检测过程和成像结果,并使用稀疏矩阵对算法进行优化。结果表明:在基本满足成像质量要求的情况下,采用激发中心频率为5 MHz,阵元宽度为0.5 mm,阵元间距为1 mm,阵元数量为32时,稀疏激发矩阵比全矩阵全聚焦成像效率提高了74.81%,有效提高了成像速度,满足全聚焦快速成像的需求。

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。

基于概率约束的超声相控阵输煤机工伤缺陷检测

输煤机常处于复杂且恶劣的运行环境中,对其外部探伤过程中,存在信息缺失和遮挡干扰,当前以固定阈值为基础的探查方法容易忽略出现各类工伤缺陷的概率波动,单一阈值很难描述这种概率波动,导致检测效果差。针对上述问题,该文提出超声相控阵技术下输煤机工伤缺陷检测方法。分析输煤机工伤缺陷事件类型,计算设备工伤缺陷事件发生概率。以缺陷概率为约束条件,基于超声相控阵列的几何参数,计算平面和凸面超声相控阵聚焦声压,确定回波信号的数据深度。遍历发射阵元和发射通道,通过比较设定阈值的幅度、信号峰值、谷值,判断输煤机是否发生工伤缺陷,实现工伤缺陷检测。实验结果表明,所提方法能够准确检测到输煤机中的所有工伤缺陷。

超限厚度嵌入式焊缝超声相控阵检测仿真与实现

针对高端装备超限厚度焊缝超声检测灵敏度低、缺陷定位困难、容易产生漏检误判等问题,以某70 MPa高压消声水罐超限厚度装备嵌入式接管与筒体对接接头为对象,开展超声相控阵检测仿真和工艺研究。在CIVA仿真平台上建立三维模型,通过全因子试验分析不同偏转方式下声场强度分布,仿真探讨不同检测工艺参数对实际检测结果的影响,并采用分区域角度对缺陷位置进行修正。仿真和实际测试表明,利用一次横波多层扇扫扫查,可以实现440 mm超限厚度焊缝全覆盖检测,同时采用分区域修正法解决了嵌入式管-管连接焊缝周向检测曲率变化大、定位不准确的问题,可为制定高端装备超限厚度焊接接头相控阵检测工艺标准提供参考。

超声相控阵在隧道衬砌精细化检测中的应用

针对隧道衬砌精细化检测的需求,引入超声相控阵技术,该技术融合了超声波和相控阵的基本原理,通过加密布设测点,实现检测断面图像精确重构,并具备三维可视化成像功能。与传统超声波无损检测技术相比,该技术具有分辨力高、信噪比大、检测效率高、解译方便等优势。经在西部某高速铁路隧道开展超声相控阵检测技术试用,检测结果准确,成像效果好,可分辨钢筋分布等衬砌内部构造,并能用于衬砌背后脱空等缺陷的判断,是一种高精度的无损检测技术。

危化品常压储罐罐壁超声相控阵C扫描检测与局部腐蚀评价

碳钢的保温层下腐蚀(CUI)是危化品常压储罐罐壁常见的损伤模式。在定期检测储罐时,常在保温层拆除后采用宏观检查和超声波测厚等方法进行检测,存在保温层大面积拆除成本高、超声测厚耦合难度大、检测效率低、检测数据可靠性低、局部腐蚀评价准确性低等问题。针对以上问题,提出了在罐内采用超声相控阵C扫描实施CUI检测,再进行局部腐蚀评价的检测方法,并对某炼化企业一台存在大面积CUI的储罐进行了检测和评价试验。结果表明:采用超声相控阵C扫描技术对大面积CUI的检测效果较好,可大幅提升罐壁最小厚度的定量准确性,提高局部腐蚀评价结果的可靠性。

超声相控阵和数字射线检测在燃气聚乙烯管道电熔缺陷分析中的应用

聚乙烯管道电熔焊接状况可以通过无损检测进行探伤。以电熔套筒宏观检验为切入,对焊缝进行了超声相控阵检测和数字射线检测,并通过缺陷处电熔接头轴向切割试验,对无损检测结果做了对比验证。宏观检验结果表明,管件存在端面垂直度不达标和同轴度不达标问题,及其导致的管件承插不到位问题。无损检测结果表明,在焊接电熔套筒时,加热时间过长,过焊导致电阻丝错位,聚乙烯材料发生大量断链反应,形成孔洞,造成焊接区聚乙烯强度大幅下降,最终导致了泄漏事故的发生。

