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。     

奥氏体不锈钢焊缝裂纹高度测量技术研究

奥氏体不锈钢管道焊缝的超声相控阵检测中,双晶纵波超声技术是一种有效的检测手段,但在测量裂纹高度时会产生一定程度的误差.本文理论分析了产生误差的原因,利用奥氏体不锈钢试块不同深度的横孔进行了修正实验,总结了双晶相控阵的缺陷深度测量误差规律.之后在含自然缺陷的奥氏体不锈钢管道试块上进行了相控阵检测,测量了裂纹高度,对比了裂纹高度的直接测量值、修正测量值和设计值.结果表明修正后的裂纹高度误差范围由之前的-2.4～1.8mm变为-2～-0.2mm,误差均方根由1.61mm变为0.98mm,均有明显降低,修正后的结果更加接近裂纹缺陷真实高度,提高了检测精度.     

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.     

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。     

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。     

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.     

风机主轴表面开口裂纹全聚焦成像技术研究

基于全聚焦成像技术,对风机主轴表面开口裂纹进行了成像检测和量化表征.建立了含表面开口裂纹的风机主轴阵列检测仿真模型,利用仿真数据和全聚焦算法进行了成像检测;基于圆形声源固体指向性函数,提出了双向补偿与极性一致因子加权的复合全聚焦成像算法,利用仿真数据对算法进行了验证.结果表明,改进的算法能够有效消除伪像,提高成像质量.对主轴试样上的裂纹进行了成像检测与量化,裂纹的轴向定位误差小于2%,深度量化误差小于8%.     

基于机器学习和超声成像的缺陷识别与分析

为了量化分析样本中的缺陷,利用卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)结合阈值分割和深度优先搜索算法实现了对超声检测图像中样品内部缺陷的识别,将实际图像输入神经网络模型中,成功完成了对缺陷的标记,验证了模型的可靠性.利用Field Ⅱ对全矩阵捕获(Full Matrix Capture,FMC)过程及对数据以全聚焦成像方法(Total Focus Method,TFM)进行成像的过程进行了仿真模拟,获得了可用于机器学习的数据集.基于方向梯度直方图(Histogram of Oriented Gradient,HOG)提取了全聚焦成像结果图的图像特征,利用改进的支持向量机(Support Vector Machine,SVM)获得由图像预测缺陷半径的模型并对该模型进行了评价.结果表明,利用上述方法提取的缺陷半径信息精准度在0.1 mm,能够应用于缺陷半径的量化分析,预测误差主要来源于数据集两端,可以通过预处理算法进一步提升检测精度.     

基于BEEI方法的软包装热封缺陷超声检测研究

将超声无损检测技术应用于软包装热封封口性能检测中,采用背散射回波包络积分(BEEI)成像方法,该方法将每一扫描点的时域回波信号进行Hilbert变换求其包络信号,将包络信号在整个回波时间段的积分值按照扫描的先后次序生成一个二维矩阵,对矩阵插值后进行成像.试验中,采用中心频率为22.66MHz的点聚焦探头,对软包装封口处直径为50—150μm的六种通道型缺陷和夹杂缺陷进行扫描,扫描区域为包含缺陷的2.98mm×1.50mm的矩形区;分析了成像矩阵中BEEI值的变异系数(CV)以及垂直于热封方向和平行于热封方向上BEEI值的变化趋势.结果表明,超声无损检测技术可以较好地应用于软包装热封质量的检测;试验所得的BEEI值的变异系数低于8%,说明整个成像矩阵中BEEI值的离散程度较小;缺陷区的BEEI均值高于背景区的BEEI均值约30%—40%.     

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。     

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。     

基于合成孔径聚焦的超声SH导波成像检测

超声水平剪切(shear horizontal,SH)导波成像检测旨在解决平板检测中检测距离增加时分辨力降低的问题。该文运用合成孔径聚焦原理,构建了16通道超声SH导波成像检测实验系统,通过分析阵列信号时频域特征揭示了声波与缺陷间相互作用的规律,对SH导波合成孔径聚焦成像算法进行了讨论,阐明了导波阵列信号时空域信息合成在聚焦成像中的应用。研究结果表明:合成孔径聚焦可用于超声SH导波成像检测,所成图像能够表征钢板中检测距离2 m以上、尺寸当量大于5 mm的缺陷信息,为深入开展工业在役大尺度结构板材的缺陷成像检测和结构健康监测提供了基础。     

