超声TOFD图谱多普勒频移估计及增强算法研究

为了提高超声TOFD平行扫查(B扫)图谱的横向分辨率、区分横向接近的不同缺陷,采用合成孔径聚焦技术(SAFT,Synthetic Aperture Focusing Technique)对B扫图谱进行波束锐化和图像增强,推导了缺陷尖端衍射回波的参数模型和多普勒频移,提出了B扫图谱多普勒频率随缺陷深度呈非线性关系.在经典SAF重建的基础上,对合成孔径两侧的缺陷信号进行增益补偿,修正波束衰减引起的B扫图谱灰度梯度下降.研究结果表明:该方法能有效提高孔径合成图谱中缺陷信号的横向分辨率和对比度,精确表征缺陷在被检测体中的横向位置及缺陷高度.     

基于合成孔径聚焦的超声TOFD检测技术及图像增强

为了精确定位开口裂纹的端部在铝合金厚板对接焊缝中的位置,对其超声衍射时差法(TOFD,time off flight diffraction)的 B 扫描图像进行了处理.为了提高图像的横向分辨率,引入了合成孔径聚焦技术(SAFT, synthetic aperture focusing technique).根据缺陷端部和换能器之间的几何关系,建立了图像SAFT处理的数学模型,实现了B扫描图像的SAFT重建.为了提高图像的纵向分辨率,先将原始图像进行了线性化处理,从而提出了一种新的超声TOFD法B扫描图像处理技术L-SAFT(linearization-SAFT).结果表明,该技术有效地提高了图像的分辨率.利用该技术能快速、准确地捕捉裂纹端部在试件中的横向和深度位置,实现缺陷的精确定位与定量.     

基于合成孔径聚焦的不锈钢焊缝超声TOFD检测技术

奥氏体不锈钢焊缝受粗大柱状晶组织的影响,其焊缝的超声TOFD检测信号信噪比低、扫描图像模糊,缺陷检测容易误判或漏检。为提高检测信号信噪比及扫描图像分辨力,引入合成孔径聚焦算法对超声TOFD-D扫描采集的A信号进行处理,并分析了变迹窗对处理后检测信号信噪比的影响。研究表明,通过优化选择变迹窗可提高检测信号的信噪比和缺陷的D扫描图像分辨力,有效地增强了超声TOFD检测技术对奥氏体不锈钢焊缝的检测能力。     

超声TOFD检测原理探析

对脉冲衍射时差法超声探伤技术（TOFD）作了原理探析。在超声A扫描的基础上,解释了TOFD图像的形成原理。讨论了TOFD技术的两种扫查方式,即平行扫查和非平行扫查,并对后者作详细论述。给出了上折射角和下折射角等参数的计算方法,由此分析了扫查范围。分别给出了有、无缺陷工件的TOFD检测图像,进一步分析TOFD成像机理,归纳TOFD检测的特点。最后对TOFD检测盲区作了分析,给出了上下表面盲区计算方法,并根据CEN／TS 14751—2004标准给出了五种不同厚度工件的表面盲区。     

TOFD检测中采用二次波评定近扫查面缺陷尺寸的方法

在TOFD检测过程中,因直通波宽度而产生的近扫查面盲区对检测影响很大。为精确定量位于近扫查面盲区的缺陷,制作了人工缺陷试块,对其采用常规TOFD以及TOFD二次波分别进行扫查。对比两种扫查方式所得TOFD图像可见,常规TOFD技术对近扫查面缺陷极易漏检且无法定量,而利用TOFD二次波扫查方式得到的图像能够显著分辨出缺陷并能精确定量,因此可弥补常规TOFD检测中对近扫查面缺陷检出能力的不足。     

合成孔径聚焦技术在TOFD检测中的应用

为了准确定位和测量在低合金厚板对接焊缝中的缺陷,对超声衍射时差法的D扫描图像进行了处理。为了提高图像的横向分辨率,准确识别缺陷的位置和尺寸,引入了D扫描图像的合成孔径聚焦算法(SAFT-D)。根据缺陷端部和换能器之间的几何关系,建立了D扫描图像SAFT-D处理的数学模型,实现了D扫描图像的SAFT重建。试验结果表明,SAFT-D算法有效地提高了图像的分辨率,增强了缺陷识别的能力,能够准确地定位和定量工件中的缺陷。     