碳纤维复合材料的超声相控阵无损检测研究

碳纤维复合材料是目前耐高温性能最好的防护材料之一,其具有较高的隔热性、强度,但是其内部结构复杂,容易产生内部缺陷,影响其使用寿命。超声相控阵检测技术能准确地检测其缺陷的大小、位置等信息。主要针对碳纤维复合材料内部的缺陷检测问题,在缺陷回波识别算法的基础之上,利用超声相控阵检测技术,对具有分层缺陷的试件进行检测,并对检测结果进行三维可视化表征,验证算法的可行性以及准确性。研究表明,该检测方法对于表面缺陷的检测准确率较高。

复合材料翼型结构件内部缺陷的超声相控阵检测技术应用

复合材料凭借其优良的特性,在航天航空飞行器上得到了广泛的应用,随着飞行器中复合材料占比的提升趋势,复合材料结构件在制造或使用过程产生的各种形式的缺陷,可能导致重大经济损失或出现安全问题。超声相控阵技术作为可以在不破坏产品且在经济成本低的基础上能够快速、准确地检测出的缺陷,对复合材料结构件的应用尤为重要。

基于超声相控阵的油缸环焊缝自动检测技术研究

基于超声相控阵无损检测技术,根据液压支架油缸的结构特点,设计了专门的扫查装置,同时开发出以超声相控阵扫描焊缝产生的原始信号为基础、以相关验收等级为标准的超声信号处理软件,实现焊接质量的自动评判、检测报告的自动生成、检测数据的可追溯,构建了液压支架油缸环焊缝内部质量等级自主评判系统。扫查装置、相控阵检测板卡机与自主评判系统共同构成了完整的液压支架油缸环焊缝半自动检测工作站。

超声相控阵技术在液压支架无损检测中的应用

针对现有各种无损检测技术的发展现状及优缺点,基于超声相控阵技术原理,设计了超声相控阵无损检测方案,并据此搭建了液压支架检测装置,在综采工作面实施了液压支架无损探伤。结果表明,超声相控阵技术装置可实现井下液压支架的无损探伤,且验证了探伤结果的分辨率、准确率、灵敏度,达到了预期的研究目的。

超声相控阵在钢结构检测中的应用

为了解决钢结构工程中出现的质量缺陷问题,本文重点介绍了超声相控阵技术在钢结构检测中的应用要点,提出了超声相控阵的技术原理和在钢结构检测中的应用优势,并且结合某钢结构工程项目案例,对超声相控阵在钢结构检测工作中具体应用策略进行探索,实践证明,超声相控阵在钢结构检测中的应用效果非常明显,顺利完成本次钢结构的检测工作任务,希望可以为后续的相关钢结构检测工作开展提供参考。

核电汽轮机叶轮叶根槽应力腐蚀裂纹超声相控阵检测技术

核电汽轮机叶轮叶根槽是应力腐蚀的易发生部位,要定期进行无损检测,然而在实际检测中,由于叶轮叶根槽结构复杂、空间受限,检测结果往往难以反映叶根槽表面真实情况.针对核电汽轮机叶轮叶根槽的检测问题,提出了一种超声相控阵检测方案,按照1∶1加工设置人工缺陷的叶轮叶根体试件,通过CIVA仿真平台确定试验设备及扫查方式,对试件进行4次缺陷检测.试验结果表明:该方案能够识别出全部人工缺陷,并且能实现缺陷的定位和定量,具有较高的检测精度和可行性,能够有效保障核电汽轮机的安全运行.

圆柱类构件超声相控阵聚焦模型

在利用平面相控阵超声换能器对圆柱类构件检测时,受曲界面结构引起的入射波和回波时延的影响,扫描声束的波阵面产生弯曲,在利用传统迭代遍历算法计算延迟时间时效率低,无法发挥相控阵换能器检测优势。针对上述问题,建立了一种基于圆柱类构件特征和耦合介质特性的超声相控阵扫描成像的聚焦模型。该模型基于换能器、耦合介质、圆柱类构件材料特性和几何关系以及声线模型和折射定律,建立了耦合介质及被检构件的声速、曲面曲率半径、阵列与曲面间的距离等关联的延迟时间聚焦控制模型。利用该模型计算出的延时时间,对各阵元发射时间进行控制,从而实现扫描声束的聚焦。该文以液体和有机玻璃制介质楔块为例,对圆柱钢曲面的相控阵声束聚焦进行了仿真实验,结果表明该文方法计算效率显著提升,同时声束可以在预设位置实现聚焦,验证了该模型在计算效率上的优势与有效性。

