近表面疲劳裂纹的水浸式非共线横波混频检测方法研究

针对近表面疲劳裂纹检测问题,开展了水浸式非共线横波混频检测方法研究。在材料非线性、水/试件界面和疲劳裂纹不同非线性源情况下,分析相互作用角和频率比对混频非线性效应的影响规律。在此基础上,对有无近表面疲劳裂纹试件沿着深度方向进行扫查检测。结果表明,在不同非线性源情况下,混频特征图具有显著差异,根据混频特征图中和频纵波峰值及其对应相互作用角可对试件近表面疲劳裂纹进行检测;水/试件界面对近表面疲劳裂纹非共线横波混频检测具有一定影响,去参考检测方法可显著降低水/试件界面的影响,实现对近表面疲劳裂纹的有效检测。

金属板材近表面缺陷远聚焦像素成像方法研究

针对超声成像方法在金属板材近表面缺陷检测中存在的伪像过多、缺陷定量不准确的问题,开展基于远聚焦像素成像算法的金属板材近表面缺陷成像研究。首先分析了远聚焦算法在近表面缺陷成像中的局限性,然后采用自适应噪声抵消的方法提取近表面缺陷波。对于噪声抵消过程中的参考信号获取问题,结合远聚焦算法的采集特征,提出一种以平均回波信号计算参考信号的方法,信号处理的结果表明,该方法能够正确提取淹没于盲区中的近表面缺陷波。最后,采用优化后的远聚焦算法对铝合金板进行缺陷检测,成像结果表明,自适应噪声抵消后图像的信噪比提升了4.31 dB,缺陷定量的最大误差为0.51 mm^(2),以半峰值宽度为指标对成像分辨率进行测试,成像分辨率可达0.66 mm。

纵波双晶直探头检测中厚钢板近表面缺陷的试验研究

中厚钢板的超声检测常采用纵波双晶直探头,根据双晶直探头原理,阐述焦距的选择原则,针对双晶直探头检测钢板近表面缺陷的能力进行试验和分析。试验结果表明:随着焦距的增加,双晶直探头对近表面缺陷的检测灵敏度逐渐降低;焦距为5~10 mm的双晶直探头有利于检测近表面缺陷。因此,为实现中厚板全体积检测,应选用两种不同焦距的双晶探头相互补充。

Hilbert时频谱在轴承内圈近表面缺陷识别中的应用

轴承作为航空航天等高端应用中的重要部件,对其内部及近表面缺陷高精度检测是保障轴承高质量的关键。在轴承的超声缺陷检测中,轴承近表面微小缺陷信号淹没在表面或底面回波信号中,存在缺陷检测盲区,难以保证轴承质量。针对上述问题,提出采用Hilbert时频谱实现轴承内圈近表面缺陷识别的方法。对样品人工缺陷实测超声信号分别基于Hilbert-Huang变换和小波变换在时频域进行比较研究,利用卷积神经网络(CNN),通过交叉实验验证Hilbert时频谱和小波时频图对轴承内圈近表面缺陷识别的可靠性。结果表明,利用Hilbert时频谱对轴承内圈近表面缺陷的识别比小波时频图更有效,并能同时对上、下表面微小缺陷进行分类。这有效提高了轴承内圈近表面缺陷检测精度,识别的平均准确率为98.83%,为近表面缺陷识别提供了新方法。

焊缝近表面缺陷的爬波检测

为解决TOFD检测技术的近表面盲区问题,采用爬波对近表面盲区进行补充检测,利用近表面盲区试块对爬波检测系统进行调校,并对表面刻槽试块以及含近表面开口缺陷的模拟试块进行扫查。试验结果表明,当被检区域在爬波检测范围内时,爬波可实现近表面盲区的覆盖,是一种有效的近表面盲区检测方法。

一种基于超声TOFD法的近表面缺陷检测模式

针对常规超声TOFD法存在近表面检测盲区的问题,提出一种纵波三次反射的TOFDW检测模式.分析了TOFDW模式的声传播特性,并阐明了该模式的检测原理.通过人工缺陷检测,研究了该模式检测信号和图像特征及检测灵敏度和精度.对实际焊缝进行了检测,并通过破坏性试验对无损检测结果进行了验证.结果表明,TOFDW模式能够识别常规模式下无法辨别的近表面缺陷,可有效检测到埋藏深度1.0 mm的人工缺陷;同时,该模式具有较高的量化测量精度,近表面人工缺陷埋藏深度测量的平均绝对误差不超过0.3 mm.

