高纯度横波蝶形线圈电磁超声换能器优化设计

蝶形线圈电磁超声换能器(EMAT)能够在铝块中同时激发出超声横波和纵波,接收信号中存在横波反射回波和纵波反射回波,纵波回波会影响缺陷检测的准确性。该文设计了一种变尺寸蝶形线圈EMAT,通过改变线圈不同位置导线的宽度与间距,改变不同位置的换能效率,以实现横波的增强和纵波的抑制。首先,考虑永磁体的空间磁场分布,分析蝶形线圈EMAT不同位置导线所受洛伦兹力与激发超声波类型的关系,结合有限元声场云图,得到EMAT接收信号中存在多个回波的原因;其次,研究线圈参数对换能效率和横波纵波幅值比的影响规律,利用有限元仿真确定变尺寸EMAT的设计参数;最后,制备常规与变尺寸蝶形线圈EMAT,采集无缺陷铝合金试块的回波,结果表明,当永磁体直径与线圈中心宽度比为1.92时,纵波幅值削弱了66.1%,横波幅值增大了36.3%,横纵波幅值比从5.8升至23.1。该文设计的变尺寸蝶形线圈EMAT实现了对纵波的削弱和横波的增强,提升了横波电磁超声内部缺陷检测的可靠性。

基于改进YOLOv7的钢卷端面缺陷检测

针对钢卷端面纹理复杂、缺陷较小,以及YOLOv7算法识别速度较慢、小目标检测率较低等问题,提出一种改进的YOLOv7目标检测算法。对YOLOv7算法骨干网络中的ELAN结构进行改进,通过加入PConv卷积层设计了一种新的结构,以减少模型复杂度,提高模型的检测速度。由于小目标检测中容易出现漏检的现象,设计一种新的注意力机制CSCA,提高网络对小尺度目标的敏感度。在此基础上,使用WIoUv2损失函数替换原YOLOv7算法网络中的CIoU损失函数来优化损失函数,提高网络的鲁棒性。在自制的钢卷端面缺陷数据集上进行试验,结果表明改进的YOLOv7算法的mAP@0.5提升了4.1%,FPS提升了10.84 f/s,检测效果优于原算法。

含缺陷连续管极限承载研究及安全分析

为了准确评价含缺陷连续管的极限承载能力,提出基于塑性失效准则的含缺陷连续管极限承载理论模型,以有限元结果对比不同类型缺陷对连续管极限承载的影响,并通过灰色关联法得出缺陷深度和截面积为影响连续管极限承载的敏感因素,基于完整管极限承载理论,采用非线性曲面拟合方法对缺陷修正系数进行拟合,建立包含极限内压、极限外压和极限抗拉载荷的含缺陷连续管极限承载理论模型。研究结果表明:本文模型对比经典模型误差更小,最大误差仅为4.56%,可以有效评价含缺陷连续管极限承载能力。研究结果可为连续管安全作业提供参考。

不同尺度缺陷对超导线圈绝缘复合材料机械性能的影响研究

绝缘系统对超导线圈起绝缘、固定和支撑的作用,极低温度、大电流、高磁场等极端条件使得超导线圈承受较大的应力及应变,这对线圈绝缘力学性能提出了更高的要求。以超导线圈中的绝缘系统为研究对象,开展含有不同尺度缺陷的绝缘复合材料低温下力学性能测试试验。结果表明,直径小于3 mm的空隙或夹渣等缺陷对绝缘复合材料的机械性能并未产生太大影响,这对于评定超导线圈中绝缘系统质量具有一定参考价值。

集横波与SH波一体的Halbach阵列换能器研究

为解决金属板超声体波测厚效率低下、导波扫查定量能力不足的问题,提出了一种集横波与水平剪切(SH)波为一体的Halbach阵列电磁超声换能器,在不增加体积的条件下,可同时实现横波和SH0阶导波的激励,兼具高精度定点测厚和区域缺陷扫查功能。通过仿真对磁体阵列和线圈排布结构进行了建模与优化,基于优化结果加工、装配了换能器原型。针对SH波扫查和横波测厚功能分别搭建了实验平台,实验结果表明该换能器能够有效识别粘附铁块尺寸大于35 mm×10 mm×20 mm的缺陷回波,横波测厚的平均误差小于1.2%。该研究结合了超声体波定点测厚穿透强、准确度高以及SH波长距扫查、非频散的优势,提升了换能器的检测效率和功能性,具有良好的工业应用潜力。

