锯齿形超声相控阵声场特性

针对空心轴类零件的外表面纵向裂纹,该文提出采用锯齿形超声相控阵换能器进行电子旋转扫查检测的方法。为研究锯齿形超声相控阵探头的聚焦声场特性,首先根据射线声学原理,研究该换能器在圆弧形分界面条件下的延迟法则计算方法;其次采用有限元仿真方法分析该换能器超声声场的聚焦声场特性,结合动态光弹实验方法,对聚焦声场进行观测实验;最后在含有人工缺陷试块中进行检测实验。实验结果表明:通过设计相应的聚焦法则,可以实现电子控制声场周向扫查,在聚焦点附近声场能量增大,在远离聚焦点处声场能量减弱,瞬态观测实验声场聚焦效果与仿真结果相符,检测实验缺陷信号明显,无底波干扰。     

多参量超声相控阵技术的研究进展

超声相控阵结构健康监测在大部分结构较为复杂的缺陷检测中是一个极具应用前景的检测技术,它通过计算激励信号的时间延迟而改变波束偏转角,实现对结构的多方位扫描,并通过扫查图像获得检测结果。研究表明,该方法产生的超声波在工件损伤处的聚焦效果尤为明显,缺陷信号能量显著增强,可有效提高信噪比。主要就超声相控阵技术使用过程中,换能器指向性的影响因素和阵元数与聚焦深度之间的关系进行综述;在此基础上,针对复杂结构存在的缺陷检测问题进行常规无损检测与相控阵检测对比分析,详细阐述了相控阵的优势与不足,为更好地辨识由相关因素造成的不良缺陷提供理论基础,并为后续研究指明方向。     

厚板电子束焊缝的超声扇形扫描检测

针对传统超声斜角探伤法检测厚板焊缝宽度受限的问题,采用超声相控阵扇形扫描方法,对55 mm厚TC4电子束焊缝进行检测研究.对相控阵波束在TC4焊缝中的偏转聚焦特性及扇形扫描进行模拟分析,采用扇形扫描与D扫描、A扫描相结合的方法分析缺陷特征,给出缺陷的三维定位.结果表明：扇形扫描角度为30°～70°,采用双面检测的方法可以实现宽度有限的厚板焊缝的检测,扇形扫描图像能够更加直观地显示缺陷.在TC4电子束焊缝中检测出气孔、裂纹、未熔合和未焊透四种缺陷.通过合理设置坐标系,可以实现焊缝缺陷的三维定位,测得缺陷距离换能器楔块前沿的距离、埋藏深度和距离扫查起始位置的水平距离.     

超声相控阵检测CFRP缺陷识别方法

碳纤维增强复合材料(CFRP)以其特殊的性能广泛应用在不同领域,然而缺陷的存在严重影响材料的性能,造成重大的经济损失,甚至存在安全隐患,因此,碳纤维复合材料的无损检测与缺陷识别已成为该领域的研究热点之一.利用超声相控阵系统检测CFRP中3种常见缺陷——分层、夹杂和脱粘,得到原始A扫信号,运用小波包变换理论,提取样本特征值,建立并训练BP神经网络,对3种缺陷进行识别,识别率达到95.7%.结果表明:利用超声相控阵技术可以提高缺陷检测效率,对缺陷有良好的成像效果;小波包与BP神经网络的结合,对CFRP中的不同缺陷有较高的识别率.     

超超临界机组在役P92主蒸汽管道焊缝超声波检测

P92钢合金含量高、淬硬倾向大,焊接时熔池黏度大、流动性差,焊接工艺控制不当,容易出现未熔合、裂纹等微小缺陷。使用常规超声检测时,此类缺陷反射能量比较低,单从波形和能量上判断,容易出现漏检或误判。通过对P92钢对接焊缝超声波检测及焊缝缺陷部位解剖,提出了P92钢细小缺陷的有效检出方法,在常规超声难以分辨和判定其性质时,增加衍射时差法超声检测（TOFD）和相控阵检测,能有效避免对微小裂纹等危害性缺陷的漏检或误判。同时,分析了P92钢焊缝微小裂纹的成因,并提出了相应的解决措施,可有效提升管道焊接质量。     

碳纤维复合材料分层缺陷的超声相控阵检测方法

碳纤维复合材料(CFRP)具有相对密度小、比强度和比模量大等优点,被广泛应用于航空航天、汽车等领域。碳纤维复合材料在生产和服役过程中容易产生分层缺陷,将严重影响其力学性能。鉴于此,开展了碳纤维复合材料分层缺陷的超声相控阵检测方法研究。首先,利用超声相控阵检测仪器测量了不同大小和位置的分层缺陷超声A扫描信号;其次,通过设置A扫描信号的闸门,提取闸门内的幅值和深度信息作为表征分层缺陷大小和位置的信号特征;最后,利用提取的幅值和深度信号特征分别构建了分层缺陷的C扫描图像。结果表明,超声相控阵技术对分层缺陷有良好的成像效果,基于深度特征的图像可以准确识别分层缺陷的位置;而基于深度和幅值特征的图像用于识别分层缺陷的轮廓。     

