基于非线性电磁超声表面波混频方法的金属疲劳裂纹检测

针对铝合金板材疲劳损伤检测困难的问题,构建含有疲劳裂纹界面力模型的电磁超声表面波混频调制模型,研究不同激发频率下的非线性超声表面波的混频调制效果,进而确定了激励频率。分析电磁超声表面波在铝板中的传播情况,以及不同裂纹深度和长度对非线性混频效果的影响。最后进行非线性超声表面波混频检测实验,对完好试件及疲劳试件的非线性特征进行对比分析,研究边频分量随激励信号频率、幅值、信号时延以及裂纹长度不同的变化情况,得到边频分量与微裂纹长度的关系曲线。实验结果表明,如果铝板中存在疲劳裂纹,会有边频调制分量出现;当两列混频信号同时到达疲劳裂纹时,非线性调制效应最强;通过边频分量与微裂纹长度拟合出的关系曲线可以有效监测裂纹的扩展,从而为金属疲劳裂纹的定量检测奠定良好的基础。     

疲劳裂纹的电磁超声混频非线性检测

对金属结构中疲劳裂纹的检测是结构寿命预测和失效分析的关键,线性超声或其他无损检测方法难以有效识别疲劳裂纹。以非线性波动理论为基础,根据电磁超声换能器的激发特点和兰姆波(Lamb波)的波结构特点,设计双线圈Lamb波混频电磁超声换能器,建立混频电磁超声换能器有限元仿真模型,研究混频位置和非线性系数之间的关系,分析了不同裂纹深度对超声调制效应的影响。最后,进行疲劳裂纹的电磁超声混频非线性实验,通过铝板中两个声场是否发生非线性调制来判断铝板是否有疲劳裂纹;根据疲劳裂纹板中不同位置处的非线性系数大小,对疲劳裂纹进行定位;研究非线性系数随不同裂纹长度的变化情况,依据非线性系数的变化可以有效监测裂纹的扩展。研究结果证明了所设计的Lamb波混频电磁超声换能器检测疲劳裂纹的可行性、有效性。     

不锈钢疲劳微损伤的非线性超声检测方法

针对常规超声技术无法检测微小疲劳损伤的问题,提出基于有限幅度法的疲劳损伤非线性超声检测方法。设计检测平台提供稳定可调的探头声耦合性能,提高非线性超声检测信号的稳定性;在各种激励电压下提取微损伤区的相对非线性系数,结合金相测量方法深入分析非线性系数对微小疲劳损伤的检测能力及激励电压对检测能力的影响。结果显示,相对非线性系数可定量表征金相实验无法观察的微疲劳损伤,激励电压可影响检测效率和检测分辨率,是非线性超声有限幅度法的关键检测参数。     

电磁加载对超声传播特性的影响

近年来,非线性超声技术在检测结构微损伤方面的能力引起了国内外学者广泛的关注。如何提高闭合裂纹引起的非线性声学响应是非线性超声检测技术要解决的关键问题。本文提出利用电磁加载的方式激励闭合裂纹处于动态扩展状态,并实现对超声的调制过程,进而产生较为强烈的超声非线性效应。通过研究电磁加载过程对闭合裂纹的激励效果,分析不同电磁加载参数对超声传播过程的影响特性,给出超声回波信号与电磁加载之间的对应关系,为超声非线性检测技术的工程应用提供重要依据。     

含微裂纹铝材的电磁超声Lamb波混频非线性检测及量化分析

早期微裂纹的检测是结构失效分析的关键,该文利用电磁超声Lamb波混频检测的方法,综合考虑微裂纹界面呼吸作用的特点,以弹簧模型为基础并考虑微裂纹界面的迟滞效应和阻尼力,建立含有微裂纹的三维Lamb波混频非线性检测模型,模拟混频超声波作用下微裂纹的波动状况,分析混频超声波与微裂纹界面发生的非线性作用,研究微裂纹长度与深度的变化对混频调制效果的影响.最后搭建电磁超声混频非线性检测系统,根据差频非线性系数与和频非线性系数对微裂纹长度变化敏感性的不同定义了综合系数因子,量化分析微裂纹的长度.通过实验数据得到了综合系数因子与微裂纹长度之间的关系,并对微裂纹长度进行了预测.实验结果表明,利用综合系数因子可以对微裂纹长度进行有效的预测.     