基于正交分析的含缺陷连续管冲蚀磨损研究

含缺陷连续管在继续使用中易造成其冲蚀磨损加剧,因此结合实际工况建立了含缺陷连续管的冲蚀磨损数值模型,并借助已有实验数据对构建模型进行验证。为深入研究缺陷参数对连续管冲蚀磨损的显著性影响,将正交试验方法引入连续管冲蚀磨损研究分析中。研究表明:当连续管内壁轻微缺陷个数较多但分布不集中时,此类缺陷对连续管的正常使用影响较小;当连续管内壁轻微缺陷个数较多且分布较为集中时,易形成连片缺陷,此类缺陷对多连续管的冲蚀磨损加剧有重大影响;当连续管内壁轻微缺陷个数较少但缺陷较长或较深时,此类缺陷易造成连续管局部冲蚀磨损加剧。

基于旋涡传感的镁合金压铸件表面微观缺陷检测

针对镁合金铸件表面微观形态变化较小,砂眼和毛刺等缺陷视觉特征表现不明显,导致人工检测难度较高的问题,提出基于旋涡传感的镁合金压铸件表面微观缺陷检测方法。将长时间磨损和外力加持两种情况下引起镁金属能量强度变化作为下一步检测的参照,利用旋涡传感技术在被测铸件周围设置带有交流电的线圈磁场,根据铸件表面金属参数调节旋涡传感密度,识别到铸件表面出现与线圈磁场相反方向磁场力时,即完成精准检测。结果表明,所提方法不同提离距离下,砂眼铸件缺陷最大镁金属能量强度为363 MJ和360 MJ,毛刺铸件缺陷最大镁金属能量强度为270 MJ和300 MJ。验证了所提方法可以准确检测镁合金压铸件表面裂纹和凹陷缺陷。

纺纱机械波产生原因及预防措施

为了消除机械波对纺纱质量的影响,分析并条工序机械波、粗细纱工序机械波产生的原因及危害,介绍根据牵伸倍数、传动比和测速法计算机械波波长的3种方法,以及根据纱线在波谱图的特点、将波谱图和不匀率曲线图相结合的2种机械波的分析方法,总结预防机械波的措施。指出:机械波是由于纺纱机械中与牵伸等有关的运转部件存在缺陷、磨损、故障等异常,造成纱条周期性不匀,有害机械波对纱线质量和布面质量产生不良影响;日常生产中,应借助波谱图、不匀率曲线图等分析机械波产生原因、找寻工艺不足或机械缺陷;通过加强设备和机件的精细化管理,减少罗拉、胶辊造成的8 cm~10 cm机械波,保持罗拉的精度和清洁,提高胶辊的质量,减少“假波”等措施,预防机械波的产生。

水下交流电磁场检测探头设计与结构优化

交流电磁场检测技术是一种新型的电磁无损检测技术,可快速、准确检测金属表面裂纹缺陷的尺寸。针对水下交流电磁场检测探头磁轭及检测线圈参数优化问题,利用有限元软件COMSOL建立水下交流电磁场检测金属裂纹的仿真模型,通过磁通畸变量对探头中U形磁轭各参数进行优化设计,分别分析腿磁轭高度、上磁轭长度、腿磁轭长度、腿磁轭宽度、上磁轭厚度等对检测信号的影响。对检测线圈与磁轭的相对位置展开研究,分析其对交流电磁场检测结果的影响。给出了水下交流电磁场检测中检测探头U形磁轭的可参考尺寸,证明了检测线圈处于磁轭中心位置时检测效果最佳,为水下管道检测探头的研发设计提供了理论依据。

锥形缺陷对连续管疲劳寿命的影响规律及理论模型建立

为研究含锥形缺陷连续管的疲劳失效机理,利用连续管专用疲劳试验机在内压和弯曲载荷的作用下开展了研究,并对连续管进行弯曲和矫直往复运动。结果表明,连续管锥形缺陷处的应力集中导致裂纹萌生、裂纹快速扩展,直到疲劳失效,并得到了此时相应工况下的连续管疲劳寿命。基于试验的工况条件通过有限元法建立了含锥形缺陷连续管疲劳寿命预测模型,利用试验结果证实了该方法的可行性,最后基于大量的有限元计算结果,利用拟合的方法建立了适用于工程的含锥形缺陷连续管疲劳寿命理论模型。试验结果证实该模型具有可行性,为含缺陷连续管疲劳寿命的安全评估提供了参考依据。

