奧氏體不銹鋼焊縫的超聲TOFD檢測技術研究.pdf

1、奧氏體不銹鋼由于其優(yōu)良的性能因而廣泛應用于很多重要的領域，在焊接過程中，由于參數(shù)的波動可能導致各類缺陷：如夾渣、裂紋、氣孔、未焊透等缺陷。為了保障焊接結構的安全性和可靠性，必須對母材和焊縫進行無損檢測評價。超聲檢測具有便攜、無害、操作簡便、檢測能力強等優(yōu)勢廣泛的用于焊縫的無損檢測中。然而，由于受奧氏體不銹鋼焊縫中粗大的柱狀晶的各向異性結構的影響，超聲波在焊縫中傳播會出現(xiàn)劇烈衰減、散射、聲束扭曲，這些不利因素導致檢測信號信噪比低、缺陷特征

2、難于分辨、對缺陷定量定位困難。因此，開發(fā)新型的奧氏體不銹鋼焊縫超聲無損檢測技術必須受到足夠的重視。
　　超聲TOFD(Time of Flight Diffraction，衍射時差法)，是利用缺陷端部產(chǎn)生的衍射波來檢測和評價缺陷的方法，比常規(guī)超聲檢測具有更高的可靠性和測量精度。使用超聲TOFD檢測技術對奧氏體不銹鋼焊縫進行無損檢測，同樣需要面對由焊縫組織結構引起的衰減及噪聲問題。本研究首先分析了缺陷的超聲TOFD檢測信號的特征規(guī)律

3、，并在此基礎上設計了自適應濾波算法對奧氏體不銹鋼焊縫中缺陷的超聲TOFD檢測信號進行處理，提高檢測信號的信噪比；最后，基于處理后的信號進行超聲TOFD成像，提高超聲TOFD掃查圖像的缺陷分辨率，避免了對缺陷的誤識或漏檢。
　　首先，本研究開展了缺陷的衍射波信號特征的研究。本研究在各種試驗條件下提取了多種人工缺陷的超聲TOFD衍射波，并分析試驗參數(shù)及缺陷端形狀對衍射波幅值分布特征的影響，試驗結果顯示：不同端部形狀人工缺陷衍射波的幅值

4、分布特征基本相同，探頭布置參數(shù)幾乎對幅值分布沒有影響。此外，通過對不同材料中缺陷端衍射波幅度分布對比可知：信號幅值分布特征不受檢測材料的影響，鋁、鋼中的缺陷端衍射波具有相同的幅度分布。
　　其次，設計了自適應濾波器并增加了門檻算法實現(xiàn)了奧氏體不銹鋼超聲TOFD檢測自適應濾波。依據(jù)輸出結果與期望信號的差的平方和定義了門檻值，在兼顧提高衍射波信噪比和保持較小信號失真的條件下獲得了最優(yōu)門檻值。在最優(yōu)門檻值下對超聲TOFD掃描的信號進行濾

5、波并成像，結果顯示濾波后噪聲信號得到了很好的消除，缺陷部分的信噪比更高，能夠更好的識別缺陷，基于濾波信號成像的檢測圖像的質(zhì)量得到了較大提高。
　　最后，優(yōu)化自適應濾波參數(shù)，獲得最佳的濾波效果。自適應濾波器參數(shù)中的步長、期望信號長度、濾波器階數(shù)對濾波效果影響較大。綜合分析自適應濾波后的幅值和能量性噪比以及自適應濾波后的掃查圖像的分辨率，得到最佳的參數(shù)如下：1)最佳步長參數(shù)選擇為0.4×A(A為輸入信號相關矩陣的最大特征值的倒數(shù))；2

6、)最佳濾波器階數(shù)為7；3)期望信號長度為0.7μs時濾波器的濾波效果最好；4)選擇期望時應選擇與超聲TOFD衍射波幅值分布特征值相似度高的信號。
　　本研究對奧氏體不銹鋼焊縫中缺陷的超聲衍射波特征信號進行深入研究，設計了高效的自適應濾波算法對檢測信號進行分析濾波，并基于濾波后信號進行超聲TOFD成像；研究結果顯示：盡管缺陷的超聲衍射波受噪聲干擾嚴重，但其幅度分布特征較為穩(wěn)定；可據(jù)此選取期望信號對檢測信號進行自適應濾波，通過設計合適