超聲調(diào)頻激勵方法及奧氏體不銹鋼焊縫缺陷檢測研究.pdf

1、超聲調(diào)頻檢測技術(shù)結(jié)合了調(diào)頻信號激勵和脈沖壓縮算法，由于其具備較大的檢測距離、較高的信噪比和時間分辨力，在焊接接頭的超聲檢測評價方面有很大的應用前景。為了提高該技術(shù)的檢測可靠性、適用性和靈活性，并有效解決粗晶奧氏體不銹鋼焊縫的超聲檢測的低信噪比、缺陷識別困難等問題，還需在參數(shù)選擇、波形設計及傳播特征等方面對其進行深入的研究。
　　本文分析了調(diào)頻脈沖與超聲檢測系統(tǒng)的相互作用，提出了合理的帶寬選擇方法以及基于探頭頻譜特性的非線性調(diào)頻波形

2、設計方法，進一步研究了調(diào)頻信號在粗晶各向異性不銹鋼焊縫中的傳播特征，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了對焊接接頭的調(diào)頻激勵單探頭成像檢測。
　　根據(jù)超聲調(diào)頻檢測技術(shù)的原理，構(gòu)建了滿足不同檢測方法和需求的調(diào)頻激勵檢測系統(tǒng)，主要集成了信號激勵、信號采集和超聲掃描成像等硬件設備，采用LabVIEW平臺開發(fā)了能夠?qū)崿F(xiàn)多功能信號快速采集、存儲及處理的自動檢測程序，提高了檢測效率。
　　基于調(diào)頻檢測系統(tǒng)平臺，研究了調(diào)頻激勵帶寬對超聲系統(tǒng)檢測性能的影響，由

3、此提出了最佳激勵帶寬的選擇方法。針對不同頻率的超聲探頭，采用超聲透射方法進行了調(diào)頻帶寬的測試，對接收的透射波進行脈沖壓縮處理。研究表明，不同探頭的時間分辨力和信噪比隨帶寬變化規(guī)律基本一致，與理想狀態(tài)下的規(guī)律存在明顯差異，其中時間分辨力隨帶寬以指數(shù)函數(shù)的規(guī)律變化，帶寬增加時，時間分辨力先快速提高，當帶寬超過一定值時，變化趨于平緩；檢測信噪比隨帶寬呈高斯函數(shù)的規(guī)律變化，即先逐漸提高，在某一帶寬下達到最大值，之后緩慢下降，說明在一定范圍內(nèi)增大

4、激勵帶寬可有效提高系統(tǒng)檢測性能。2mm小缺陷的調(diào)頻激勵TOFD檢測實驗，驗證了上述帶寬對檢測性能的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)激勵帶寬與探頭頻譜有確定關(guān)系，以探頭的-12dB附近的頻譜帶寬進行調(diào)頻激勵時，可獲得最佳的信噪比和時間分辨力。
　　研究了調(diào)頻激勵信號與超聲系統(tǒng)的作用機制，采用了窗函數(shù)法的幅度調(diào)制波形設計來降低旁瓣，并提出了基于頻譜特性的非線性頻率調(diào)制波形設計原則進一步提高系統(tǒng)的檢測性能。幅度調(diào)制設計中，Hamming窗的設計方法較

5、為簡單有效地抑制了旁瓣，但其主要問題是會產(chǎn)生明顯的主瓣展寬，降低了時間分辨力。研究發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)輸入信號頻譜與探頭頻譜具有良好一致性時，可獲得較為理想的系統(tǒng)輸出特性，由此提出了采用探頭頻譜擬合的方法設計非線性調(diào)頻波形。設計的波形具有矩形脈沖包絡、S型的調(diào)頻曲線和與探頭近似的頻譜，系統(tǒng)測試中與探頭實現(xiàn)了良好匹配，其輸出信號獲得較小的波形失真和帶寬損失。結(jié)果表明，非線性調(diào)頻信號有效地改善了主瓣展寬的問題，時間分辨力達0.22μs，較幅度調(diào)制信號提

6、高了30％，并具有較好的旁瓣抑制效果，主旁瓣比達25.8dB，較線性調(diào)頻信號提高了50%。
　　以不同結(jié)構(gòu)的奧氏體不銹鋼焊縫為對象，采用具有較高的綜合檢測性能的非線性調(diào)頻信號進行了超聲調(diào)頻成像檢測研究。針對對接焊縫的TOFD成像檢測中，非線性調(diào)頻信號激勵相比常規(guī)超聲TOFD提高了圖像質(zhì)量和缺陷識別能力，使檢測信噪比提高了約8.2dB，且相對測量誤差約為常規(guī)超聲的三分之一?；谡{(diào)頻脈沖的大時寬大帶寬特性，設計了可發(fā)射和接收調(diào)頻脈沖的

7、高阻尼和高延遲的寬帶雙晶探頭，實現(xiàn)了單探頭的調(diào)頻激勵檢測，拓展了該技術(shù)在復雜結(jié)構(gòu)中應用的適應性。采用設計的探頭實現(xiàn)了70mm厚奧氏體不銹鋼堆焊結(jié)構(gòu)焊縫中的人工缺陷檢測，與常規(guī)檢測技術(shù)相比其檢測信噪比平均提高了6.3dB，時間分辨力平均提高了36%。
　　研究了非線性調(diào)頻信號在粗晶材料中的傳播特征，揭示了其傳播的衰減特性及在焊縫的不同區(qū)域沿y向和z向傳播的相對衰減系數(shù)隨透射角度的變化規(guī)律。研究表明，非線性調(diào)頻信號頻譜中既具有較高能量