SAFT成像技术在棒材超声成像检测中的应用

以变形钛合金棒材为检测对象,将超声合成孔径聚焦技术(SAFT)算法进行适当的改进,使其适合棒材检测。对棒材试块进行SAFT成像和B扫描成像,通过比较,发现SAFT成像能够增强缺陷信号,提高检测灵敏度。     

焊接接头中偏心缺陷的TOFD检测

针对采用TOFD技术检测焊缝缺陷时,缺陷偏离焊缝中心的技术难点,先从理论上研究了TOFD检测声场的覆盖特点,归纳了偏心缺陷对TOFD检测的影响。通过相关试验,对比了非平行扫查以及平行扫查的TOFD检测结果,得出可通过结合非平行扫查、平行扫查以及偏心非平行扫查的方法来确定偏心缺陷的结论。     

线聚焦超声波法焊接缺陷识别

针对常规超声TOFD(time of flight diffraction,衍射时差)法存在超声衍射声场能量低、检测回波信号弱的问题,提出一种线聚焦超声TOFD焊接缺陷识别方法. 基于几何声学理论,根据所需主轴声线折射角度及聚焦深度,设计线聚焦超声TOFD法所用的声楔块. 通过铝合金板人工缺陷试件的检测,研究线聚焦法的检测灵敏度;通过铝合金板搅拌摩擦焊试件的检测,验证线聚焦法的有效性. 结果表明,和常规方法相比较,相同测试条件下线聚焦超声TOFD法的检测灵敏度更高,采集的图像具有更好的对比度,同时能较好地保持图像边缘. 所提新方法在改善缺陷分辨力、提高缺陷检出率及降低漏检等方面具有很好的使用价值.     

对某横向缺陷的TOFD检测和分析

针对某焊缝的横向缺陷,采用不同扫查方式,对其TOFD影像进行分析,从而正确识别和判定横向缺陷。     

基于波束仿真的合成孔径聚焦成像研究

超声成像检测技术在现代工业无损检测中具有重要地位,已成为定量检测的重要手段。提高分辨率是目前超声成像的发展方向,成像分辨率是评价超声成像系统的重要的性能指标之一。但超声波在被检测物体中传播时,探测的深度与获得高分辨率是一对固有的矛盾,即高频超声系统的分辨率高但穿透深度浅,低频超声系统的分辨率低但其穿透深度深。通过对合成孔径的成像原理、成像算法、方位分辨率等问题的分析,从理论上论证了合成孔径成像的分辨率只和孔径的大小有关,而和脉冲频率的高低没有关系,阐述了应用合成孔径技术在超声波无损探伤系统的可行性。通过Matlab对单阵元合成孔径聚焦波束和多阵元合成孔径聚焦波束进行了仿真,为今后的实际应用提供了依据。     

基于Stolt偏移算法与全聚焦(TFM)算法对板材缺陷成像研究

随着超声无损检测技术的不断进步与发展,其在检测精度方面的要求也逐渐提高。本文利用COMSOL Multiphysics软件对金属板材试件通孔缺陷进行超声无损仿真,通过将仿真得到的A扫结果导入Matlab软件中并应用Stolt偏移算法和全聚焦(TFM)算法进行优化处理,最终获得二维B扫图像,并在此基础上对B扫图像进行沿Y轴的空间叠加处理,以获得三维缺陷反演结果。与全聚焦(TFM)算法相比,Stolt算法具有更高的精确度,同时Stolt算法在傅里叶域中引入线性插值进行计算,计算速度较快,对于缺陷实时检测和准确性的评估具有重要意义。     

全聚焦法焊缝检测灵敏度特性

全聚焦法(TFM)是用后处理算法增强的超声技术。基于全矩阵捕获(FMC)采集数据,由TFM生成的图像几乎聚焦在每个像素上,因而能提高缺陷检出率,改善缺陷定量和表征技术。本文评析焊缝检测中某些方向性面型缺陷引起的信号波幅变化,并对此与其他技术——超声相控阵检测(PAUT)、射线检测(RT)和金相检测结果作了比较。强调声传播模式适当选定对方向性面型缺陷TFM成像质量的重要性。最后还研讨了影响全聚焦法检测灵敏度特性的其他若干要素。     

