应用混频超声检测微小缺陷

高端飞行器的可靠性往往受限于其发动机内部盘、板等构的结构强度和使用寿命,因此对这类部件的无损检测在制造业上具有巨大需求。超声检测作为一种应用广泛、高效、环保的检测方法,常常被应用于这类构件的检测中。但是,大厚度盘、板类构件内的微小缺陷反射能力弱,常规超声脉冲反射法无法进行有效检测。为实现大厚度盘、板类构件内部微小缺陷的识别和定位,采用共线异侧纵波混频法,通过和差频信号特征识别微小缺陷;研究缺陷埋深变化对混频效果的影响,通过测量和差频信号幅值变化,实现微小缺陷的深度定位。结果表明：该方法可有效识别7075铝合金中埋深80 mm的?0.2 mm横孔微缺陷,且可实现微小缺陷的深度定位。     

基于分布式激光超声的带筋构件R区缺陷检测方法

针对带筋构件R区多类型缺陷的快速检测和精确识别等难题，提出基于分布式激光超声的带筋构件R区缺陷检测和分类识别方法。通过建立有限元模型研究了激光超声在带筋构件中的传播规律及其与R区表面裂纹、近表面气孔等缺陷的相互作用机理，进而设计制作了含典型人工缺陷的6061铝合金带筋构件试样，开展激光超声检测实验。实验获得的缺陷时域信号与B-scan特征图像及仿真结果一致，基于反射与衍射原理实现了对带筋构件R区缺陷定位与定量检测，从而验证了所提分布式激光超声检测方法的可行性，为带筋构件制造缺陷的快速检测和分类识别提供了新思路。     

基于模式分离的兰姆波逆时偏移成像

应用频率域逆时偏移方法实现各向同性和各向异性板中缺陷的兰姆波成像.由于缺陷引起的多模态散射信号会在重建图像中形成伪像,根据基本导波模式振动对称性的差别进行了模式分离预处理.基于多元阵列超声技术,开展了铝板和复合板内缺陷频率域逆时偏移超声成像方法的数值仿真研究.首先,建立有限元模型,采用环形传感器数值采集由缺陷引起的兰姆波散射信号,然后,将采集到的多模式散射信号进行模式分离处理,再将模式分离后的兰姆波散射信号经时间反转后并在相应的接收器处重新激励,在频域中运用格林函数反向传播兰姆波散射信号,获取监测区域的声场信息,与正向传播声场进行互相关,重建缺陷图像.首先对铝板中单缺陷以及复合材料板中相邻的两个相同缺陷进行数值仿真,对比有无模式分离处理的缺陷逆时偏移成像效果,体现出模式分离的重要性.在此基础上,采用逆时偏移方法对复合板材内位置邻近、深度不同的双缺陷进行识别.数值结果表明,模式分离预处理后的缺陷重建图像能够有效去除多模式干扰产生的伪像.文中提出的成像方法对各向同性板和各向异性板内缺陷的检测和成像具有很好的发展潜力,可以准确地探测多个缺陷的形状、尺寸和深度.     

特殊几何构件超声衍射时差法技术有限元模拟

衍射时差法(Time of flight diffraction,TOFD)技术是一种能够探测和精确测量缺陷尺寸的新型超声无损检测方法,针对该检测方法具有缺陷检出率高、缺陷定位定量精度高等优点。本文采用商业有限元软件ABAQUS,对汽包筒体与球形封头不等厚对接和超高压水晶釜两种特殊几何构件进行了超声TOFD技术的二维数值模拟研究,分析了超声波在这两种构件中的传播特性和规律。经分析从构件表面不同位置接收到的波型,当构件中存在损伤时,通过接收损伤所引起的衍射波,可判断构件中是否存在缺陷。模拟结果表明能够将超声TOFD技术应用于这两种特殊结构的压力容器构件,可扩大超声TOFD技术的应用范围。     