低碳钢热轧卷板边部翘皮缺陷原因分析

采用宏观形貌检验、低倍酸洗检验、金相检验和扫描电镜能谱分析等方法对低碳钢热轧卷板边部翘皮缺陷产生原因进行了分析。结果表明:在卷板横截面上,翘皮呈现为深度约60μm的微裂纹;裂纹两侧组织明显粗大;裂纹两侧存在高温氧化物质点和氧化铁皮;裂纹内未见K、Na、Al等异常元素;铸坯角样低倍酸洗检验存在微小裂纹。综合分析可知,造成缺陷的主要原因为铸坯角部微裂纹。通过连铸结晶器和足辊冷却水量,二次冷却区冷却工艺和扇形段辊缝开口度及弧线精度等优化控制,有效杜绝了此类缺陷发生。

热镀锌双相钢钢板表面橘皮缺陷研究

目的研究一种热镀锌双相钢表面橘皮状缺陷的特征及形成机理。方法采用数字显微镜、扫描电镜和辉光光谱仪对正常和缺陷位置的镀锌态、去锌层态、冷轧态和热轧态的形貌和表层成分分布开展对比分析研究。结果橘皮状缺陷特征是由于锌晶粒异常长大至350μm,为正常晶粒的4倍。镀锌态缺陷区较正常区Mn含量高26%,纵截面观察基板表层有约2~4μm深的微裂纹,界面处检测出Al、O、Mn峰,存在Mn表面富集。去锌层态和冷轧态基板表层呈冷轧轧裂特征,存在大量垂直于轧制方向的10~30μm的横向微裂纹。卷取温度为650℃时,热轧态边、中位置氧化层厚度分别为6.5、5.8μm,较550℃时增加25%和23%。GDS检测表明,对应缺陷区热轧态发生共析转变,相构成以低氧含量的Fe_(3)O_(4)、FeO、Fe为主。实践证实,卷取温度下调至560℃以下时,可有效消除该缺陷。结论缺陷形成机理是,热轧钢卷在570℃以上温度卷取,经缓慢冷却至室温时,形成纯铁包覆Fe_(3)O_(4)的共析转变氧化铁皮,卷取温度高也使氧化层增厚,导致酸洗难度增大,氧化铁皮无法有效清除。酸洗后残存的氧化层和Mn富集导致表层协同变形能力弱,冷轧形成大量10μm级横向微裂纹。微裂纹处的凹凸表面诱发Fe-Zn相爆发生长,导致锌晶粒异常长大。厚带钢具有更多的内部热量,出锌锅冷速慢,也为镀后锌晶粒长大创造条件。

点缺陷折叠结构声学超材料的声局域化特性

以折叠结构为基本单元组成点缺陷声学超材料。采用数值模拟和试验分析的方法探索结构低频声局域化机理,分析结构参数对声局域化模态的影响规律。结果表明,该结构在800 Hz以下可产生多个声局域化模态。在频率为222 Hz, 362 Hz, 385 Hz, 408 Hz和511 Hz入射平面波作用下,结构可在中心腔体或周边腔体中实现声压局部放大,这种现象是由于结构内各子腔体的声学虹吸效应或它们之间的耦合共振所致。通过增加中心腔体尺寸、隔板数量、隔板长度,可降低结构声局域化响应频率。试验结果进一步证明了结构在低频范围内具有放大多个频段声波的能力。研究成果可为实现低频宽带声能聚集提供借鉴。

基于改进YOLO算法的光纤环绕制缺陷检测

作为光纤陀螺仪的核心部件,光纤环的绕制质量对光纤陀螺的精度至关重要。为了保证光纤环绕制的准确率和效率,提出了一种基于改进YOLO算法的目标检测方法。该方法采用Shufflenetv2网络来替代YOLO主干网络中的卷积层和池化层,提升了网络的特征提取能力;加入Focus模块提升训练速度;采用K-means聚类算法对原始锚框进行聚类,得到适用于光纤绕制缺陷的预测框,提高缺陷检测的准确率;同时修改损失函数,使用CIOU来计算定位损失,使用Focal Loss作为置信度损失和分类损失函数,加快网络收敛;并进行了数据增强,增强了网络的泛化能力。实验结果表明,改进后的YOLO算法的平均准确率达到了99.63%,相比于原始的YOLOv3-tiny算法提升了2.06%,检测速度达到91 fps,这将保证了光纤环的绕制系统的实际应用。

