奧氏體不銹鋼焊縫的超聲TOFD檢測技術(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，在焊接過程中，由于參數(shù)的波動可能導(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，必須對母材和焊縫進(jìn)行無損檢測評價。超聲檢測具有便攜、無害、操作簡便、檢測能力強(qiáng)等優(yōu)勢廣泛的用于焊縫的無損檢測中。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出現(xiàn)劇烈衰減、散射、聲束扭曲，這些不利因素導(dǎo)致檢測信號信噪比低、缺陷特征

2、難于分辨、對缺陷定量定位困難。因此，開發(fā)新型的奧氏體不銹鋼焊縫超聲無損檢測技術(shù)必須受到足夠的重視。
　　超聲TOFD(Time of Flight Diffraction，衍射時差法)，是利用缺陷端部產(chǎn)生的衍射波來檢測和評價缺陷的方法，比常規(guī)超聲檢測具有更高的可靠性和測量精度。使用超聲TOFD檢測技術(shù)對奧氏體不銹鋼焊縫進(jìn)行無損檢測，同樣需要面對由焊縫組織結(jié)構(gòu)引起的衰減及噪聲問題。本研究首先分析了缺陷的超聲TOFD檢測信號的特征規(guī)律

3、，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了自適應(yīng)濾波算法對奧氏體不銹鋼焊縫中缺陷的超聲TOFD檢測信號進(jìn)行處理，提高檢測信號的信噪比；最后，基于處理后的信號進(jìn)行超聲TOFD成像，提高超聲TOFD掃查圖像的缺陷分辨率，避免了對缺陷的誤識或漏檢。
　　首先，本研究開展了缺陷的衍射波信號特征的研究。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)幾乎對幅值分布沒有影響。此外，通過對不同材料中缺陷端衍射波幅度分布對比可知：信號幅值分布特征不受檢測材料的影響，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)濾波器并增加了門檻算法實(shí)現(xiàn)了奧氏體不銹鋼超聲TOFD檢測自適應(yīng)濾波。依據(jù)輸出結(jié)果與期望信號的差的平方和定義了門檻值，在兼顧提高衍射波信噪比和保持較小信號失真的條件下獲得了最優(yōu)門檻值。在最優(yōu)門檻值下對超聲TOFD掃描的信號進(jìn)行濾

5、波并成像，結(jié)果顯示濾波后噪聲信號得到了很好的消除，缺陷部分的信噪比更高，能夠更好的識別缺陷，基于濾波信號成像的檢測圖像的質(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、期望信號長度、濾波器階數(shù)對濾波效果影響較大。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)最佳步長參數(shù)選擇為0.4×A(A為輸入信號相關(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)期望信號長度為0.7μs時濾波器的濾波效果最好；4)選擇期望時應(yīng)選擇與超聲TOFD衍射波幅值分布特征值相似度高的信號。
　　本研究對奧氏體不銹鋼焊縫中缺陷的超聲衍射波特征信號進(jìn)行深入研究，設(shè)計(jì)了高效的自適應(yīng)濾波算法對檢測信號進(jìn)行分析濾波，并基于濾波后信號進(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)此選取期望信號對檢測信號進(jìn)行自適應(yīng)濾波，通過設(shè)計(jì)合適