基于相控阵激光超声的裂纹衍射增强试验研究

针对超声衍射时差法(TOFD)存在检测精度较差、区域检测可靠性不够和信号信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)低等问题,提出了一种基于光纤皮秒激光器和高速旋转镜的相控阵激光超声裂纹检测方法。利用有限元方法模拟热弹机制,建立二维瞬态激光超声力-固耦合模型产生横波与纵波在缺陷处发生的衍射现象,分析了裂纹尖端不同奇异点、声波不同中心频率和相控阵激励源不同位置对声波衍射的影响,通过衍射信号的信噪比和位移幅值两个计算指标来分析变化规律,并进行了试验验证。结果表明:数值模拟与试验结果有较好的一致性,相控阵激光源较传统单束激光源对衍射信号幅值和信噪比有明显的增强作用,纵波衍射信号信噪比较理想;衍射信号幅值随裂纹尖端奇异点增加和声波中心频率减小而增大;信噪比随尖端奇异点增加而增大,随声波中心频率一定范围增加无明显变化,随激光源距离的增加呈现先增加后减小的趋势;缺陷定量分析时计算出的裂纹长度与实际裂纹的误差均不超过6.8%。     

超声衍射无损检测方法的有限元模拟

超声衍射检测法(以下TOFD)是一门新兴的无损检测技术,主要用于检测和评价材料不连续的大小和位置,它的基本原理是超声的衍射现象,最适合大厚度试件的检测。本文中,我们利用有限元方法(以下FEM)模拟TOFD信号的二维几何模式,监控超声波在介质中的传播方式,以及当声波遇到不同类型的预置刻槽发生的波形变换。本研究使声波衍射现象更容易理解,从而帮助和补充实际中缺陷的检测。     

铝合金搅拌摩擦焊超声检测研究进展EI北大核心CSCD

铝合金搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)焊接参数选择不当将会产生隧道孔、未焊透(lack of penetration, LOP)和吻接等取向复杂、细微紧贴的缺陷。首先,本文简述了FSW焊缝与典型缺陷特征,总结了超声检测时面临纵向分辨力低、缺陷表征不完整、材料与缺陷声阻抗接近和灵敏度不足等难点。随后,从常规超声、超声衍射时差法(time-of-flight diffraction, TOFD)、相控阵超声检测技术和其他超声检测技术等方面综述了现有的铝合金FSW超声检测研究工作。最后,结合超声信号处理方法和机器学习方法对研究前景进行展望:可以通过分析和提取信号特征,进一步提升超声检测分辨力和信噪比,并实现取向复杂缺陷和细微紧贴缺陷的精准辨识与定量。     

奥氏体不锈钢焊缝的超声相控阵检测及定量分析

奥氏体不锈钢管道焊缝缺陷的检测已引起无损探伤人员的密切关注.今利用超声相控阵技术对奥氏体不锈钢管道焊缝缺陷进行检测,并与20#碳钢检测成像效果进行比对.结果表明,相控阵超声波在20#碳钢中有很好的穿透性,而在奥氏体不锈钢焊缝中超声波信号衰减较为严重.奥氏体不锈钢焊缝区域缺陷信号信噪比最大值为9dB,当探伤深度大于30mm时,其信号衰减符合衰减方程描述.对于焊缝区域深度大于50mm,尺寸小于2mm的横通孔,超声相控阵技术无法清晰地探伤到此类缺陷.对于奥氏体不锈钢焊缝,横波检测成像的信噪比要高于纵波.     

The Comparison Analysis of Test Result of Ultrasonic △ Technique and TOFD Method

采用超声△衍射法和TOFD法对模拟缺陷进行检测,得出了缺陷检测波形图和B/C扫描图.对比分析了超声△衍射法与TOFD法的检测结果.实验表明利用超声△衍射法能够识别近表面垂直表面的面状缺陷,有效地对缺陷进行定位,能够很好地克服表面盲区,对缺陷的检测识别能力不受缺陷方向限制.从检测结果数据可以看出超声△衍射法的检测灵敏度和缺陷识别能力优于TOFD法.     