基于卷积神经网络的钢卷边部缺陷识别

热轧卷板边部缺陷对终端产品质量有着极为重要的影响,传统轧钢工艺缺陷的检查多依靠人工,其高温、连续的生产环境严重阻碍了人工在线检测的准确率。为完成对热轧钢卷边部各种缺陷的高效检测,建立了热轧钢卷缺陷数据集,数据集包括分层、烂边以及正常钢卷样本3种,基于卷积神经网络原理,开发了卷板边部缺陷在线智能识别模型。人工标定和训练优化结果表明:训练集的损失函数值为1.163%,测试集的损失函数值为0.781%,训练集和测试集准确率分别达到了98.9%和99.0%。测试集的损失函数值低于训练集,但准确率高于训练集,表明损失函数的值越小,准确率越高,训练出来的模型越好。将其应用于现场实际的钢卷边部缺陷识别中,智能缺陷识别结果较为准确,可以证明该模型具有很高的缺陷识别能力,满足了轧钢卷板边部质量控制的工艺需求。模型的开发对降低制造成本、确保生产安全以及提升产品质量都具有重要的意义。

抽水蓄能电站主变压器故障分析方法及其应用

抽水蓄能变压器工况切换频繁,故而对其抗振性能、抗短路能力以及耐受过电压能力均有较高要求。讨论了抽水蓄能电站主变压器故障的分析方法并将其应用于两起抽水蓄能电站发生的变压器故障的分析与处理,并由此解析了这两起抽水蓄能变压器故障的不同原因,总结了抽水蓄能变压器设计制造及运行维护中的一些必须注意的问题。

不锈钢冷轧带钢卷取边浪成因分析及改善措施

通过现场试验,确定了不锈钢精整过程中卷取边浪缺陷的形成原因。通过对比、分析横截面形状对原料板型缺陷的抵抗能力,找到一种对原料板型缺陷适应能力强、并且适用于不锈钢连轧机的带钢横截面。同时通过调整板型曲线和提供操作指导,使得实际生产中的带钢横截面与设计的横截面一致。

合金化热镀锌无间隙原子钢板表面白色点状压印缺陷的产生原因

使用扫描电子显微镜、能谱仪、光学显微镜等设备,对合金化热镀锌无间隙原子钢板表面白色点状压印缺陷进行分析,查明了该缺陷的产生原因。结果表明:该缺陷表面合金化不充分,平整印较多,锌层局部偏厚,部分溶锌后发现有氧化铁皮;钢板表面氧化铁皮局部偏厚,酸洗时氧化铁皮未能被完全溶解,并压在钢板表面,镀锌合金化后呈白色点状压印形貌。采用降低卷取温度的方法,可有效减小钢板表面氧化铁皮的厚度,后续钢板未再发现该类缺陷。

酸洗板表面网格缺陷的原因分析与工艺优化

针对薄规格酸洗板网格缺陷,开展原因分析并制定工艺优化措施。该缺陷产生于平整工序,由平行于轧制方向等间距平行滑移线构成。建立张力的瞬间预张力过大或卷取张力变化值过大造成带钢局部粗晶区超过屈服强度,而产生位错滑移形成吕德斯带,是产生网格缺陷的根本原因。采取卷取预张力30~35 kN及合理控制正常卷取力160~180 kN的措施,可有效解决酸洗板表面网格缺陷。

数字孪生驱动的热轧钢卷边裂管控框架

在实际生产中导致热轧钢卷出现边裂缺陷的因素众多,并且人员也无法对边裂缺陷进行实时预测。针对这些问题,本文结合数字孪生技术,提出热轧钢卷边裂缺陷管控框架,从虚拟模型仿真和数据驱动的角度出发,建立钢卷热轧过程孪生模型,并分析了数据采集、数据融合、融合数据一致性检验、边裂缺陷预测等关键技术,最后展望了该理论框架的实现对边裂缺陷的管控效果。