奧氏體不銹鋼焊縫的超聲TOFD檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、奧氏體不銹鋼由于其優(yōu)良的性能因而廣泛應(yīng)用于很多重要的領(lǐng)域，在焊接過(guò)程中，由于參數(shù)的波動(dòng)可能導(dǎo)致各類缺陷：如夾渣、裂紋、氣孔、未焊透等缺陷。為了保障焊接結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，必須對(duì)母材和焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)評(píng)價(jià)。超聲檢測(cè)具有便攜、無(wú)害、操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)廣泛的用于焊縫的無(wú)損檢測(cè)中。然而，由于受奧氏體不銹鋼焊縫中粗大的柱狀晶的各向異性結(jié)構(gòu)的影響，超聲波在焊縫中傳播會(huì)出現(xiàn)劇烈衰減、散射、聲束扭曲，這些不利因素導(dǎo)致檢測(cè)信號(hào)信噪比低、缺陷特征

2、難于分辨、對(duì)缺陷定量定位困難。因此，開(kāi)發(fā)新型的奧氏體不銹鋼焊縫超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)必須受到足夠的重視。
　　超聲TOFD(Time of Flight Diffraction，衍射時(shí)差法)，是利用缺陷端部產(chǎn)生的衍射波來(lái)檢測(cè)和評(píng)價(jià)缺陷的方法，比常規(guī)超聲檢測(cè)具有更高的可靠性和測(cè)量精度。使用超聲TOFD檢測(cè)技術(shù)對(duì)奧氏體不銹鋼焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，同樣需要面對(duì)由焊縫組織結(jié)構(gòu)引起的衰減及噪聲問(wèn)題。本研究首先分析了缺陷的超聲TOFD檢測(cè)信號(hào)的特征規(guī)律

3、，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了自適應(yīng)濾波算法對(duì)奧氏體不銹鋼焊縫中缺陷的超聲TOFD檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，提高檢測(cè)信號(hào)的信噪比；最后，基于處理后的信號(hào)進(jìn)行超聲TOFD成像，提高超聲TOFD掃查圖像的缺陷分辨率，避免了對(duì)缺陷的誤識(shí)或漏檢。
　　首先，本研究開(kāi)展了缺陷的衍射波信號(hào)特征的研究。本研究在各種試驗(yàn)條件下提取了多種人工缺陷的超聲TOFD衍射波，并分析試驗(yàn)參數(shù)及缺陷端形狀對(duì)衍射波幅值分布特征的影響，試驗(yàn)結(jié)果顯示：不同端部形狀人工缺陷衍射波的幅值

4、分布特征基本相同，探頭布置參數(shù)幾乎對(duì)幅值分布沒(méi)有影響。此外，通過(guò)對(duì)不同材料中缺陷端衍射波幅度分布對(duì)比可知：信號(hào)幅值分布特征不受檢測(cè)材料的影響，鋁、鋼中的缺陷端衍射波具有相同的幅度分布。
　　其次，設(shè)計(jì)了自適應(yīng)濾波器并增加了門(mén)檻算法實(shí)現(xiàn)了奧氏體不銹鋼超聲TOFD檢測(cè)自適應(yīng)濾波。依據(jù)輸出結(jié)果與期望信號(hào)的差的平方和定義了門(mén)檻值，在兼顧提高衍射波信噪比和保持較小信號(hào)失真的條件下獲得了最優(yōu)門(mén)檻值。在最優(yōu)門(mén)檻值下對(duì)超聲TOFD掃描的信號(hào)進(jìn)行濾

5、波并成像，結(jié)果顯示濾波后噪聲信號(hào)得到了很好的消除，缺陷部分的信噪比更高，能夠更好的識(shí)別缺陷，基于濾波信號(hào)成像的檢測(cè)圖像的質(zhì)量得到了較大提高。
　　最后，優(yōu)化自適應(yīng)濾波參數(shù)，獲得最佳的濾波效果。自適應(yīng)濾波器參數(shù)中的步長(zhǎng)、期望信號(hào)長(zhǎng)度、濾波器階數(shù)對(duì)濾波效果影響較大。綜合分析自適應(yīng)濾波后的幅值和能量性噪比以及自適應(yīng)濾波后的掃查圖像的分辨率，得到最佳的參數(shù)如下：1)最佳步長(zhǎng)參數(shù)選擇為0.4×A(A為輸入信號(hào)相關(guān)矩陣的最大特征值的倒數(shù))；2

6、)最佳濾波器階數(shù)為7；3)期望信號(hào)長(zhǎng)度為0.7μs時(shí)濾波器的濾波效果最好；4)選擇期望時(shí)應(yīng)選擇與超聲TOFD衍射波幅值分布特征值相似度高的信號(hào)。
　　本研究對(duì)奧氏體不銹鋼焊縫中缺陷的超聲衍射波特征信號(hào)進(jìn)行深入研究，設(shè)計(jì)了高效的自適應(yīng)濾波算法對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析濾波，并基于濾波后信號(hào)進(jìn)行超聲TOFD成像；研究結(jié)果顯示：盡管缺陷的超聲衍射波受噪聲干擾嚴(yán)重，但其幅度分布特征較為穩(wěn)定；可據(jù)此選取期望信號(hào)對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)濾波，通過(guò)設(shè)計(jì)合適