超声Δ法与TOFD法在薄壁电子束焊缝上的检测结果对比分析

采用超声Δ衍射法和TOFD法对模拟缺陷进行检测,得出了缺陷检测波形图和B/C扫描图。对比分析了超声Δ衍射法与TOFD法的检测结果。实验表明利用超声Δ衍射法能够识别近表面垂直表面的面状缺陷,有效地对缺陷进行定位,能够很好地克服表面盲区,对缺陷的检测识别能力不受缺陷方向限制。从检测结果数据可以看出超声Δ衍射法的检测灵敏度和缺陷识别能力优于TOFD法。     

相控阵超声绝对声时法测量底面开口裂纹

针对工件内表面开口裂纹单面单侧定量检测困难的问题,采用相控阵超声绝对声时法(Absolute Arrival Time Technique,AATT)从单面单侧对不同厚度试块中的底面人工开口裂纹自身高度测量进行了数值仿真和实验,并对焊缝中的自然裂纹进行了AATT测量。对比AATT测量结果与常规衍射时差法超声检测(Time of Flight Diffraction,TOFD)测量结果并分析,发现AATT从单面单侧对底面开口裂纹进行定量测量可以达到与常规TOFD同样的测量精度。AATT操作简便,可单面单侧定量测量2 mm以上底面开口裂纹的自身高度。     

TOFD技术在钛合金焊缝检测中的应用

本文介绍了相控阵检测方法和超声TOFD检测方法以及他们的差别,根据钛合金超声检测特性及其相关标准的使用情况,结合相控阵在钛合金厚板焊缝检测试验的经验,论述了钛合金厚板焊缝超声TOFD检测方法的可行性,结果表明,超声TOFD检测方法和相控阵检测方法能够对钛合金厚板焊缝缺陷进行有效识别、定位、定量检测且检测灵敏度和检测效率...     

相控阵超声在浮力材料无损检测中的应用

本文采用相控阵超声技术对浮力材料预制缺陷进行无损检测,结果表明相控阵超声技术对浮力材料缺陷检测是可行的。     

球罐对接焊缝超声TOFD及超声相控阵检测实验研究

对与球罐材质相近,厚度、坡口形式和焊接工艺相同定制的对接焊缝试块,利用超声衍射时差法(TOFD)检测技术和超声相控阵检测技术进行检测,分析比较两种方法的检测结果.实验结果表明,超声TOFD检测可以高效和精确地检测出焊缝中的缺陷,但它存在近表面和近底面盲区;超声相控阵检测可以借助探头声束的聚焦和可转向的特点,检测出焊缝近表面和近底面的缺陷.因此,将两种检测方法结合使用,可以有效提高焊缝近表面检测效果,提高缺陷的检出率,实现缺陷的精确定位和定量.     

汽轮机轮缘超声相控阵检测中缺陷方向识别

利用超声相控阵检测系统对含有裂纹缺陷的外包菌型低压汽轮机叶轮圆盘实验试块进行检测.针对超声波脉冲反射法中缺陷方向难以确定,尺寸容易误判等问题,提出一种频谱分析方法,研究线状缺陷方向变化对于超声回波的影响.对于3种倾斜角度的裂纹缺陷回波信号,分析其功率谱并进行小波包的分解和重构,用"频率-能量"的方法提取各方向缺陷回波信号的能量特征.实验结果表明,各方向缺陷回波信号的能量特征差别明显,并绘制出声束轴线与缺陷的夹角和高频带所占能量之间关系曲线.该方法实现了缺陷方向的识别,并为后续线状缺陷的准确定量提供依据.     