相控阵三维全聚焦成像检测技术

由于全聚焦成像技术主要集中于使用一维线阵实现二维全聚焦成像,文中基于二维面阵将全聚焦算法扩展至三维,并利用现场可编程门阵列的高速并行运算能力实现硬件的全聚焦过程,检测图像的刷新率高达20帧·s-1,数据实时处理能力约为每秒2G字节,从真正意义上实现了实时三维全聚焦成像检测。通过仿真及系统试验表明,相比二维全聚焦成像结果,三维全聚焦成像结果更加直观,能够真实还原缺陷的整体结构。     

多信息超声相控阵缺陷检测

通过设计虚拟聚焦试验,验证了超声相控阵检测对各个阵元信号进行合成后的A扫信号具有更高的信噪比,从而在使用A扫信号进行成像时,可以提高图像的分辨率,使得缺陷的成像质量更高;更进一步地说明了阵元越多,能够得到试件的信息越多,利用信息形成的图像质量也就越高,检测结果就会更加接近缺陷的真实情况。     

焊缝横向裂纹声波衍射信号特征与采集方法

针对厚壁环焊缝或复杂结构焊缝中可能出现的横向裂纹,提出了超声波衍射时差法(TOFD)的一种改进检测方案,并通过声场模拟确定了试验参数。试验时将两探头布置在焊缝上方,通过水耦合,沿焊缝方向进行扫查,并对获得的扫描图像进行了分析和计算。结果表明,该试验方法能够有效地对焊缝表面及内部的横向裂纹进行定量和定位,最浅能够检测到焊缝下2 mm深的缺陷,相对误差基本可以控制在10%以内,是一种可靠的焊缝横向裂纹检测方法,弥补了TOFD法在检测横向裂纹上的不足。     

TOFD检测中扫查方式与检测盲区的关系

非平行扫查、偏置非平行扫查及平行扫查是TOFD检测中常见的三种扫查方式,该三种扫查方式各有其优缺点及用处。通过理论分析及结合实际TOFD检测图像,深入讨论了三种扫查方式与TOFD检测盲区的关系。     

欧盟TOFD技术新标准

介绍欧盟新标准CEN/TS14751：2004《焊缝超声TOFD法检测》的有关新要求。该欧标规定了A、B、C、D四种检测等级,不同壁厚（6mm～300mm）对接焊缝的TOFD设置,时间窗和灵敏度的调节方法,切槽试块和横孔试块的形状尺寸,焊缝分区扫查、中心扫查和偏心扫查的要领;列出了18张TOFD自身质量和典型缺陷的识别图谱。特别推出了克服TOFD固有局限性的一些新方法。期望对国内正在积极推广应用的TOFD技术提供新借鉴。     

钢焊缝全聚焦法检测应用演示

比照了钢焊缝超声相控阵检测两种方法-常规扇扫法和全聚焦法。全聚焦法要求:由超声阵列中每一发射-接收组合,采集一整套时域信号数据,并计算延时法则,供信号后处理阶段聚焦。述评了全聚焦法的两种变异法--共源法和合成孔径聚焦法,及全聚焦法在焊缝检测上的应用。用横孔铝试块和内置多种实际缺陷的焊接试样,对全聚焦法作了演示试验,给出了图像显示结果。灵活运用全聚焦法是相控阵超声技术拓展工业应用的重要新动向。     

全聚焦成像技术在薄板焊缝检测中的应用

相控阵超声检测技术中的全聚焦成像算法,是一种基于全矩阵数据的虚拟聚焦后处理成像技术,因其具有精度高、算法灵活等优点成为近年来的研究热点。本文利用全聚焦成像算法,对薄板焊缝进行成像检测。实验证明,全聚焦成像算法可以利用多次波对焊缝进行成像,定位焊缝上的缺陷。