大型鍛件中缺陷超聲陣列檢測與識別關(guān)鍵技術(shù)研究結(jié)題摘要

針對大型鍛件結(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、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，本項目立足于發(fā)展大型鍛件超聲陣列無損評價方法，突破缺陷感知和識別關(guān)鍵技術(shù)，提出陣列全場、定量缺陷成像識別新方法。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理；2）進行了不同檢測參數(shù)下大型鍛件典型缺陷超聲陣列成像數(shù)值仿真及檢測實驗研究，分析了超聲陣列檢測參數(shù)對缺陷檢測效果的影響；3）進行了基于超聲陣列成像技術(shù)的缺陷識別及定量評價方法研究，并將其應(yīng)用于實際大型鍛件損傷檢測與識別中。通過項目研究工作，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別方法。2）基于仿真及檢測實驗獲得的全矩陣數(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)對散射系數(shù)分布的影響。在確定最佳檢測位置的基礎(chǔ)上，利用主成分分析法評價子陣列參數(shù)對裂紋識別效果的影響，并優(yōu)化出最佳的檢測參數(shù)，為實際大型鍛件檢測提供基礎(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別方法，并將其應(yīng)用于試塊中不同方向人工裂紋的檢測；4）通過數(shù)值仿真和檢測試驗，研究了金屬夾雜缺陷的材料類型對超聲檢測信號的時域、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，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，實現(xiàn)了夾雜缺陷的檢測與定位；5）將基于矢量全聚焦和散射系數(shù)分布的缺陷識別方法應(yīng)用于典型鍛件中缺陷的檢測及識別，結(jié)果表明，兩種方法可以很好實現(xiàn)大型鍛件中裂紋缺陷檢測及方向識別，誤差較小。課題研究工作為實際大型鍛件裂紋及夾雜缺陷檢測提供了可行的解決方案。

針對大型鍛件結(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、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，本項目立足于發(fā)展大型鍛件超聲陣列無損評價方法，突破缺陷感知和識別關(guān)鍵技術(shù)，優(yōu)化設(shè)計換能器陣列，提出陣列全場、定量缺陷成像識別新方法。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理，揭示衰減對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)、檢測參數(shù)與合成聲場特征指標(biāo)的多維優(yōu)化模型，對陣列結(jié)構(gòu)與檢測參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，研制大型鍛件檢測專用換能器陣列；3）在考慮衰減的情況下，研究陣列檢測信號全場聚焦成像和缺陷識別技術(shù)，實現(xiàn)大型鍛件中復(fù)雜缺陷的全場、定量辨識，為提高我國高端大型鍛件的制造能力提供強有力的質(zhì)量評價體系。

以管道缺陷為檢測對象，以超聲波為檢測手段，研究了基于稀疏采樣的管道缺陷超聲波復(fù)合陣列內(nèi)檢測技術(shù)，在準(zhǔn)確保留超聲檢測信號特征參數(shù)信息的基礎(chǔ)上，大幅度減少了檢測過程中產(chǎn)生的超聲回波信號采集數(shù)據(jù)量，便于全部檢測數(shù)據(jù)的有效存儲和實時處理。結(jié)合超聲復(fù)合陣列傳感器，能夠快速檢測出壁厚變化類、滲漏孔、軸向及周向裂紋多種類型的缺陷。通過本項目的研究，建立了專用的超聲專業(yè)字典，實現(xiàn)了檢測脈沖超聲信號的最稀疏表達；在理論上建立了超聲檢測信號稀疏采樣的理論框架，并且采用硬件電路首次實現(xiàn)了超聲檢測信號物理稀疏采樣，突破了傳統(tǒng)奈奎斯特采樣的局限，電路性能滿足設(shè)計要求；在不重構(gòu)原檢測信號的基礎(chǔ)上，直接由稀疏采樣得到的數(shù)據(jù)解算出了回波信號的聲學(xué)特征參量，解決了稀疏采樣值恢復(fù)原始檢測信號的時間貪婪性問題；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。達到了項目申請時的既定目標(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，重點介紹了不同類大鍛件如汽輪機轉(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?！洞笮丸T鍛件及結(jié)構(gòu)件超聲波探傷》的特點是不但介紹了大型鑄鍛件的工藝特點，而且對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。《大型鑄鍛件及結(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的技術(shù)人員閱讀參考。

管道超聲內(nèi)檢測技術(shù)目前面臨的突出問題是檢測數(shù)據(jù)量太大，無法實現(xiàn)全部數(shù)據(jù)的存儲和實時處理，無法同時實現(xiàn)多種缺陷快速檢測。本課題擬開展基于稀疏采樣的超聲傳感器復(fù)合陣列快速檢測壁厚變化類缺陷、滲漏孔、軸向及周向裂紋的機理和方法研究。首次提出超聲專業(yè)字典概念，實現(xiàn)超聲檢測回波信號最稀疏表達；創(chuàng)新性運用稀疏采樣原理，提出超聲傳感器檢測回波信號稀疏采樣機理與前端物理實現(xiàn)方法；創(chuàng)新提出稀疏采樣值快速解算缺陷回波信號特征參數(shù)方法，無需重建檢測信號，解決稀疏采樣值恢復(fù)原始檢測信號的時間貪婪性問題；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)檢測技術(shù)難題提供科學(xué)依據(jù)。