超声波检测钢和铝中的缺陷特征

本文利用欧能达-3600型号超声波探伤仪研究钢与铝这两种金属材料中典型的缺陷伤口的超声波波形;通过对曲面反射型缺陷的超声检测波形以及超声动态波形的特征进行定性分析,研究材料中实际的气泡、缩孔等典型曲面反射型缺陷的反射脉冲式超声波波形的特征。研究结果表明:材料中气泡、缩孔等曲面反射型缺陷,其超声检测波形的特征非常相似;但是由于缺陷界面的声阻抗等声场特征参量的不同,会导致检测得到的缺陷波形会有一些细微的差别。     

基于空耦超声Lamb波的金属板状结构内部缺陷检测方法

针对接触式超声检测方法在金属板结构内部缺陷实际工程检测中存在的环境要求高、效率低、操作难度高等问题,提出了空耦超声Lamb波检测方法,该方法能更好地适应现场应用环境,提高检测效率,减少传感器数量。通过有限元仿真和实验分析比较了空耦超声检测与接触式超声检测两种方法接收到的信号和成像效果。结果表明:有限元仿真和实验中,空耦超声检测方法对缺陷位置的定位误差分别为2 mm和3.6 mm,接触式检测方法对缺陷位置的定位误差分别为2 mm和11.3 mm,空耦检测具有较高的定位精度;单侧激励条件下,适合采用A0模态Lamb波对板内缺陷进行检测;空耦超声检测可以通过调整信号接收角度接收单一模态Lamb波,避免伪像产生。该方法为后续金属板状结构内部缺陷的空耦超声检测提供参考。     

在役枞树型叶根原位相控阵超声检测技术*

本文是利用相控阵超声检测成像技术对枞树型叶根进行全覆盖检测系列文章的第二篇。根据检测工艺制作人工缺陷参考试块对叶根不同区域缺陷的检测覆盖和检测灵敏度进行验证研究,并与CIVA模拟缺陷信号结果进行对比。首先采用文章Ⅰ得出的全覆盖检测工艺进行相控阵超声检测实验,针对叶根检测空间受限设计了夹具对探头进行控制,保证了耦合与检测结果的重复性,实现叶根检测数据与检测位置的对应。检测结果表明：(1)叶根内、外弧缺陷相控阵检测数据成像与Civa仿真缺陷模拟检测结果基本一致,说明利用三维扫描尺寸建模和声学仿真模拟软件可有效解决不同规格枞树型叶根全覆盖检测工艺开发难题;(2)根据相控阵检测数据S视图和A视图,结合叶根截面外形结构图可有效判别叶根各截面第1齿根处的缺陷,实现了叶根相控阵全覆盖检测;(3)按照该相控阵组合检测工艺检测出的缺陷信号信噪比高,定位精准,能有效实现在役叶根原位检测。研究结果对相控阵超声技术在汽轮机叶根在役检测工程应用具有较大的参考价值。     

各向异性焊缝缺陷超声阵列全聚焦成像方法

针对奥氏体不锈钢焊接构件安全评价需要,对各向异性结构中超声波传播特性进行了研究,利用射线追踪法确定了各向异性介质中声波传播路径。在传统全聚焦成像基础上,发展了一种用于各向异性焊缝中缺陷检测的超声阵列全聚焦成像方法。通过数值仿真和实验,研究了介质材质对超声阵列成像的影响,结果表明,发展的全聚焦成像方法可以很好实现各向异性焊缝中缺陷检测,缺陷定位更准确。项目研究工作为奥氏体不锈钢焊缝检测提供了可行的技术方案.     

基于电磁超声换能器的火车轮探伤研究

利用电磁超声探伤方法对检测火车轮表面及近表面缺陷进行实验探究,从而保证车轮质量,避免事故发生。文章介绍了火车车轮电磁超声探伤的原理和方法。根据电磁超声表面波辐射扩散角的分布情况,得出利用电磁超声表面波进行车轮踏面探伤的可行性。将制作的小巧换能器探头与便携式电磁超声探伤仪配合,能够实现对车轮的快速探伤检测。通过大量的车轮探伤实验,检出了典型车轮踏面缺陷。根据检测波形特点并结合生产工艺情况,分析得出产生缺陷的原因。研究表明:电磁超声无损检测方法能够快速、有效检出车轮踏面缺陷。     