Pattern Recognition of Weld Defects in Preprocessed TOFD Signals Using Linear Classifiers

The TOFD (Time of Flight Diffraction) technique is being widely used for automatic weld inspection, especially in the petrochemical industry, where welding quality is essential to avoid productivity losses. Although it provides high speed inspection, high sizing reliability and low rate of false defect indications, the classification of defects using ultrasound signals generated by the TOFD technique is still frequently questioned, because it depends heavily on the knowledge and experience of the operator. However, the use of computational tools for signal preprocessing and pattern recognition, such as the artificial neural networks, improves the classification reliability of defects detected by this technique. In this present work, three kinds of defects: lack of fusion (LF), lack of penetration (LP) and porosity (PO) were inserted into the specimens durin the welding process, generating pattern defects. The position, type and dimension of each inserted defect were recorded using conventional ultrasonic and radiographic techniques. The Fourier Transform and Wavelet Transform were used for preprocessing A-scan signals acquired during weld inspection by TOFD technique. This study was able to show the versatility of Wavelet Transform to preprocess these kinds of signals, since the correct scale in Continuous Wavelet Transform had been selected to supply a neural network. Hierarchical linear classifiers were implemented into the neural network in order to distinguish the main defects in welded joints detected by the TOFD technique. The results show the good success rate of welding defect recognition in preprocessed TOFD signals, mainly using Wavelet Transform. On the whole, the results obtained were very promising and could give relevant contributions to the development of an automatic system of detection and classification of welding defects inspected by the TOFD technique.     

铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷的超声检测方法研究综述

铝合金搅拌摩擦焊技术广泛运用于航空航天、汽车、船舶等制造领域,在国防工业的发展中扮演着重要角色,而超声波检测技术在对搅拌摩擦焊接头质量评估和控制方面起着不可或缺的作用。综述了铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷的超声检测方法。介绍了接头缺陷的复杂多样的特点,分别阐述了超声检测A信号分析,超声C扫检测和超声相控阵检测方法在搅拌摩擦焊缺陷检测的应用,并介绍了3种检测方法检测能力,明确了搅拌摩擦焊缺陷超声检测尚需解决的突出问题并展望了未来研究的发展方向。     

复合材料层压板分层缺陷超声相控阵检测与评估

针对碳纤维增强树脂基复合材料分层缺陷的无损检测与评估问题,通过制备预埋分层缺陷的标准试样,利用超声相控阵技术对缺陷进行无损检测与定量评估,并对测量误差进行分析。首先,在层压板铺层中间埋入聚酰亚胺薄膜制备分层缺陷试样;然后,对试样进行超声相控阵检测,通过超声S扫和C扫图像对缺陷进行定性分析与定量测量,并结合声场仿真对检测误差进行分析。结果表明:所制备试样内分层缺陷形状规则、埋深及大小与预设一致;超声相控阵步进方向检测尺寸比较准确,而扫查方向尺寸误差较大;超声相控阵技术能够准确识别分层缺陷的形状、尺寸及位置,具有很高的检测精度,对较小缺陷具有很好的检测效果。     

基于部分散射系数矩阵的缺陷识别方法研究

为了在相控阵超声成像检测时实现缺陷的定性分析,采用部分散射系数矩阵表征传感器采集到的部分散射场信息,并利用部分散射系数矩阵图进行缺陷识别。以相控阵超声全阵列采集获取到的全矩阵数据为基础,结合声波传播过程的衰减性,采用逆向补偿的方法将全矩阵数据补偿到以缺陷为中心的同一圆周上,以此获取缺陷的部分散射信息,并采用部分散射系数矩阵来表征。通过分析缺陷的部分散射系数矩阵图特征,对缺陷进行定性分析和判别。采用此方法对两种典型的缺陷进行仿真实验,结果显示,部分散射系数矩阵图不仅对圆孔和裂纹两类不同缺陷表现出差异性,对同类型不同尺寸和不同角度的裂纹也有明显的不同之处,表明利用该方法可实现缺陷的定性识别。