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。     

超声波斜探头探伤对缺陷定位精度的影响因素探讨

探讨了超声波探伤利用短横孔试块调节时基线时,对缺陷定位精度的影响因素,以便使缺陷的定位更加准确。     

用于管道焊缝检测的激光超声系统

针对石油管道焊缝检测中被测样品粗糙,作业环境恶劣等问题,基于光折变晶体内双波混合干涉原理,研制了高频激光超声测振仪,结合激光超声的激励技术,设计了一种可用于检测石油管道表面及内部焊缝缺陷的激光超声检测系统.利用该系统分别对缺陷在表面和内部的管道焊缝试块进行了超声激励和检测实验.实验结果表明,该系统能有效地分析出被测样品表面以及内部缺陷的位置以及相应深度,检测分辨率达到0.01 mm,缺陷位置检测误差控制在2%以内.该检测系统结构紧凑可靠,操作简便,开发的高频激光超声测振仪能工作在管道焊缝检测的常见作业环境(70~75 d B低频环境噪声),具有一定的适用性.     

20MHz超声聚焦换能器的设计及其应用

为提高工业超声显微镜的成像分辨率,需要用高灵敏度的超声聚焦换能器.本文对研制的聚焦换能器的等效电路进行了理论分析,利用Matlab软件,数值模拟了聚焦换能器沿轴线方向辐射的脉冲聚焦声场,讨论了聚焦换能器的脉冲声场特性.采用特殊工艺研制压电晶片,用环氧树脂和钨粉的混合物作背衬,由此研制的主频为20 MHz宽带窄脉冲有源自聚焦换能器,在实际检测中回波仅有一个波形,缺陷的成像分辨率达0.4 mm.     

超声成像中基于虚拟阵元的双聚焦波束合成方法

针对传统动态接收聚焦DRF波束合成方法在超声成像中分辨率和探测深度方面存在的不足,提出一种基于虚拟阵元的双聚焦波束合成方法.首先利用单一固定焦点进行第一次聚焦;然后利用虚拟阵元的概念计算第二次聚焦的延时参数;最后再根据延时叠加波束合成的原理及动态聚焦技术进行第二次聚焦,得到最终成像的扫描线数据.为验证该方法的有效性,进行了点散射目标成像实验.实验结果表明:双聚焦波束合成的超声成像方法在一定程度上有效地调和了分辨率与探测深度之间的矛盾,提高了超声成像的质量.     

高频可变焦的超声显微术

在超声显微成像领域, Fresnel声学透镜作为传统球面声学透镜的一种相互补充形式, 最近受到人们的关注. Fresnel声学透镜的优点之一是平面结构, 因此制作简单. 另外一个优点就是它的会聚焦点可以随频率沿深度方向进行扫描. 研究了圆环形Fresnel表面换能器阵在固体中产生的声场和高频聚焦特性. 理论分析和实验皆表明, 这种表面阵列不但可以工作在很高的频率(如400 MHz), 而且当激励频率改变时, 会聚声场的焦点可以沿深度方向进行扫描, 即B扫描成像中的动态扫描. 基于这种聚焦原理, 研制了可调焦高分辨超声显微成像系统, 并对已知样品的小孔缺陷进行了内部的检测和成像实验.     

复杂工件内部缺陷超声柔性探头检测数值仿真

根据相控超声波一维阵列柔性探头聚焦原理,针对复杂表面不锈钢工件的内部缺陷检测,基于CIVA无损检测仿真软件,建立了上表面为半径150 mm的圆弧曲面、下表面含有三角形槽和圆形槽的复杂工件模型,分别以10 mm×10 mm分层缺陷及直径2 mm贯穿孔缺陷检测为例,定性及定量地比较了声束偏转及单点聚焦2种聚焦模式在缺陷检测上的区别.结果表明单点聚焦模式可以较好地获得缺陷在定位、定量及定性方面的信息,声束偏转聚焦模式仅能获得缺陷在定性方面的信息,采用2种聚焦模式结合的检测方法,可以获得较好的缺陷检测效果.     

相控阵检测技术在储罐内腐蚀检验方面的应用

相控阵技术是一种通过电子激发的时间不同而改变探头性质的多声束扫描技术。探头性质改变是通过相控阵探头单个晶片在脉冲发射和接收信号时引入时问变换来完成的,从而实现聚焦点和声束方向的变化,然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方式实现图像成像。相控阵探头舍有多个性质相同的晶片,可以控制聚焦深度,偏转角度和波束宽度。和常规的超声波探头比较,它的灵敏度和分辨力高,有效探伤深度范围大,探测结果准确,高效。采用相控阵C扫的模式可以在开罐情况下下,实现储罐的内部检验。对于内部孔蚀性缺陷,检验效果更加明显。