大型鍛件中缺陷超聲陣列檢測(cè)與識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)研究

針對(duì)大型鍛件結(jié)構(gòu)尺寸大，形狀復(fù)雜，通常為粗大晶粒結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)制造過程中易產(chǎn)生白點(diǎn)、裂紋等危害性極大缺陷，以及大型鍛件應(yīng)用場景的極端重要性，本項(xiàng)目立足于發(fā)展大型鍛件超聲陣列無損評(píng)價(jià)方法，突破缺陷感知和識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)，提出陣列全場、定量缺陷成像識(shí)別新方法。主要研究內(nèi)容包括：1）研究了構(gòu)件中缺陷超聲散射場提取方法，分析了大型鍛件中典型缺陷與超聲波相互作用機(jī)理；2）進(jìn)行了不同檢測(cè)參數(shù)下大型鍛件典型缺陷超聲陣列成像數(shù)值仿真及檢測(cè)實(shí)驗(yàn)研究，分析了超聲陣列檢測(cè)參數(shù)對(duì)缺陷檢測(cè)效果的影響；3）進(jìn)行了基于超聲陣列成像技術(shù)的缺陷識(shí)別及定量評(píng)價(jià)方法研究，并將其應(yīng)用于實(shí)際大型鍛件損傷檢測(cè)與識(shí)別中。通過項(xiàng)目研究工作，取得以下研究結(jié)果：1）利用子陣列的思想，建立了缺陷超聲散射系數(shù)計(jì)算模型。研究了超聲散射系數(shù)分布與缺陷方向的關(guān)系，提出一種基于散射系數(shù)分布的裂紋缺陷方向識(shí)別方法。2）基于仿真及檢測(cè)實(shí)驗(yàn)獲得的全矩陣數(shù)據(jù)，提取缺陷部位的散射系數(shù)分布，研究相控陣探頭位置及子陣列參數(shù)對(duì)散射系數(shù)分布的影響。在確定最佳檢測(cè)位置的基礎(chǔ)上，利用主成分分析法評(píng)價(jià)子陣列參數(shù)對(duì)裂紋識(shí)別效果的影響，并優(yōu)化出最佳的檢測(cè)參數(shù)，為實(shí)際大型鍛件檢測(cè)提供基礎(chǔ)；3）基于子陣列的概念，在普通全聚焦成像基礎(chǔ)上，提出了一種基于矢量全聚焦的超聲陣列裂紋方向識(shí)別方法，并將其應(yīng)用于試塊中不同方向人工裂紋的檢測(cè)；4）通過數(shù)值仿真和檢測(cè)試驗(yàn)，研究了金屬夾雜缺陷的材料類型對(duì)超聲檢測(cè)信號(hào)的時(shí)域、頻率的影響，提出了可用于夾雜缺陷表征的超聲特征參數(shù)；同時(shí)，基于超聲陣列獲得的全矩陣數(shù)據(jù)，將全聚焦成像技術(shù)應(yīng)用于夾雜缺陷的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了夾雜缺陷的檢測(cè)與定位；5）將基于矢量全聚焦和散射系數(shù)分布的缺陷識(shí)別方法應(yīng)用于典型鍛件中缺陷的檢測(cè)及識(shí)別，結(jié)果表明，兩種方法可以很好實(shí)現(xiàn)大型鍛件中裂紋缺陷檢測(cè)及方向識(shí)別，誤差較小。課題研究工作為實(shí)際大型鍛件裂紋及夾雜缺陷檢測(cè)提供了可行的解決方案。

針對(duì)大型鍛件結(jié)構(gòu)尺寸大，形狀復(fù)雜，通常為粗大晶粒結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)制造過程中易產(chǎn)生白點(diǎn)、裂紋等危害性極大缺陷，以及大型鍛件應(yīng)用場景的極端重要性，本項(xiàng)目立足于發(fā)展大型鍛件超聲陣列無損評(píng)價(jià)方法，突破缺陷感知和識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)換能器陣列，提出陣列全場、定量缺陷成像識(shí)別新方法。主要研究內(nèi)容包括：1）在考慮衰減情況下，研究大型鍛件中陣列聲場分布特性及與缺陷作用機(jī)理，揭示衰減對(duì)鍛件中超聲波幅度和相位的影響規(guī)律；2）建立換能器陣列結(jié)構(gòu)、檢測(cè)參數(shù)與合成聲場特征指標(biāo)的多維優(yōu)化模型，對(duì)陣列結(jié)構(gòu)與檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，研制大型鍛件檢測(cè)專用換能器陣列；3）在考慮衰減的情況下，研究陣列檢測(cè)信號(hào)全場聚焦成像和缺陷識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大型鍛件中復(fù)雜缺陷的全場、定量辨識(shí)，為提高我國高端大型鍛件的制造能力提供強(qiáng)有力的質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。