基于相控阵超声导波扫描成像的大曲率油气对焊弯管缺陷检测

针对大曲率油气对焊弯管缺陷超声导波难以检测的问题,首先采用有限元方法分析环焊缝和弯头对L(0, 2)模态和T(0,1)模态导波的传播影响,提出基于相控阵超声导波扫描成像的检测方法;然后,采用相控阵技术控制L(0, 2)模态和T(0,1)模态导波的激励,提高2种模态导波的缺陷检出能力,同时应用A扫描和B扫描成像技术提高这2种模态导波识别缺陷的能力;最后,加工制作5根带缺陷的城镇油气管道系统中常用的大曲率对焊弯管,采用基于相控阵超声导波扫描成像的方法进行检测实验。研究结果表明:环焊缝使这2种模态导波产生反射,环焊缝和弯头使这2种模态导波产生衰减和模态转换,导致这2种模态导波难以检测出弯头及过弯头后直管部位的缺陷;该方法能够有效识别和定位大曲率油气对焊弯管的弯头缺陷和过弯头后直管中的缺陷。     

基于二维阵列的相控阵超声三维成像实现

基于二维阵列的三维成像在实现上具有阵元多、通道数多、系统复杂、回波信号弱等困难。从阵列探头的设计着手,分析了时间空间信号在离散有限长窗函数下的行为特点,推导出阵列探头设计的一般规则;在此基础上,利用脉冲回波场理论,通过计算机模拟,设计了8×8二维阵列探头,并利用该阵列实现了相控阵超声三维体数据的扫查和显示。实验表明,该系统和阵列探头具有良好的性能,扫查所得人工缺陷的三维超声图像提供了很好的轮廓、走向等信息。     

相控阵超声检测技术在航空维修中的应用

航空维修中无损检测作为重要的安全保障手段,越来越受到重视,本文介绍了相控阵超声检测技术的原理及特点,通过分析,相控阵超声检测技术可实现航空零件检测可视化,在新机新材料、新结构的缺陷检测方面具有重要的应用前景。     

高密度聚乙烯管热熔接头的全聚焦成像实验分析

基于全矩阵数据捕获(FMC),利用全聚焦(TFM)成像技术,对高密度聚乙烯(HDPE)试块中不同深度(10～50 mm)的预制横通孔缺陷进行了全聚焦成像实验分析.在MATLAB软件中编写了全聚焦成像算法,并将全聚焦成像效果与超声相控阵扇形扫描成像效果进行比较.研究结果表明:全聚焦超声成像方法对于HDPE试块内部的横通孔缺陷,能够较好地实现缺陷位置的定位.在5 MHz频率探头的条件下,检测深度达到50 mm以上,深度定位误差在2 mm以内.相比于超声相控阵扇扫方法,本文方法的 ?1 mm缺陷最大幅值标准差从16.8 dB降低到了7.5 dB,?2 mm缺陷的最大幅值标准差从21.0 dB降低到了6.2 dB,有2～3倍的提升.     

自动扫查爬壁机器人系统及调整运动

高压容器的焊缝常存在边界未熔合、未焊透、裂纹等问题,一般利用超声波串列扫查方法对焊缝进行无损检测．介绍一种用于化工容器在役检测的新型超声串列自动扫查爬壁机器人,并着重阐述了其机械结构及位置调整运动控制算法．该爬壁机器人采用磁轮吸附小车的行走方式、利用磁带进行导航和光纤传感器检测机器人状态,具有结构紧凑、导航性能好、位置调整方法可行和定位精度高等特点．实验证明该机器人方案可行,效果良好．     

奥氏体不锈钢焊缝的相控阵超声检测

由于奥氏体不锈钢焊缝晶粒组织粗大以及结构的各向异性导致超声声束的散射和畸变,其超声检测比较困难。本文分析了奥氏体不锈钢焊缝超声检测特性,在奥氏体不锈钢焊缝试块上进行了常规超声和相控阵超声检测试验。研究结果表明:对于10 mm深焊缝缺陷,相控阵超声检测信噪比可达14 dB,而常规超声技术仅获得6 dB的信噪比,对于30 mm深内部缺陷,均未取得较好的效果。     

基于TFM的奥氏体不锈钢成像算法检测

以奥氏体不锈钢为研究对象,针对现有超声相控阵技术,用仿真软件建立了大小为50 mm×50 mm的声源平面.在声源平面上建立了超声相控阵声场的可视化仿真模型,仿真了中心频率为5 MHz,阵元数为16的线性阵列换能器,按照TFM算法要求的规则采集回波信号并成像,并与现有超声相控阵成像结果进行系统地比较,发现TFM可以更准确地获得缺陷的位置信息,将TFM应用于超声相控阵检测,可以获得较好的缺陷检测效果.     

