Quality evaluation of laser welds based on air-coupled ultrasound

With the wide application of laser welding technology in automobiles and rail transportation, the non-destructive testing technology for laser welding seams is also getting better. Aiming at the laser welding seam of two-layer metal sheet below 3 mm, the possibility of laser welding seam detection by air-coupling ultrasonic detection technology is discussed. By numerical analysis and experimental analysis,Lamb wave is excited on aluminum plate in air. Through the propagation simulation of Lamb wave in laser weld specimen, the influence of laser weld width and weld quality on reflectivity and transmittance is analyzed. The propagation law of Lamb wave in laser weld specimen is clarified. The results show that the quality of laser weld can be evaluated by the mode of Lamb wave A0.

基于逆时偏移的底面开口裂纹高精度超声成像及定量分析

传统的超声成像方法只能使用一次反射波对缺陷的上端进行成像,而基于逆时偏移的超声成像方法可使用多次反射波对缺陷进行完整的成像。该项研究将一种基于逆时偏移的超声成像方法用于对底面开口裂纹的高精度成像和定量分析。在数值仿真方面,对底面识别的必要性和高成像精度进行说明。在实验方面,对具有多个底面开口裂纹的铝块进行底面识别,进而对底面开口裂纹进行完整成像。综合考虑底面识别前后的逆时偏移成像结果,可对底面开口裂纹的长度和宽度进行直观的定量分析。最后,针对逆时偏移成像在超声无损检测方面的应用,给出对缺陷进行完整成像及定量分析的3个关键的步骤。

钢轨踏面的空气耦合超声检测方法

该文针对钢轨踏面浅表面裂纹提出非接触空气耦合超声类瑞利波的检测方法。首先利用半有限元法求解了CHN60型钢轨的振动模式,抽出了钢轨轨头踏面的振动模态结构和频散曲线,并搭建实验系统,根据Snell法则和声源在空气中的声场分布确定了检测参数,最后从理论和实验两方面着手对钢轨踏面浅表面裂纹的有无及裂纹大小进行了实验分析和数值计算,其结果非常吻合,证明了空气耦合超声导波检测方法的可行性和可靠性。

蜂窝结构复合材料的空气耦合Lamb波检测技术

纸质蜂窝结构应避免液体浸入,针对不能使用液体耦合剂对该种材料进行检测的问题,本文在使用空气耦合穿透式C扫成像对蜂窝结构材料进行检测的基础上,提出了使用空气耦合Lamb波对上蒙皮与蜂窝结构间的脱粘缺陷进行检测的方法。建立仿真模型对蜂窝结构中的脱粘缺陷进行检测和超声波传播过程可视化,研究了Lamb波A0模态与工件结构的相互作用,分析了脱粘大小对声波传播的影响。结果表明,应用空气耦合超声导波技术可以较好地实现其脱粘类缺陷的检测,可应用于实际在役检测。

基于空气耦合超声的激光焊缝质量评估

随着激光焊接技术在汽车及轨道交通上的广泛应用,对激光焊缝的无损检测技术要求越来越高.针对3 mm以下的两层金属薄板激光焊缝为对象,探讨了空气耦合超声检测技术对激光焊缝检测的可能性.利用数值解析和试验分析两种方法,在空气中对铝板激励兰姆(Lamb)波,通过Lamb波在激光焊缝试件中的传播模拟,分析了激光焊缝的宽度以及焊缝的良否对反射率及透射率的影响,解明了Lamb波在激光焊缝试件中的传播规律.结果表明,可以利用Lamb波A0模式对激光焊缝的质量进行评估.

基于空气耦合超声导波法对开闭器水层厚度的研究

针对传统接触式超声检测高压电线杆开闭器水层厚度存在漏电风险问题,提出使用非接触式空气耦合超声导波技术对开闭器中水层厚度进行测量。对开闭器水中导波传播过程进行仿真并计算水层厚度;搭建开闭器实验室平台,控制水层厚度,改变换能器之间距离,对回波信号进行分析并计算水层厚度;控制换能器之间距离,改变水层厚度,对回波信号进行分析并计算水层厚度。通过仿真与实验使用几何声学对水层厚度进行计算得出关系式,将仿真与实验两者结果进行对比,有高度一致性,验证空气耦合超声导波法对开闭器中水层厚度测量的可行性与准确性。该方法可为测量开闭器中水层厚度提供新思路。

混凝土的合成孔径聚焦成像

由于超声波在混凝土中传播时指向性很差、衰减也大,传统的检测方式很难准确检测出其内部缺陷。为了得到清晰的得到内部缺陷的位置信息,应用合成孔径聚焦成像的方式对混凝土的3个方向进行成像。经过试验得到了混凝土内部缺陷3个方向视图,每个视图得到缺陷的一个位置形状信息。综合3个方向的成像信息,可以较清晰的得到混凝土内部的位置信息。

