反射式非线性超声评估 P91 钢蠕变状态的试验探究

超声非线性参量作为一种表征金属材料蠕变状态的参数,通常采用透射法进行检测时需要发射换能器和接收换能器分 置于工件两侧,很难用于在役大型工件蠕变状态检测。 针对透射法存在的问题设计了反射式非线性超声检测试验系统(只需 一个超声换能器),通过分析一次底波的反射信号获得材料蠕变状态的信息。 对带有焊缝的 P91 钢试块且蠕变时间分别为 0 h、120 h、250 h,进行非线性超声检测。 实验结果表明,对于蠕变时间 120 h 和 250 h 的试块母材区,二次谐波非线性参量相对 无蠕变时增加量为 2. 9%、17. 4%,试块焊缝区相对增加量为 2%,23. 6%,试块热影响区相对增加量为 5. 6%、34%。     

基于零蠕变特征空间投影的P91钢焊接接头蠕变超声检测

为提高P91钢焊接接头蠕变超声检测灵敏度,提出一种相对性的超声检测信号处理方法。该方法使用未发生蠕变的P91钢焊接接头的检测信号生成零蠕变特征空间,将任意检测信号向该空间投影,以投影残差能量与原信号总能量的比例表征检测目标偏离零蠕变状态的程度,比例越高,则表明蠕变损伤越严重。推导了该方法的一般性数学表达,并提出利用盲源分离算法实现该方法的线性化处理。利用不同蠕变程度的P91钢焊接接头试块对该方法进行了验证试验,结果表明,与常规超声方法相比,该方法具有更好的蠕变检测能力。由于该方法为相对性检测,零蠕变特征空间的完备性对检测结果的准确性具有较大影响。该方法以评价检测目标偏离标准特征空间的程度为核心,因此对其他损伤也具有检测能力。     

边界散射对超声水平剪切导波成像检测的影响

超声水平剪切(Shear horizontal,SH)导波在工业在役板材成像检测和结构健康监测(Structural health monitoring,SHM)中有重要的应用价值。基于合成孔径聚焦方法,对钢板中人工缺陷用超声SH导波进行成像,对边界散射条件下的成像检测阵列信号进行分析,探讨了边界散射对超声SH导波成像检测的影响。研究结果表明,基于合成孔径聚焦的超声SH导波成像方法用于板材缺陷成像检测时,超声边界散射使成像信号双曲线阵列特征弱化,缺陷声波信号衰减增大,信号散射噪声增强,进而使成像清晰度降低,易导致漏检;同时边界散射会造成同一缺陷信号产生双峰或多峰,成像信号双曲线阵列特征紊乱,使成像发生畸变,会导致误检。这将为进一步改进工业在役大尺度板材超声导波成像质量与提高结构健康监测水平提供重要基础。     

P91钢焊缝蠕变的非线性超声检测

分析了金属材料蠕变过程中的非线性应力-应变关系,指出在蠕变超声检测过程中存在非线性波动现象.讨论了使用脉冲超声实现非线性检测的方法,即利用超声检测信号高频段与低频段的能量之比作为非线性的表征.分析了衰减对非线性检测的影响,并根据频率-衰减关系对非线性参数的计算方法做出了修正.应用该方法对不同蠕变状态的P91钢母材及焊缝热影响区进行了检测.结果表明,非线性参数随蠕变时间的增加呈上升趋势;该方法可以有效区分同一材质的不同蠕变状态,可以作为P91钢焊缝蠕变程度相对性检测的有效方法.     

奥氏体厚壁焊缝超声扫描检测成像

采用自行研制的超声换能器和透声楔块,对99mm厚奥氏体焊缝进行了超声扫描成像检测。为消除透声楔块中超声的散射噪声,将检测信号与楔块中的信号进行了相消处理。利用基于匹配追踪和小波分析的信号处理方法,有效消除了焊缝中粗大晶粒造成的材料噪声信号,提高了厚壁焊缝超声检测的信噪比。基于经过信号预处理的超声扫描信号,生成了焊缝的超声扫描图像,并对图像分辨率、缺陷定位精度进行了分析。结果表明:该方法可检测到焊缝试块中2人工横孔,实现了奥氏体厚壁焊缝缺陷的超声检测成像。     

复合材料超声C扫描检测装备运动控制系统

研制了一套用于航空复合材料超声检测装备的运动控制系统,该系统采用了基于PC架构的嵌入式控制器和基于WindowsCE操作系统的TwinCAT运动控制软件,运用了伺服电机控制技术,实现了逻辑控制、位置和速度控制、误差补偿、位置触发等功能,同时具有较好的电磁兼容性,满足了超声检测设备对运动控制系统提出的高速度(500 mm/s)、高精度(定位精度为0.1 mm和重复定位精度为0.05mm)、快速响应和低干扰的要求.     

基于时频分析的奥氏体焊缝超声检测信号处理

对奥氏体焊缝超声检测信号处理方法进行了研究.提出一种基于匹配追踪和小波变换两种时频分析方法的信号处理方法,分别从能量和频率的角度区分缺陷信息和材料散射噪声,提高超声检测回波的信噪比.为了验证此方法的有效性,建立了超声检测试验系统,对53 mm厚焊缝试块进行检测试验,采集了含有大量材料噪声的实际检测信号.选用sym8小波...     

基于CPLD的8位400MSPS高速信号采集卡设计

高频检测信号的采集复原情况直接决定了检测探伤所能达到的精度。介绍了一种基于CPLD的8位400MSPS采样频率的高速信号采集卡设计。其差动输入模块可有效提高共模抑制比,增强采集环境适应能力。模拟带宽70MHz,采用双通道异相A／D转换,单通道A／D转换率200MSPS,四路100MSPS异步传输存储,可实现40MHz以内高频信号的高精度采集还原,从而实现高精度的检测探伤。     

基于独立分量分析的搅拌摩擦焊缝超声无损评价

指出搅拌摩擦焊焊缝的弱连接是目前超声无损检测的难点. 提出了一种新的超声特征成像方法,包括使用独立分量分析方法(independent component analysis,ICA)对时域超声信号进行分解,进而获得检测信号的特征矩阵;根据检测信号能量传递的特点,确定检测目标特征矢量的筛选方法,将检测信号向特征矢量投影,将投影能量和作为特征参数,对搅拌摩擦焊焊缝进行声成像. 应用该方法对不同拉伸强度的搅拌摩擦焊焊缝进行了声成像检测,并与常规C扫描方法进行了对比. 结果表明,该方法的检测结果与拉伸试验具有较好的一致性,对于搅拌摩擦焊焊缝的检测灵敏度高于常规C扫描方法.     

相控阵超声检测中的近场和远场选择

相控阵超声检测使用多个阵元分别激励,通过干涉效应合成检测声场,故在激发孔径的近场区具有较强的可控性,理论上在近场区的检测效果也更好,这与常规超声优先选用远场区进行定量检测有所不同。针对上述差异,以仿真分析为主要手段,结合实际检测中常用的聚焦法则,对相控阵超声近场聚焦和远场检测的灵敏度、分辨力及定量误差进行了量化分析,总结了近场焦点和远场干涉的选用原则,并对相控阵超声定量检测提出了建议。