管道环焊缝相控超声检测系统设计

传统的单探头超声检测精度低、效率差，严重影响了管道环焊缝缺陷检测自动化程度的提高，为此将超声相控阵技术移植到管道环焊缝缺陷检测，设计了一套管道环焊缝缺陷检测系统，给出了检测系统的硬、软件设计．在硬件设计中，通过Matlab编程优化阵列换能器的参数，解决了一系列技术难点．试块和模拟管道的实验结果表明，该系统具有良好的超声发射与接收合成能力，而且对管道焊缝缺陷的检出率和缺陷定位均迭到检测要求，同时也证明了阵列换能器参数优化设计方法的可行性。     

涡流阵列检测缺陷的理论基础和仿真分析

针对独立研发的一套具有检测效率高且可大面积扫查涡流阵列检测技术的装置进行了系统研究.深入探讨了其工作的理论基础,并利用COMSOL有限元软件对系统进行了仿真分析.仿真结果显示该涡流阵列传感器可以对导体表面裂纹缺陷形状位置进行快速有效地判定,由此可对现实中评估裂纹缺陷起指导作用,促进实际缺陷检测的发展,提高实际缺陷检测的效率.      

基于BS7910标准的X70钢环焊缝超声相控阵检出埋藏缺陷的安全评定

为降低建设成本,长输管线通常采用高等级管线钢。对于服役约9年的X70钢管道的一道环焊缝,采用超声相控阵检测,检出5处埋藏裂纹缺陷。基于"合于使用"的原则,采用BS7910:2005标准中的2 B级评定方法进行安全评价。评定结果表明,5处埋藏裂纹缺陷均在标准允许范围内,管道可以安全运行。另外,为探索埋藏缺陷承载安全的表征方法,在缺陷对应的管道外表面贴应变花,以测量缺陷管体外表面的应变。应变测试结果表明,该方法能够表征缺陷尺度与承载能力的关系。     

聚乙烯管热熔接头超声相控阵检测及检出率定量分析

基于超声相控阵技术,通过改变探头的频率(2. 25 MHz、5. 00 MHz),对定制的聚乙烯试块中不同深度(10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、30 mm、35 mm、40 mm)、直径分别为1 mm和2 mm的横通孔缺陷进行检测和分析,并利用超声相控阵技术进行了检出率定量分析。研究结果表明:采用较低频率的探头,对较大的缺陷能取得更好的检测结果。在95%的置信区间下限,90%缺陷检出率时,2. 25 MHz探头和5. 00 MHz探头能检测到直径为1 mm的横通孔缺陷深度分别为26. 21 mm和14. 98 mm。     

真空铸造下镍基高温合金铸件氧化膜缺陷分析

通过扫描电镜观察镍基高温合金试棒断口是否存在膜状氧化物。对断口区域是否为氧化物的判断采用能谱仪和波谱仪，研究表明，氧化膜夹杂缺陷引起合金内部氧化膜周围的含碳量增加，产生微观裂纹，严重影响铸件的整体性能及使用寿命．平稳浇注情况下，采用过滤网对炉内的氧含量、惰性气体及真空度加以严格控制可有效避免镍基高温合金铸件的双氧化膜缺陷产生．     

相控阵检测在锅炉悬吊管中的应用

为了消除锅炉悬吊管焊缝因射线检测遗漏的超标缺陷对机组安全运行造成的隐患,利用相控阵检测对经射线检测合格后的悬吊管焊缝进行复检。结果表明:相控阵检测能发现射线检测遗漏的缺陷,检测数据与缺陷实际情况吻合较好;相控阵检测比射线检测效率高、精度高且成本低;相控阵检测代替射线检测用于锅炉管道焊缝检测是可行的,为锅炉管道的质量检验提供了一种新的思路。     

超声无损检测及实验教学系统的研究与开发

开发了一套超声无损检测计算机集成系统。该系统集测试、控制、数据采集与模式识别于一体，系统扫查精度高、数字信号采集与处理功能强、有多种图形图像输出模式，能够用于多种材料结构的无损探伤和缺陷评价，满足工业产品的质量控制、新材料研发及无损检测实验教学工作的需要。