超声相控阵与全聚焦法成像特性比照评析

综述超声相控阵(PAUT)与全聚焦法(TFM)成像特性,给出了焊接试样缺陷显示实例.依据比照评析结果,提议:焊缝全覆盖检测宜用PAUT,重要缺陷区或关键区宜用TFM,以改善缺陷定量、表征结果.     

全聚焦法焊缝检测灵敏度特性

全聚焦法(TFM)是用后处理算法增强的超声技术.基于全矩阵捕获(FMC)采集数据,由TFM生成的图像几乎聚焦在每个像素上,因而能提高缺陷检出率,改善缺陷定量和表征技术.本文评析焊缝检测中某些方向性面型缺陷引起的信号波幅变化,并对此与其他技术——超声相控阵检测(PAUT)、射线检测(RT)和金相检测结果作了比较.强调声传...     

相控阵双全法改善缺陷表征

与常规技术相比,相控阵超声检测(PAUT)优势凸现:速度快,可靠性好,灵敏度高,分辨力优。应对复杂检测,PAUT总是首选技术。随着计算功效强化,新一代超声设备管控大数据能力优化",双全"法-全矩阵捕获(FMC)和全聚焦法(TFM)等先进成像技术,应运而生。结合标准许可的方法使用,这些技术可使缺陷表征大为改善。本文即论证相控阵检测与先进成像法相结合,如何为UT日常应用,强化缺陷表征过程。     

弯管焊缝曲表面超声相控阵成像检测

介绍弯管焊缝用超声相控阵检测(PAUT)安全取代射线照相检测(RT)的方法要领和细节。针对弯管焊缝沿圆周方向弯头表面几何形状变化特点,提出环焊缝用超声相控阵全聚焦法(TFM)进行成像检测,可获得高分辨力图像,且灵活性好。为验证所提出的方法,对声波在弯管壁内的传播,通过仿真平台,作了数值模拟。仿真结果表明,该法能准确测出反射源位置。最终实验证明:以此法取代RT,适用于不同尺寸的弯管环焊缝缺陷的探、判、测、评,满足相关规范标准要求。     

基于相控阵全矩阵采集的全聚焦技术应用研究

相控阵全聚焦(TFM)技术实质上是基于相控阵全矩阵采集(FMC)的图像后处理全息重构技术。介绍了相控阵一维线阵探头的TFM技术原理。给出了TFM技术的纵、横波成像检测算法模型以及算法计算公式。编写了TFM算法的VC程序,设计了TFM技术纵波检测ASTM推荐B型相控阵试块通孔,横波检测对接平板焊缝未熔合缺陷的实例。实验结果表明,基于正确的检测算法模型,TFM技术能够极大地提升缺陷检测的图像重构效果,真实地还原缺陷本身的物理特征。     

基于全聚焦成像技术的焊缝近表面平面类缺陷检测

全聚焦成像技术（TFM，total focusing method）利用虚拟聚焦算法，将采集到的每一组收发信号聚焦于成像区域的每一单元格上（虚拟聚焦点）并最终成像. Half-Skip TFM（HSTFM）是在全聚焦成像技术（TFM）的基础上发展起来的一种超声相控阵后处理成像技术. 文中分别采用TFM，HSTFM这两种算法对位于焊缝试件近下表面的典型平面类缺陷（垂直于试件表面扩展）进行了成像检测. 结果表明，TFM的成像仅观察到平面类缺陷上尖端的存在；而在HSTFM的成像中，平面类缺陷成像完整且清晰可见. 同时，试验中根据HSTFM的成像结果，测量出了缺陷的尺寸与定位信息，并具有较小的测量误差.     

奥氏体不锈钢焊缝超声阵列检测方法

在焊接热循环作用下,奥氏体不锈钢焊缝内部呈粗大柱状晶组织,且其取向在焊缝不同区域呈各向异性.针对粗大柱状晶引起的超声波散射和晶粒取向不同导致的声束偏折等问题,进行奥氏体不锈钢焊缝超声阵列检测方法研究.针对超声阵列获得全矩阵数据,发展了一种基于时间反转算子分解的超声阵列信号去噪方法.利用射线追踪法,研究了各向异性介质中超声波传播路径确定方法,并将其应用于奥氏体不锈钢焊缝超声阵列全聚焦成像的声束偏折校正.开展了奥氏体不锈钢焊缝超声阵列检测试验研究.结果表明,基于时间反转算子分解方法可以很好剔除检测信号中的散射噪声,凸显特征回波信息,可将全聚焦成像的信噪比提高10 dB,而波束偏折校正则可以提高超声阵列全聚焦成像中缺陷定位的精度.     