研究激光激发的声表面波与材料近表面缺陷的振荡效应

根据激光激发声表面波的热弹运动方程及热传导方程,采取有限元技术对方程进行求解,得到声表面波传播波形图.当声表面波经过近表面缺陷时,声表面波与近表面缺陷之间产生一种振荡效应,通过近表面缺陷的振荡波形幅值存在一个逐渐增加后又逐渐减小的过程.当声表面波经过不同深度的近表面缺陷时,振荡信号中心频率存在一定的变化规律.数值仿真结果表明:当近表面缺陷深度从0.1 mm到0.5 mm变化时,振荡效应产生的振荡信号中心频率从0.4 MHz到0.76 MHz变化,振荡信号中心频率与近表面缺陷深度呈近似线性关系,这为近表面缺陷的定量检测提供了一种理论基础.

Co基合金激光熔覆层组织及近表面结晶方向

采用同步送粉式激光熔覆工艺在 45 # 钢表面制备了StelliteCo基合金涂层 .利用光学显微镜、扫描电镜 (SEM)、附件 (EDS)及X射线衍射仪分析了熔覆层的快速凝固微观组织特征和相结构 .熔覆层初生相为γ Co枝晶 ,枝晶间为γ Co及Cr2 3 C6共晶组成 .在熔覆层的近自由表面 ,发现了一种新的、结晶方向与激光扫描速度方向平行的细小枝晶 .熔覆层与基体界面为平面结晶 ,向中心过渡为胞状晶、柱状枝晶等多种形态 .两道熔覆层的搭接区组织粗化 ,且出现准等轴晶、等轴晶 .

近表面弹性性质连续变化材料中激光声表面波的理论研究

基于金属材料近表面层弹性性质(杨氏模量)的连续变化,建立了一种激光在基底上的梯度材料中激发声表面波的理论模型,并用有限元方法模拟了脉冲激光作用于材料上表面激发出的超声波及其传播过程·讨论了表面层厚度的变化以及表面层弹性性质的变化对热弹条件下产生的声表面波波形特征的影响,并分别计算了两种情况下的声表面波的相速度色散,得到了两种情况下声表面波的变化规律·

分形理论在近表面缺陷超声A扫检测中的应用

针对超声相控阵无损检测(NDT)中近表面缺陷识别困难的问题,提出一种基于分形理论的近表面缺陷智能识别方法。运用基于线性插值的盒计数维数算法,计算140组超声A扫(A-Scan)信号的盒计数维数,并运用统计的方法详细分析其分布情况。实验结果表明超声A-scan信号具有分形特性,分形理论可应用于A-Scan信号分析;而且有无缺陷信号的盒维数分布区间差异明显,盒维数可作为A-Scan信号的特征识别近表面缺陷。在超声相控阵自动化检测中,运用分形理论能提高近表面缺陷的检出率,减少人为因素引起的漏检。

扩散场重建格林函数检测钢轨近表面缺陷

利用超声相控阵全矩阵捕获功能获取后期时间的扩散场信息,实现钢轨近表面缺陷成像。对扩散场信号进行互相关,重建阵元之间的格林函数,获取阵元之间未延时的响应,恢复被噪声湮没的早期缺陷信息,将波数成像方法用于近表面缺陷的快速成像。采用两种超声相控阵探头在钢轨表面采集实验数据,说明格林函数恢复效果与相控阵阵元的个数和激励频率有关。实验结果清晰地显示了距钢轨表面5-10mm处的缺陷,证实了互相关方法重建格林函数对近表面缺陷检测的有效性。

基于超声散射法的微小缺陷及近表面缺陷的检测

针对常规超声检测法存在对(?)1.0 mm以下的微小缺陷漏检及近表面检测存在盲区的问题,提出一种超声垂直发射背向散射的检测方法。分析了散射模式的声场传播特性,阐明了该模式的检测原理。通过对不同类型和尺寸的人工缺陷检测,分析了该散射方法的检测信号、检测灵敏度及成像图形;通过有限元分析,对散射波声场分布的可靠性进行了验证。结果表明,超声散射法能够识别常规超声检测方法容易漏检的微小缺陷及无法辨别的近表面缺陷,可有效检测(?)0.4 mm的微小缺陷及埋藏深度1.0 mm的近表面缺陷。