变厚度多边形蜂窝结构的超声C扫描检测方法

为了解决变厚度多边形蜂窝结构超声波检测难和检测效率低的问题,采用了灵敏度补偿和多边形扫查路径规划相结合的超声C扫描方法进行检测。在扫查检测过程中,一是根据构件厚度变化进行灵敏度补偿,消除因厚度变化而引起的超声信号衰减对检测结果的影响;二是根据构件几何形状对此类构件进行多边形扫查路径规划,减少探头的空扫描范围,提高检测效率。试验结果表明:该检测方法能准确、高效地检出变厚度多边形蜂窝结构中的缺陷。     

基于卷积神经网络的气体绝缘组合开关盆式 绝缘子螺栓松动检测方法*

盆式绝缘子是GIS的关键绝缘器件,它与两侧气室法兰通过螺栓进行紧固连接,当螺栓松动时会导致盆式绝缘子应力分布不均,严重时会引起绝缘子破裂,从而影响GIS运行的安全性和可靠性。文章搭建了盆式绝缘子螺栓松动超声波检测系统,以获取不同螺栓不同工况下的超声信号,基于卷积神经网络对超声信号进行特征提取,并且与BP神经网络的训练结果进行对比分析。实验结果表明,卷积神经网络可以自动提取GIS盆式绝缘子螺栓松动特征量,对十种螺栓松动工况的识别准确率达到100%,相比于BP神经网络具有较高的识别准确率,该方法可以直接用于盆式绝缘子螺栓松动检测。     

Estimation of clamping force in high-tension bolts through ultrasonic velocity measurement

The estimation of clamping force has been regarded as the main issue in the maintenance of high-tension bolts. This paper proposes a method which uses the dependency of ultrasonic velocity on stress based on the nonlinear elastic effect. The variation of ultrasonic velocity in the range of actual stress acting in the bolt is very small so that the precise measurement of ultrasonic velocity is needed. In this paper, we adopt a method to measure ultrasonic velocity, where the TOF (time of flight) of a tone-burst ultrasonic wave is precisely measured by using the phase detection technique. In order to verify the usefulness of the proposed method, two kinds of experiments are carried out. The first one measures ultrasonic velocity when the bolt is stressed by the tension tester, and from this, the exact axial force acting in the bolt can be determined. The results show good agreement with the expected linear relationship between ultrasonic velocity and axial stress. The second experiment measures ultrasonic velocity when the bolt is stressed by the torque wrench. The results show that ultrasonic velocity decreased as the torque increased, which is identical to the theoretically expected tendency. From these results, it can be said that the proposed method is adequate in evaluating clamping force in high-tension bolts.     

残余应力的超声横纵波检测方法

基于声弹性原理,研究板材厚度方向、螺栓轴向方向(以下简称z轴方向)宏观残余应力分布的超声无损检测方法。针对被测构件厚度不均匀对应力检测精度的影响非常大、检测原理繁杂不适合工程应用、拉伸实验中拉伸形变对应力系数测量精度的影响很大等问题,采取超声横波、纵波相结合的方法重新推导检测公式,并提出采用一发一收模式进行拉伸实验,通过对实验数据进行拟合,由公式计算出声弹性系数代替应力系数。然后结合插值、互相关等算法,采用VC++编制z轴方向残余应力超声检测软件并搭建检测系统。分别对性能为A2-70,4.8,8.8,长度依次为135 mm,100 mm,100mm的M20的螺栓进行拉伸实验,比对计算拉伸应力与检测拉伸应力,结果表明,该测量系统的绝对误差限为20 MPa,相对误差小于25%,且应力值较大时,相对误差有所减小,当应力值大于100 MPa时,相对误差小于5%,非常实用。      

Application of laser ultrasonic technique for non-contact detection of drilling-induced delamination in aeronautical composite components

The detection of drilling-induced delamination in composite components is a vital and challenging task in aviation industry. Numerous key components of aircrafts are made of composite materials, and drilling is often a final operation during assembly. Drilling-induced delamination is a very serious defect that significantly reduces the structural reliability, but it is rather difficult to be detected effectively due to its special location. A novel application of laser ultrasonic technique for the detection of drilling-induced delamination in composites is presented in this paper. A carbon fiber reinforced plastic laminate with drilling holes was made as specimen. A laser ultrasonic system was constructed and experiments were performed to detect the drilling-induced delamination, based on propagation characteristic of ultrasonic waves generated by pulse laser with a wavelength of 1064 nm and pulse duration of 10 ns. A laser interferometer based on two wave mixing is used to measure ultrasonic wave signals, and the morphology features of the delamination are imaged clearly by laser ultrasonic C-scan testing. The results proved that the laser ultrasonic technique is a feasible and effective method for the detection of drilling-induced delamination in composite components.     