P91钢管道受限空间焊缝相控阵超声检测

针对管道受限空间焊接接头难以检测的问题,提出相控阵超声检测方法。采用CIVA仿真软件对相控阵超声检测的探头和换能器参数进行设计优化,开发了受限空间相控阵超声检测工艺,并将本文相控阵超声检测与X射线检测进行仿真对比。仿真结果表明:本文设计开发的相控阵超声检测方法可以有效检出缺陷,缺陷定位及各缺陷幅值响应规律与实测值相似;本文检测方法相较于X射线检测,在缺陷定性上基本一致,在缺陷深度及高度的测量更具优势,但上表面存在小于5 mm的盲区;对于本文检测方法表面及近表面盲区缺陷可采用增加相控阵超声探头检测位置和其他方法作为补充检测工艺。     

超声相控阵与TOFD检测技术测试结果对比分析

采用超声相控阵检测技术、TOFD检测技术和常规A型脉冲超声波检测技术对带有不同缺陷的模拟试块进行检测试验.通过试验对比可知,超声相控阵检测技术、TOFD检测技术与常规A型脉冲超声波检测技术能有效检测裂纹、未焊透、夹渣缺陷;超声相控阵检测技术更直观,可实现对缺陷的可记录检测,对缺陷定位、定量准确;TOFD检测技术利用衍射...     

超声检测技术对比研究

采用可记录超声方法(超声相控阵检测技术、TOFD检测技术)与不可记录超声检测方法(常规A型脉冲超声波检测技术)对带有预埋缺陷的焊缝模拟试块进行无损检测。实验结果表明：3种检测方法对裂纹、未焊透、夹渣等缺陷都能够有效检测;超声相控阵检测技术与TOFD检测技术在缺陷长度、深度及自身高度测量更准确,检测结果更加直观,能够实现检测过程可记录。     

电磁加载下金属板闭合裂纹的超声调制实验研究

板状类金属从加工制造到使用过程中不可避免会产生微小缺陷,如闭合裂纹。针对非线性超声检测金属闭合裂纹信号弱且易受外界干扰的问题,在闭合裂纹处进行电磁加载,增强其对超声波的调制作用。建立了电磁加载下含闭合裂纹金属板的超声调制仿真模型,通过改变电磁加载参数,研究其对超声非线性的影响,并对仿真结果进行了实验验证。仿真与实验结果表明,电磁加载下含闭合裂纹的金属板超声调制可以实现对闭合裂纹的检测;应综合考虑激励主频、二次谐波与超声调制分量相互之间的重叠问题,合理选择电磁加载频率和激励电流。     

CIVA仿真模拟风机变桨轴承的相控阵超声检测

风机变桨轴承经常出现断裂影响电力生产,为实现对变桨轴承内部状态监控,使用CIVA仿真模拟变桨轴承的相控阵超声检测工艺,探究适合变桨轴承的相控阵超声检测工艺和缺陷测量方法。针对内齿型变桨轴承缺陷特征,通过CIVA进行仿真模拟。结果表明:螺栓孔到齿根部区域采用横波斜探头扇形扫查、螺栓孔到轴承密封圈区域采用纵波直探头和横波斜探头扇形扫查相结合的方式可实现对变桨轴承的检测区域全覆盖;同时,深入探究其缺陷的测量方法,当缺陷高度不超过3 mm时可采用–6 dB法进行缺陷测量,当缺陷高度超过 3 mm时采用端点衍射法进行测量最佳。该仿真模拟技术为风机变桨轴承裂纹相控阵超声检测提供了合适的检测方法和缺陷判断技术。     

复合绝缘子内部缺陷的超声相控阵检测研究

为消除复合绝缘子内部缺陷对电网运行安全造成的隐患,针对小管径复合绝缘子缺陷检测,提出了一种基于超声相控阵的柔性水囊耦合检测方法。该方法采用硅橡胶薄膜与耦合装置实现了良好超声耦合,分别对平面硅橡胶、复合绝缘子护套与芯棒进行了检测实验。实验结果表明,对平面硅橡胶线性扫描优于扇形扫描,能够检测到0.8 mm的微小缺陷,为复合绝缘子伞群超声缺陷检测提供了新方法。对复合绝缘子护套和芯棒,扇形扫描优于线性扫描,护套最小可检测缺陷尺寸达到0.8 mm,芯棒达到1 mm,为复合绝缘子的在线检测提供了可能。     

超声相控阵检测技术的发展及应用

超声相控阵是近年来发展起来的一门新的工业无损检测技术,通过对各阵元的有序激励可得到灵活的偏转及聚焦声束,联合线性扫查、扇形扫查、动态聚焦等独特的工作方式,使其比传统超声检测具有更快的检测速度与更高的灵敏度,成为目前无损检测领域的研究热点之一。介绍了超声相控阵的检测原理及特点,综述了其国内外发展及研究现状,总结了目前超声相控阵研究热点及发展趋势,最后以汽轮机叶轮轮缘裂纹的检测和焊缝的检测为例,介绍了超声相控阵在实际工程中的应用。     