带不锈钢堆焊层的主管道焊缝全聚焦超声检测

针对带不锈钢堆焊层的主管道焊缝在进行超声检测时,存在结构噪声干扰严重的问题,开展了全聚焦(TFM)超声成像试验研究。以堆焊层内部深度为65 mm,直径为2 mm的侧钻孔为例,当所用阵元数从16增加到64时,其TFM图像信噪比提高了5.3 dB,阵列性能指数降低了35%。在此基础上,进一步引入相位相干成像(PCI)法,对TFM图像进行加权处理。与原始TFM图像相比,PCI法能有效改善图像的信噪比和分辨力。对于64阵元得到的图像,信噪比提高了13.19 dB,阵列性能指数降低了约65%。     

基于FSTFM技术的焊缝表面裂纹的成像检测

Full-Skip TFM(FSTFM)是在全聚焦成像技术(TFM)的基础上发展起来的一种超声相控阵后处理成像技术. 文中分别采用TFM，FSTFM这两种算法分别对典型的对接焊缝模拟试件中的上表面微小裂纹(垂直表面扩展，深度约1 mm)进行了成像检测. 结果表明，在TFM的成像中，无法观察到裂纹的存在；而在FSTFM的成像中，裂纹的根部和尖端成像清晰可见. 同时根据FSTFM的成像结果，测量出裂纹的扩展深度，且具有较小的误差. 另外，文中通过试验验证了FSTFM对于有余高的对接焊缝的上表面微小裂纹的成像检测同样适用.     

核电厂BOSS焊缝的相控阵超声检测

针对核电厂核岛不锈钢管道管座角焊缝(BOSS焊缝)体积检测工程需求,结合常规岛碳钢管道对接焊缝相控阵超声检测工程实践经验,利用超声仿真软件对核电厂一回路典型BOSS焊缝进行相控阵超声检测模拟仿真分析,制定了相控阵超声检测技术方案,进行了试件模拟缺陷的仿真分析,结果表明相控阵超声检测可对不同类型缺陷进行有效检测,为不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测工艺的开发打下了基础。     

大口径厚壁奥氏体不锈钢管道焊接接头的3D全聚焦相控阵超声检测

介绍了基于全矩阵数据采集(FMC)的全聚焦(TFM)3 D相控阵超声检测技术,并给出了用其检测大口径厚壁奥氏体不锈钢管道焊接接头的实例,可望为3D全聚焦相控阵超声检测的相关应用提供借鉴.     

全聚焦法曲面检测弯管焊缝

针对弯管焊缝沿圆周方向弯头表面几何形状变化特点,提出环焊缝用超声相控阵全聚焦法(TFM)进行成像检测,可获得高分辨力图像,且灵活性好。为验证所提出的方法,对声波在弯管壁内的传播,通过仿真平台,作了数值模拟。仿真结果表明,该法能准确测出反射源位置。实验证明此新法能取代RT,检测不同尺寸的弯管环焊缝,有效完成缺陷探、判、测、评。     

航空金属薄板分层缺陷的频率-波数域超声相控阵全聚焦法成像检测

将超声相控阵频率-波数域全聚焦算法应用于304不锈钢金属薄板分层缺陷的检测中,采用两种型号的相控阵探头分别对厚度为1 mm和3 mm金属薄板的分层缺陷进行检测,比较了时域全聚焦和频率-波数域全聚焦两种算法的成像质量。结果表明:基于时域和频率-波数域的全聚焦算法均能够检测出金属薄板的分层缺陷,相对于传统时域全聚焦成像方法,频率-波数域全聚焦法成像检测具有分辨率高、伪像区域小等优点。     

