基于激光超聲的攪拌摩擦焊接頭缺陷表征及機(jī)理研究

以航天2219鋁合金攪拌摩擦焊接頭缺陷檢測(cè)及評(píng)價(jià)為背景，研究攪拌摩擦焊焊縫典型缺陷（隧道孔、根部未焊合及S線）的缺陷表征及評(píng)價(jià)方法。建立典型缺陷的表面掠射縱波、界面波和反射縱波的瞬態(tài)聲場(chǎng)模型，形成攪拌摩擦焊焊縫弱連接缺陷、根部未焊合和隧道孔缺陷的激光超聲檢測(cè)信號(hào)反射縱波/掠射縱波幅度比值、界面波衰減及頻域特征的評(píng)價(jià)方法。結(jié)合繞射偏移成像算法，反演隧道孔缺陷輪廓的高分辨率圖像，基于檢測(cè)的缺陷信號(hào)時(shí)多頻段特征信號(hào)、聲場(chǎng)模式，給出基于結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原則的支持向量回歸建模方法，獲取典型缺陷分類、識(shí)別知識(shí)模型。實(shí)現(xiàn)激光超聲在攪拌摩擦焊缺陷檢測(cè)、評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用創(chuàng)新。

以宇航焊接結(jié)構(gòu)（件）FSW焊接頭缺陷檢測(cè)及評(píng)價(jià)為背景，本項(xiàng)目嘗試發(fā)展一種基于激光超聲的FSW典型焊縫缺陷（根部未焊合、S線和孔洞）表征及質(zhì)量評(píng)價(jià)的理論和方法。主要研究?jī)?nèi)容包括：設(shè)計(jì)FSW焊縫缺陷激光超聲檢測(cè)系統(tǒng)，提出采用激光定相位陣列激發(fā)超聲波的新方法；建立典型FSW焊縫缺陷（根部未焊合、S線和孔洞）試樣的縱波、導(dǎo)波和界面波評(píng)價(jià)體系；探究從反射縱波/直達(dá)縱波幅度比值、頻散曲線以及界面波衰減等角度提取缺陷信息的方法；發(fā)展支持向量機(jī)知識(shí)提取與建模方法探究FSW焊縫缺陷的定量識(shí)別與分類策略。試圖為解決FSW接頭焊接缺陷定量描述和識(shí)別分類的難題提供有價(jià)值的科學(xué)方法和技術(shù)途徑，并形成一定的理論方法及其技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新性結(jié)果。

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)。

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

薄板焊縫中缺陷尺寸小，周圍結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成為無損檢測(cè)中的難點(diǎn)。激光超聲是一種非常有潛力的檢測(cè)技術(shù)，本項(xiàng)目針對(duì)這一問題，提出采用脈沖激光掃描-干涉儀固定接收的檢測(cè)方式，充分挖掘波形數(shù)據(jù)所包含的豐富信息，并進(jìn)行多波成像研究。本項(xiàng)目擬從以下四個(gè)方面由淺入深地開展研究：1.半無限大材料中的多波偏移成像方法；2.有限厚度材料中的多波成像算法；3.不同類型缺陷時(shí)的子波成像質(zhì)量及優(yōu)化選擇；4.三維多波成像方法及布陣優(yōu)化。通過以上研究，建立有限厚度材料中的多波成像方法，得到對(duì)不同缺陷最為靈敏的子波成像，發(fā)展三維多波成像陣列布局優(yōu)化的方法，并將其應(yīng)用于激光超聲系統(tǒng)，不需對(duì)焊縫表面進(jìn)行處理，就可以對(duì)各種缺陷進(jìn)行成像檢測(cè)。通過本項(xiàng)目的研究，有望克服薄板焊縫中微缺陷的檢測(cè)難題，具有良好的應(yīng)用前景。