空气耦合Lamb波对玻璃纤维复合板的扫查成像研究

针对空气耦合Lamb波,采用了一种与信号速度无关的概率损伤成像方法,对玻璃纤维复合材料板(Glass Fiber Reinforced Polymer,简称“GFRP”)中存在的不同缺陷进行了成像研究。首先使用空气耦合探头在GFRP板的同侧激励和接收单一模态Lamb波,并将探头沿着两个正交的方向进行扫查。然后使用矩形窗截取每个扫查路径上接收信号的直达Lamb波,并对其进行快速傅里叶变换(FFT)。得到其频域能量后,定义其与参考信号频域能量的相对差异为能量损伤因子。最后将各扫查路径的能量损伤因子结合概率损伤算法,对不同类型的缺陷进行成像,并与空气耦合C扫查成像结果进行对比。实验结果显示,基于空气耦合Lamb波的概率损伤成像方法能够有效地对GFRP板中存在的不同损伤进行定位和定量。

钢轨轨头浅表面缺陷的空气耦合超声导波检测

针对常规检测方法如压电超声、涡流、漏磁及机器视觉等表面检测方法均无法对钢轨轨头浅表面缺陷进行检测的问题,采用空气耦合超声类瑞利波检测方法,利用回波信号在不同频率、不同缺陷深度下幅值的变化来评估钢轨轨头的浅表面缺陷。通过对空气耦合超声导波检测过程的仿真和试验,证明了该检测方法的可行性和可靠性。

空气耦合斜入射非线性检测方法研究

针对金属板结构微观缺陷难以检测的问题,提出一种基于空气耦合超声斜入射非线性微观缺陷的检测方法。首先通过数值分析的方法分别对垂直入射钢板与斜入射钢板时的透射率进行对比,并对3 mm厚钢板进行不同入射角的透射率对比试验。试验证明在斜入射条件下,超声波在钢板中因发生模态转换导致透射率增大。其次,利用空气耦合激励斜入射方法,对3 mm厚的钢板进行空气耦合超声非线性检测试验,其结果表明在入射角为5°时检测信号幅值提高24%,得到最大二阶非线性系数,此时透射率达到最大。因此,空气耦合超声非线性对钢板的检测不仅具备可行性,且在斜入射时可明显提高其检测效果,给检测金属板结构微观缺陷提供一定参考。

非接触空气耦合超声谐振法测厚

提出了非接触空气耦合超声谐振法测量结构厚度的方案,将空气耦合超声波发射到测试体后,对构件中反复叠加产生的谐振信号进行傅里叶变换,求得频率,由频率与测试体厚度的关系式可以推算出测试体的厚度。从空气耦合探头向不同厚度的钢板发射超声波,通过谐振法对钢板进行了厚度测量,误差在0.2mm以内。结果表明,不同厚度的测试体产生谐振的频率是不同的,超声谐振法可以准确地检出表面不同形状的缺损厚度。

改良线性调频脉冲压缩在空耦超声混凝土检测中的应用

针对空气耦合超声检测混凝土时检测信号强度低、信噪比低、以及使用普通线性调频脉冲压缩方法可能会产生波形畸变等问题,提出一种改良的线性调频脉冲压缩信号处理方法。阐述了改良线性调频脉冲压缩原理。制备有通孔树脂块试件,使用空气耦合V透射法对试块通孔检测,对比普通脉冲压缩和改良脉冲压缩方法对信号处理结果,验证该方法正确性、稳定性;制作混凝土试样,对比普通脉冲压缩和改良脉冲压缩方法信号处理结果。结果表明:相较于传统超声和普通脉冲压缩方法,使用改良的线性调频脉冲压缩方法后超声信号的灵敏度、信噪比、空间分辨率得到改善。

空气耦合超声波的位移测量

非接触测量距试件表面几十毫米处的距离或位移时,激光是主要的检测手段。然而,当检测容易吸光的黑色橡胶、表面反射很弱的透明材料以及表面反射和底面反射重合在一起的半透明材料时,激光检测方法就无能为力了。非接触空气耦合式超声无损检测技术很好地弥补了激光检测技术的不足。利用空气耦合超声表面发射法,只需测量试件的表面反射波即可测量任何材料试件的距离或位移。使用表面反射法,选用2 MHz的空气耦合点聚焦探头,在空气中对试件位移进行了实时测量,试验结果表明,温度变化在0.1℃范围内时,检测精度能达到0.01mm。

一种基于小波包和PCA的超声缺陷识别方法

在超声检测中,对缺陷进行定性分析是无损检测与评价的关键内容。本研究提出一种对缺陷类型进行分类的检测方法,通过对不同类型的缺陷波信号进行特征量提取,实现对缺陷的类型识别。首先使用空气耦合超声检测系统采集无缺陷信号与3种不同类型的缺陷波信号,提取信号的时域无量纲参数和小波包能量系数组成多维特征向量;然后使用主成分分析法(Principal component analysis,PCA)对多维特征向量进行降维处理得到特征融合量;最后输入BP神经网络系统进行缺陷类型的分类,并与未经过PCA处理的测试结果进行对比分析。实验结果证明,经过PCA处理的测试结果准确率更高,测试时间更短。

基于连续小波变换的薄板损伤空气耦合兰姆波成像检测

针对铝板采用空气耦合超声探头激励出A0模式的兰姆波,在含有损伤的铝板同一侧激发和接收并以步进1 mm进行扫查试验。对扫查接收信号进行连续小波变换,提取400 kHz频率下的小波系数包络信号,识别了激励兰姆波的模态。最后利用不同扫描点处接收信号的连续小波变换系数包络信号进行幅值包络成像。结果显示,基于连续小波变换得到的特定频率处幅值包络信号信噪比较好,且成像结果具有较高的聚焦性。