管道环焊缝的全聚焦检测

全聚焦技术是一种基于全矩阵采集的虚拟聚焦图像后处理技术,全聚焦算法将成像区域分割为多个网格,对每一网格都进行聚焦,使得超声成像结果更加均匀平滑,成像质量优于常规相控阵超声检测方法的质量。根据全聚焦成像的技术特点开展管道环焊缝相控阵超声全聚焦检测工艺方案的研究,参照管道环焊缝试块设计标准设计并制作全聚焦验证试块,针对全聚焦验证试块、全自动超声检测(AUT)校准试块开展相控阵超声全聚焦检测试验。试验结果表明,对于V型坡口,全聚焦成像效果好;对于小角度的自动焊坡口,常规全聚焦检测时接收超声回波困难,存在检测灵敏度低的问题;通过对全聚焦算法的优化改进,提高了小角度缺陷的检出率,证明全自动焊焊缝可采用全聚焦技术进行检测。     

超声相控阵全聚焦法成像检测

超声相控阵全聚焦法(TFM)是用全矩阵捕获模式(FMC)获取的数据来进行信号处理的,所有计算均以30帧/s的刷新率完成。与标准相控阵法相比,全聚焦法成像分辨力甚高,能优化缺陷的定位、定量、表征等,并可对形状复杂试件进行检测。综述了超声相控阵全聚焦法成像检测的典型工业应用,并作了相关讨论,以供国内同行借鉴。     

超声全聚焦法成像检测缺陷表征

超声相控阵(PAUT)全聚焦法是对图像重建区每一点作最佳聚焦的高级方法。本文展示用两种全聚焦法对均匀介质中的缺陷进行表征的实验结果:偏移法对横孔和水平线槽的重建图像,信噪比高、分辨力优,而标准法对倾斜线槽成像表征优。两法活用对PAUT缺陷表征颇有前景。     

新一代超声相控阵双全法成像检测

新一代超声相控阵全聚焦法(TFM)是用全矩阵捕获模式(FMC)所获数据进行信号处理的算法。所有计算均以每秒30帧刷新率完成。与标准相控阵法相比,TFM与FMC并用的"双全法"成像分辨力甚高,能优化缺陷定位、定量、表征,并可应对形状复杂试件的检测。本文综述超声相控阵"双全法"成像检测典型案例,并作相关讨论,以供业界推广应用借鉴。     

梳形密封板焊缝相控阵全聚焦成像检测技术应用

对穿顶棚管梳形密封板焊接热影响区及母材产生的疲劳裂纹,采用传统的相控阵检测方法受焊缝结构形式和裂纹延展方向的双重制约,容易漏检及误判。全聚焦成像TFM检测方法是采用相控阵的矩阵信号,数据采集量大,可进行加和处理,提高信号幅值和信噪比高。同时,矩阵信号的采集位置可根据实际结构设置和调整,便于屏蔽干扰信号。该方法对穿顶棚管梳形密封板焊缝的检测具有突出的效果,提高了缺陷检出和识别能力。     

管道环焊缝的相控阵超声检测

针对半自动焊及手工焊管道环焊缝相控阵超声检测(PAUT)提出了可靠性试验方法,设计制作了人工模拟自然缺陷,进行了PAUT、自动超声检测(AUT)等大量对比试验。通过宏观切片制作及样本统计学分析,建立了PAUT环焊缝缺陷检测的POD(Probability of Detection)曲线,以及定量能力评估的POS(Probability of Sizing)曲线,用实际数据分析了PAUT环焊缝检测的可靠性。数据结果表明,PAUT具有较高的检出率,95%置信度下达到90%检出率的缺陷尺寸为0.92mm。采用-6dB测高法得出的定量分析结果误差较大,误差平均值为2.94mm,误差标准差为1.37mm,定尺普遍偏大,离散性较大,定量方法仍需改进。     

多模式全聚焦法对焊缝内部条状缺陷的检测及定量

研究多模式全聚焦方法对钢板对接焊缝内部不同倾斜角度缺陷的定量能力。以矩形刻槽代表焊缝内的条状缺陷，采用有限元方法获取刻槽单频散射系数，同时与波传播模型结合进行全矩阵数据模拟，对倾角不同的刻槽进行仿真成像。结果表明，LL-L,TT-T,TT-L等3种半跨模式可覆盖0°～40°倾角的缺陷，TL-LT,LL-LL,TL-TL,TT-TL,TT-LL等5种全跨模式可覆盖10°～70°倾角的缺陷，对缺陷角度表征能力最佳，应在实际检测中优先考虑。另外，刻槽长度定量易受散射强度影响，用同一阈值进行定量识别并不适合全部模式。