近表面缺陷的超声TOFDR和TOFDW检测

针对超声TOFD方法存在近表面检测盲区问题,提出了基于二次波的综合超声衍射反射回波方法(TOFDR)和缺陷W衍射反射方法(TOFDW)的检测模式。分析了TOFDR和TOFDW检测方法的超声传播特性,阐明了2种方法的检测原理,研究了它们的近表面理论检测能力。对于TOFDR检测方法,缺陷越近表面,D扫图像分辨特征越好。对于TOFDW检测方法,总体分辨能力大于TOFDR方法,但对于特别浅的近表面缺陷,声波难以识别,而将这2种检测方法综合应用,通过调整检测工艺参数可对近表面缺陷进行识别。通过对人工缺陷试样的检测,研究了综合2种方法结合条件的新检测模式的信号图像特征以及检测灵敏度,2种检测方法结合产生的D扫图像能很好的发现埋藏深度为1 mm的缺陷。

基于超声TOFD直通波及神经网络的近表面缺陷自动识别

针对超声TOFD存在近表面盲区及近表面缺陷自动识别分类的问题,提出了基于超声TOFD直通波及神经网络对近表面孔状缺陷识别分类的方法。在近表面缺陷检测信号的直通波部分选取多个关键点,揭示了各关键点幅度分布与近表面缺陷深度的关系,获得了用于近表面缺陷检测的幅度分布特征值,并将该特征值用于BP神经网络对缺陷识别分类。试验结果表明,该方法能够对铝合金板近表面孔状缺陷进行准确、有效的自动识别分类。

基于超声TOFD法直通波幅度分布的近表面缺陷检测

针对超声衍射时差法(TOFD)的近表面检测盲区问题,提出一种基于直通波幅度分布分析的近表面缺陷检测方法。在近表面缺陷检测信号的直通波部分选取多个关键点,揭示了各关键点幅度分布与近表面缺陷深度的关系,获得了用于近表面缺陷检测的幅度分布特征值。试验结果表明,该方法能准确检测出埋深1.0mm的人工缺陷,有效地提高了对近表面缺陷的识别能力。

锻件近表面缺陷的超声检测

为了提高锻件的近表面缺陷的超声检测精度,采用三种类型的探头对不同试块的近表面缺陷进行超声检测对比试验。试验结果表明,在兼顾检测灵敏度和检测盲区的情况下,高频窄脉冲延迟块探头能成功检测出距平面表面1mm的ф0.8mm的平底孔,达到了满意的检测效果,可为此类缺陷的工程检测提高参考。

基于超声TOFD法的近表面缺陷检测实验研究

在传统的超声TOFD法当中,存在着一定的表面检测盲区。针对这一情况,可采用TOFD与A型脉冲反射超声检测结合以及采用TOFD纵波三次反射的TOFDW检测模式检测近表面缺陷。本文阐述了这两种检测近表面缺陷方法的检测原理,然后结合人工缺陷试块,对这两种检测方法进行了实验验证。结果表明,TOFD与A型脉冲反射超声检测结合以及采用TOFDW检测模式均能够对近表面缺陷进行有效的检测。

近表面层黏性模量梯度变化的复合平板中激光热弹激发声表面波的传播特性

考虑复合平板近表面层的黏性模量变化特性,建立激光在复合平板中热弹激发声表面波的有限元模型,系统研究复合平板中声表面波的传播特性,并讨论近表面层的黏性模量、厚度与Lamé常数对声表面波衰减特性的影响,在此基础上,结合理论计算的色散与衰减曲线对声表面波传播特性进行验证.本研究为激光超声技术无损评估复合平板近表面层的力学性能提供理论指导,同时也为研究复合平板表面微裂纹问题提供可行性思路.

近表面裂纹对SH波散射问题的边界元解

本文采用边界元法研究了半空间中一近表面裂纹对SH波的散射问题,导出了以裂纹张开位移为未知函数的边界积分方程,针对边界积分方程高阶奇异性的特点,运用降低奇异性的方法,计算了裂纹边界面的裂纹张开位移、半空间表面的散射位移、裂纹尖端的动态应力强度因子。给出的算例表明,本文的方法不仅计算量小,而且有较好的精度。

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。