超声相控阵技术在轨道车辆转向架焊缝无损检测中的应用

转向架构架作为铁路客车的主承载部件,对焊接质量提出了十分严格的要求,其关键受力焊缝的无损检测技术也逐步提升。结合轨道车辆构架产品的结构特点,分析和破解轨道车辆构架关键焊缝内部检测工艺难点,对焊缝进行超声波相控阵检测并在实际检测中得到验证,超声相控阵技术可以准确检测出该类型焊缝中存在的未熔合、未焊透等内部缺陷,实现了轨道车辆转向架电机吊架、闸片托吊座、横梁管等关键焊缝检测的全覆盖,做到了缺陷焊缝的早发现、早消除,有效保障了轨道客车的行车安全。

基于深度学习的TC4钛合金零件微小缺陷超声相控阵检测图像降噪方法研究

钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点被广泛用于航空航天等领域,针对其内部微小缺陷超声相控阵检测过程中存在信噪比低、易漏检等问题,提出一种基于深度学习的微小缺陷超声相控阵检测图像降噪方法。首先通过钛合金试块相控阵检测试验获得缺陷含噪原始图像,采用Mask RCNN模型训练并构建高噪–低噪数据集,进而基于变分自编码器设计微小缺陷检测图像降噪模型,通过与传统滤波降噪、时频域降噪算法对比,证明所提出的算法可保留原始图像缺陷细节信息,与含噪原图对比,其峰值信噪比优化了11.35%,结构相似性提升154.17%。最后开展了某钛合金航空机匣环件超声相控阵检测试验,采用所提方法对环件内部φ0.2 mm平底孔缺陷检测图像进行降噪处理,有效降低了散射噪声对微小缺陷检测的影响,同时也证明所提降噪算法具有良好的泛化性能。

喷注器焊缝熔深超声相控阵定量检测

为了保证液体火箭发动机喷注器的安全性能,文中针对其复杂结构电子束焊缝,基于超声相控阵相对时间到达技术开展了焊缝熔深的定量检测方法研究,提出了水浸式相对时间到达技术检测方法;搭建了实验系统并利用CIVA仿真软件进行了检测仿真;根据喷注器截面结构设计制作了两种检测试样并对试样进行了检测实验;将焊接试样的超声检测结果与金相检测结果进行对比,验证了检测方法的有效性.采用水浸式相对时间到达技术可克服喷注器检测面尺寸小且存在凹槽难以检测的问题,实现其电子束焊缝熔深的定量检测,检测精度优于0.15 mm.

超声相控阵全聚焦成像检测缺陷的定位定量优势分析

超声相控阵全聚焦成像具有成像分辨率好、信噪比高等优势,是近些年压力管道无损检测的研究热点。定量分析全聚焦成像与常规相控阵对不同深度、尺寸缺陷的识别精度,对于进一步认识并推广超声相控阵全聚焦成像技术具有一定意义。采用常规相控阵检测及全聚焦成像检测,对相控阵B型试块中的各缺陷孔进行定量识别和对缺陷信息进行对比的结果表明:超声相控阵全聚焦成像技术检测出的缺陷深度和缺陷直径优于常规相控阵检测。

液压支架缸体环焊缝缺陷超声相控阵检测方法研究

针对液压缸长期在重载和交变载荷下运行,极易产生各种疲劳损伤,严重时引起缸体焊缝开裂,甚至引发爆缸的问题,对液压支架缸体焊缝检测方法进行了研究。由于焊缝表面不平整,声波垂直入射耦合效果差,将换能器安装在楔块上使得声波斜入射对焊缝进行检测。根据射线声学理论和Snell原理,确定超声波在楔块和工件中的传播路径,得到了楔块条件下超声相控阵延时法则计算公式。对楔块条件下单阵元空间脉冲响应进行延时叠加,得到了超声相控阵的空间声压模型,仿真得到了不同偏转角度时的声轴线声压,分析了在不同偏转角度下超声相控阵换能器辐射声场的特性。对含人工缺陷的焊缝试块进行相控阵实验,能发现不同位置的缺陷,对ZY9200/25/50D型液压支架缸体环焊缝进行现场检测,从相控阵图像上可以直接得到缺陷的位置和尺寸,通过声场仿真可为制定相控阵检测工艺参数提供指导。