以管道缺陷為檢測(cè)對(duì)象，以超聲波為檢測(cè)手段，研究了基于稀疏采樣的管道缺陷超聲波復(fù)合陣列內(nèi)檢測(cè)技術(shù)，在準(zhǔn)確保留超聲檢測(cè)信號(hào)特征參數(shù)信息的基礎(chǔ)上，大幅度減少了檢測(cè)過程中產(chǎn)生的超聲回波信號(hào)采集數(shù)據(jù)量，便于全部檢測(cè)數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)處理。結(jié)合超聲復(fù)合陣列傳感器，能夠快速檢測(cè)出壁厚變化類、滲漏孔、軸向及周向裂紋多種類型的缺陷。通過本項(xiàng)目的研究，建立了專用的超聲專業(yè)字典，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)脈沖超聲信號(hào)的最稀疏表達(dá)；在理論上建立了超聲檢測(cè)信號(hào)稀疏采樣的理論框架，并且采用硬件電路首次實(shí)現(xiàn)了超聲檢測(cè)信號(hào)物理稀疏采樣，突破了傳統(tǒng)奈奎斯特采樣的局限，電路性能滿足設(shè)計(jì)要求；在不重構(gòu)原檢測(cè)信號(hào)的基礎(chǔ)上，直接由稀疏采樣得到的數(shù)據(jù)解算出了回波信號(hào)的聲學(xué)特征參量，解決了稀疏采樣值恢復(fù)原始檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間貪婪性問題；建立了超聲傳感器復(fù)合陣列空間結(jié)構(gòu)參數(shù)與缺陷回波特征參數(shù)關(guān)聯(lián)模型，實(shí)現(xiàn)了稀疏采樣條件下不同類型缺陷重構(gòu)與可視化成像。達(dá)到了項(xiàng)目申請(qǐng)時(shí)的既定目標(biāo)。 2100433B

《大型鑄鍛件及結(jié)構(gòu)件超聲波探傷》較完整地介紹了大型鑄鍛件的超聲波探傷，重點(diǎn)介紹了不同類大鍛件如汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、筒形鍛件、真空處理鍛件、鋼板、復(fù)合板、真空處理與調(diào)質(zhì)處理碳鋼與合金鋼壓力容器鍛件以及奧氏體鋼鍛件的超聲波檢測(cè)?！洞笮丸T鍛件及結(jié)構(gòu)件超聲波探傷》的特點(diǎn)是不但介紹了大型鑄鍛件的工藝特點(diǎn)，而且對(duì)鑄鍛件的物理性能及其冶金缺陷的成因與缺陷超聲特征作了論述?！洞笮丸T鍛件及結(jié)構(gòu)件超聲波探傷》介紹的方法均是當(dāng)前國際上通用的方法，具有實(shí)際操作意義。

《大型鑄鍛件及結(jié)構(gòu)件超聲波探傷》適合金屬材料及其制件超聲波檢驗(yàn)的技術(shù)人員閱讀參考。

管道超聲內(nèi)檢測(cè)技術(shù)目前面臨的突出問題是檢測(cè)數(shù)據(jù)量太大，無法實(shí)現(xiàn)全部數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)處理，無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種缺陷快速檢測(cè)。本課題擬開展基于稀疏采樣的超聲傳感器復(fù)合陣列快速檢測(cè)壁厚變化類缺陷、滲漏孔、軸向及周向裂紋的機(jī)理和方法研究。首次提出超聲專業(yè)字典概念，實(shí)現(xiàn)超聲檢測(cè)回波信號(hào)最稀疏表達(dá)；創(chuàng)新性運(yùn)用稀疏采樣原理，提出超聲傳感器檢測(cè)回波信號(hào)稀疏采樣機(jī)理與前端物理實(shí)現(xiàn)方法；創(chuàng)新提出稀疏采樣值快速解算缺陷回波信號(hào)特征參數(shù)方法，無需重建檢測(cè)信號(hào)，解決稀疏采樣值恢復(fù)原始檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間貪婪性問題；采用超聲傳感器復(fù)合陣列方法，建立陣列空間結(jié)構(gòu)參數(shù)與缺陷回波特征參數(shù)關(guān)聯(lián)模型，實(shí)現(xiàn)稀疏采樣條件下不同空間趨向缺陷重構(gòu)。本課題將為解決目前管道超聲內(nèi)檢測(cè)技術(shù)難題提供科學(xué)依據(jù)。