超聲TOFD法成像技術(shù)及其在焊縫缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用.pdf

1、現(xiàn)代工藝中,鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)用了大量焊接工藝,焊縫中裂紋缺陷的存在對(duì)于整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全有很大影響,為了保證焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量,必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。超聲衍射時(shí)差法(TOFD, time of flight diffraction)是一種適合于中厚度焊縫中缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法,但是受自身成像特性和材料聲學(xué)特性的影響,在該方法檢測(cè)的B掃描圖像中,缺陷的特征信息不易于獲取,因此難以實(shí)施準(zhǔn)確的定量化表征。本文通過(guò)描述聲場(chǎng)的分布及聲波的傳播過(guò)程,研究了超

2、聲TOFD法成像的正演問(wèn)題,并以此為基礎(chǔ),結(jié)合相關(guān)的信號(hào)及圖像處理技術(shù),研究了超聲TOFD法成像的反演問(wèn)題,最終提高了焊縫中裂紋缺陷的量化表征精度。主要內(nèi)容有:
　　(1)通過(guò)對(duì)聲波傳播過(guò)程的分析,利用多元高斯聲束模型,計(jì)算了工件中的聲壓分布。通過(guò)參考試驗(yàn),確定了超聲檢測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)效率系數(shù)。在此基礎(chǔ)上,采用基爾霍夫近似理論建立了幾種典型缺陷體的測(cè)量模型。利用測(cè)量模型正演了缺陷檢測(cè)的A掃描信號(hào),進(jìn)而合成了超聲TOFD法B掃描圖像。試

3、驗(yàn)結(jié)果表明:正演合成結(jié)果與實(shí)際檢測(cè)結(jié)果吻合較好,從而為檢測(cè)工藝參數(shù)的優(yōu)化、無(wú)損表征的反演問(wèn)題分析提供了基礎(chǔ)。
　　(2)針對(duì)超聲TOFD法近表面盲區(qū)內(nèi)缺陷難以識(shí)別的問(wèn)題,提出了基于拉直重構(gòu)的直通波濾除方法。
　　(3)針對(duì)超聲TOFD法檢測(cè)圖像內(nèi)由于缺陷信號(hào)呈拋物線形所造成的缺陷判定不精確的問(wèn)題,提出了一種基于合成孔徑聚焦的缺陷信號(hào)增強(qiáng)方法。通過(guò)實(shí)例分析表明,此方法能將裂紋缺陷的測(cè)量精度提高6.4％以上,實(shí)現(xiàn)了缺陷的精確判定

4、。
　　(4)在超聲檢測(cè)中掌握聲場(chǎng)分布是缺陷定位、定量的檢測(cè)關(guān)鍵。本文基于多元高斯模型設(shè)計(jì)了一個(gè)超聲TOFD法聲場(chǎng)仿真系統(tǒng)。利用仿真系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)探頭發(fā)射聲場(chǎng)的可視化,另外還可以直觀顯示超聲波在不同界面處的傳播行為。
　　(5)超聲檢測(cè)中,探頭選擇非常重要。接觸法檢測(cè)時(shí),可按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的探頭參數(shù),而使用液浸法檢測(cè)時(shí),目前還沒(méi)有科學(xué)依據(jù)。針對(duì)這一問(wèn)題,探討了一種基于近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度的探頭選擇方法。缺陷回波仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該探頭