超声相控阵传感器阵元间串扰源分析及其隔离方法

通过研究超声相控阵探头阵元间串扰机理及串扰隔离方法提高近表面检测能力。 基于数值仿真技术分析了安装楔块 前后阵元间超声波串扰对检测信号及检测声场的影响,分析探头楔块对于隔离阵元间超声波串扰与近表面缺陷检测信号的作 用。 提出楔块优化方案,并通过试验方法对其进行验证。 结果显示,数值模型可直观显示阵元间的超声波串扰,提出的楔块优 化方案可将时域上的阵元间串扰信号与近表面检测信号相互隔离。 优化楔块后的相控阵探头可对深度 2 mm、直径 0. 3 mm 平 底孔进行成像检测,近表面缺陷检测能力显著提高。     

再热器顶棚穿墙管焊缝裂纹相控阵检测

分析再热器顶棚穿墙管焊缝裂纹产生的原因,选择合理的检测方法,制定相控阵检测工艺对穿墙管焊缝进行检测,并对检测结果进行分析和验证。结果表明,相控阵技术在穿墙管焊缝裂纹检测方面具有明显的技术优势,有利于缺陷的识别和判定。     

转轮焊缝相控阵超声检测工艺研究

针对常规超声检测方法在进行三维多变断面转轮焊缝检测时存在的局限性,介绍了相控阵超声检测技术的特点。根据转轮焊缝容易出现的缺陷类型制作了模拟试块,设计超声相控阵检测工艺并进行检测,对检出缺陷进行常规超声检测验证。结果表明,超声相控阵技术可明显提高检测效率及检出能力,但对位向不好的层间未熔合,仍需配合直探头在焊缝弧面进行补充检测。     

基于线阵列超声相控阵三维成像的实现研究

为进一步增强常规超声相控阵的检测能力,弥补二维检测图像对缺陷空间信息反映的单一性,获取更利于分析和评价的工业超声检测三维图像。采用携带编码器的一维线阵列换能器,借助Phascan平台及其二次开发模块采集原始扫查数据,合成带有位置信息的B扫图像,通过基于区域增长技术的混合绘制法实现缺陷的三维重建。人工缺陷对比试块的三维成像测量结果误差多小于5%,实验研究表明,该成像方法和系统能在空间上对缺陷形成一个直观体现,同时能够精确的反映缺陷的位置、形态以及尺寸等信息,为后续实验研究的开展奠定基础。     

减温器管孔裂纹的超声检测

分析了电站锅炉喷水减温器喷水管孔裂纹的超声检测方法,通过综合运用超声爬波与超声相控阵检测,能提高裂纹的检出率及定量精度,为缺陷监督运行或处理提供依据。     

不等厚复合构件的相控阵超声脱粘检测技术研究

针对不等厚金属非金属复合构件的特点,提出了采用相控阵超声检测方式对该构件界面进行脱粘检测的方法.分别采用普通聚焦探头和相控阵探头对不等厚试块进行了脱粘检测实验,采用软件延时技术对相控阵检测实验数据按聚焦规律进行合成,得到相控阵检测方式的C扫描友度图和二值化图,并计算了脱粘区域的位置和面积,检测结果与普通聚焦探头相比,可...     

基于超声相控线阵的缺陷全聚焦三维成像

在无损检测领域,缺陷三维成像能够还原材料内部缺陷的空间信息,与传统的二维成像相比有着明显的优势。目前实现超声相控阵缺陷三维成像主要依靠面阵探头,而这些设备往往十分复杂和昂贵。通过采取适当的数据采集方法和后处理成像算法,超声相控线阵系统能够实现低成本、高效率的三维超声检测成像。采用断层扫描和全矩阵捕捉的方法获取成像数据;再利用全聚焦成像算法绘制高分辨率的断层图像;根据这些图像在三维空间中真实的位置关系,插值还原出缺陷的三维图像。此外,针对全聚焦成像算法计算量大的问题,提出了一种加速算法。实验表明,这种检测方法能够快速得到目标空间区域的高质量三维图像,准确体现缺陷的空间分布情况,相比于借助B扫查图像和C扫查图像材料内部缺陷的方法,具有更强的直观性。     

基于超高频和超声波相控接收原理的油中局部放电定位法仿真研究

提出一种基于超高频和超声波相控接收阵的局部放电定位法。该方法以分别检测局部放电产生的超高频和超声波信号的相控接收阵构成平面传感器,以超高频相控接收阵检测到的局部放电超高频电磁波信号作为时间基准,由此得出接收到的超声波信号的时延,进而计算出放电点与传感器间的距离;再根据相控阵扫描的方位角和仰角,与算出的距离一起就可得出局部放电源的几何位置。多个空间位置不同的局部放电,其产生的最大信号所处的对应于空间角度的波束阵列的位置不同,相对于同一采样起始点的时间基准不同,而且时间间隔也不同,因此还可实现多局放源的定位。对这一设想进行仿真研究,结果表明该方法能对油中局部放电进行较精确的定位,并可较好地解决多局放点定位问题。