光杆六角螺栓的视觉检测

为了测量光杆六角螺栓的外形尺寸,提出了一种基于图像测量的视觉检测方法。简要介绍了六角螺栓制造的工艺流程,指出了光杆螺栓检测的重要性。在分析Hough变换原理的基础上,介绍了圆的检测方法,提出了一种基于特征的正六边形检测方法。首先进行直线检测,利用检测到的直线建立直线方程,其次根据方程求取相邻直线的交点,计算每条边的长度和相邻两边的夹角。最后利用Hough变换的圆检测方法检查交点是否在同一圆周上。在检测实验中螺杆直径的测量误差为0.37%,螺栓头部正六边形的角度测量误差为0.40%,边长测量误差为1.25%。结果表明,该方法是有效的,能较准确地检测出光杆六角螺栓的外形尺寸。     

用于铝板缺陷无损检测的激光超声有限元模拟研究

激光超声技术能够在材料表面形成超声波，是实现材料缺陷无损检测的重要环节。借助Abaqus有限元分析工具，基于激光超声热弹机制建立了轴对称铝板的表面缺陷模型，模拟了激光激发产生的表面波在材料中的传播特性及其与铝板缺陷的相互作用过程。数值模拟实验表明，铝板表面缺陷的分布深度值越大，反射波越强，并且当缺陷深度达到一定程度时，反射波的幅值趋于稳定；但缺陷的分布宽度对于反射波的影响则十分有限。所得结论为基于激光超声的材料缺陷的定量检测及识别提供有效的理论依据。     

改进的Faster-RCNN算法在聚乙烯管接头内部缺陷检测中的应用

超声相控阵技术是目前聚乙烯管道热熔接头内部缺陷检测的一种主流方法。提出了基于注意力机制的改进Faster-RCNN目标检测网络用于超声相控阵D扫图聚乙烯管接头内部缺陷检测。针对聚乙烯管道热熔接头内部超声相控阵D扫图小缺陷较多、特征信息容易丢失的问题,将残差网络(ResNet50)与特征金字塔网络(FPN)相结合作为骨干网络,并引入卷积注意力模块(CBAM)自适应细化特征。将SSD网络框架和Faster-RCNN网络框架用于模型训练和测试,使用VGG16、ResNet50、ResNet50+FPN、ACBM+ResNet50+FPN作为骨干网络依次对超声相控阵聚乙烯管道热熔对接接头内部缺陷样本进行训练对比。结果表明,改进的Faster-RCNN网络模型在聚乙烯管接头内部缺陷检测和分类方面有明显改进,对小缺陷的检测性能有了显著的提高。     

激光超声检测带过渡圆角平板表面缺陷的数值研究

为了研究激光激发出的超声波在带过渡圆角的金属平板上的传播规律和检测表面缺陷的方法,采用有限元法模拟了该类平板中的激光超声现象,分析了表面波在圆角区域的传播规律和与表面缺陷的作用过程。数值结果表明:激光激发出纵波、横波和Rayleigh波等,其中Rayleigh波主要存在于表面mm量级,并且在过渡圆角处发生模式转换生成了直达波R′和模式转换波R_R等多种表面波;经过过渡区域后的声波在表面缺陷处发生了反射和透射现象,通过B扫图可以检测缺陷的位置。随着缺陷深度的增加,表面波的透射系数不断减小,且透射波R_t和R_st存在0.5 μs左右的到达时间差,该时间差与缺陷深度近似成线性正相关。数值结果为激光超声检测带过渡圆角的平板表面缺陷提供了有价值的参考。