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。     

超声无损检测新技术的发展

对当前国内外超声无损检测新技术的应用和研究进行总结,主要研究介绍非线性超声检测技术、相控超声检测技术和面阵相控阵超声三维成像检测技术,及这三项技术在国内外的应用和发展。     

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。     

无损检测发展新趋势

本文介绍了目前无损检测领域中射线、超声、磁粉、渗透、涡流等常用技术，以及迅速发展并受人们普遍关注的超声相控阵、激光、红外、微波、磁记忆等检测新技术，并对无损检测技术未来的发展方向进行了探讨。     

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。     

无损检测新技术在电站锅炉检测中的作用探讨

近几年来,随着电磁技术与声学技术的不断发展,新出现的无损检测技术及仪器也得到了很大发展,而无损检测新技术能够确保电站锅炉运行过程中的安全性。本文主要对超声相控阵、超声导波以及内置旋转式超声波定量检测等新兴起的无损检测技术在电站锅炉中检测中的优点、缺点进行研究分析。     

超声相控阵声束时空控制仿真研究

超声相控阵检测技术是工业无损检测领域新的发展方向,其中相控发射与相控接收过程在整个检测过程中是十分关键的环节,在此过程中通过控制声束偏转聚焦到检测的各个区域内,从而达到对整个检测区的扫描。在研究超声相控阵检测原理的基础上,建立了声束时空控制模型,仿真研究了声束偏转与聚焦过程。     

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.     

合金铸件三通管超声相控阵检测研究

合金铸件三通管使用常规超声方法对其进行检测时,内壁检测区域大,难以保证声场能够覆盖整个需检测区域。结合相控阵具有动态深度聚焦、扫查范围大、扫查速度快的特点,将相控阵超声技术应用于合金铸件三通管的检测中。通过对合金铸件三通样管的人工缺陷进行超声相控阵检测并分析,该方法能有效检出工件弯曲部位的缺陷,具有较高的灵敏度和检出率,检测结果可靠。     

超声相控阵探头声场优化设计仿真

超声相控阵技术是近年来无损检测领域的研究热点.通过对超声阵列换能器中各个阵元施加独立的相位控制,可实现声束的偏转和聚焦.它可以灵活地采用多种扫描方式进行检测,检测速度快,灵敏度、分辨力与信噪比高,能检测形状复杂的物体.在相控阵超声成像检测中,要获得分辨率高的声聚焦和清晰的图像,声场的好坏是关键,而声场主要取决于阵列换能器的设计,因此阵列换能器在相控阵超声成像检测中是至关重要的.文中以线性阵列探头为研究对象,通过改变探头的参数进行仿真分析,提出优化阵列的设计方法.     

相控阵纵波超声法检测铝合金内部应力的实验研究

铝合金材料在航空航天、汽车制造、船舶制造等领域广泛应用，其制造和装备过程中的载荷应力和残余应力会直接影响铝合金构件的机械性能和疲劳寿命。为评估铝合金的内部应力，文中基于声弹性原理，研究相控阵纵波检测技术，应用纵波传播时差法构建铝合金内部应力的检测方法；搭建相控阵纵波超声检测应力的实验系统，开展标定实验，获得铝合金内部应力与纵波传播声时差的关系式，得到超声传播声时差与内部应力之间的线性关系，在0～286 MPa的拉伸应力范围内，5 mm和3 mm厚铝合金板平均应力的标定绝对误差不超过2.85 MPa和10.82 MPa，相对误差不超过2.36%和13.93%，两种规格铝合金板的最大相对误差都出现在应力小于28.58 MPa的范围内，表明在小应力测量时需提高超声测量的分辨率和精度；应用相控阵纵波检测系统对5 mm厚铝合金板试样进行检测，平均应力误差为（1.174±4.567）MPa，绝对误差小于9.42 MPa，估算得到初始残余应力为3.329 MPa。实验结果表明，相控阵纵波超声法对5 mm厚铝合金板平均应力的检测效果好，应用纵波传播时差法可以对应力类型、应力大小、残余应力进行检测，该技...     

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。     

一种基于图像融合的综合无损检测系统

介绍了一种基于虚拟仪器和嵌入式计算机技术的集超声、涡流和磁记忆三种探伤方法于一体的综合无损检测系统。该系统采用相控阵超声传感器、相控阵涡流传感器和阵列磁记忆传感器。除传感器外,所有硬件都装在一部便携式计算机内。具有功能强大、技术超前、扩展性好、携带方便等特点。非常适合于在探伤工作机动性和高效性要求高的场合,以及大型复杂设备的检测。     

先进复合材料超声无损检测新技术的应用

 针对航空航天高端装备制造与服役过程中复合材料部件的复杂型面检测、非接触检测、快速检测、现场检测等问题,依托自主研制的新型超声检测系统开展实验研究,基于相控阵超声技术实现碳纤维增强树脂基复合材料L型构件R区孔隙、分层缺陷检测;基于空气耦合超声技术实现蜂窝夹芯复合材料脱黏缺陷检测;基于激光超声技术实现碳纤维树脂基复合材料孔隙、紧固孔分层检测及耐高温复合材料分层缺陷检测。分析了各项技术的关键问题、应用范围和发展方向。研究结果表明,应用超声无损检测新技术可以实现复合材料部件的复杂型面检测、非接触检测和快速检测,并且可以现场应用。     

海洋井口采油树装置检测及风险评估方法研究

为了掌握在役海洋井口采油树装置的运行状态和完好性,保证海洋井口采油树装置的本质安全和可靠运行,开展了海洋井口采油树装置检测及风险评估方法的研究。成功移植了声发射、磁记忆、超声相控阵等检测技术,明确了海洋井口采油树装置风险评估标准体系建立的必要性。     

喷注器焊缝熔深超声相控阵定量检测

为了保证液体火箭发动机喷注器的安全性能，文中针对其复杂结构电子束焊缝，基于超声相控阵相对时间到达技术开展了焊缝熔深的定量检测方法研究，提出了水浸式相对时间到达技术检测方法；搭建了实验系统并利用CIVA仿真软件进行了检测仿真；根据喷注器截面结构设计制作了两种检测试样并对试样进行了检测实验；将焊接试样的超声检测结果与金相检测结果进行对比，验证了检测方法的有效性.采用水浸式相对时间到达技术可克服喷注器检测面尺寸小且存在凹槽难以检测的问题，实现其电子束焊缝熔深的定量检测，检测精度优于0.15 mm.     

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。     

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.     

高强度聚焦超声相控阵列的优化设计方法

高强度聚焦超声相控阵列的诸多参数直接影响着该系统的性能和制作成本。为此，提出了一种高强度聚焦超声相控阵列设计参数优化方法，用此法优化球面相控阵列的参数，合理地选择阵列排列方式、激发频率、阵元大小和球面曲线，可大大减少阵元的数目，从而实现了具有高性价比的高强度聚焦超声相控阵列。该方法对球面不等间距同心圆阵列的优化设计结果，既表明了这种优化设计方法的可行性，又给出了阵列优化设计中的一些有价值的规律。     

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。