超聲調(diào)頻激勵(lì)方法及奧氏體不銹鋼焊縫缺陷檢測(cè)研究.pdf

1、超聲調(diào)頻檢測(cè)技術(shù)結(jié)合了調(diào)頻信號(hào)激勵(lì)和脈沖壓縮算法，由于其具備較大的檢測(cè)距離、較高的信噪比和時(shí)間分辨力，在焊接接頭的超聲檢測(cè)評(píng)價(jià)方面有很大的應(yīng)用前景。為了提高該技術(shù)的檢測(cè)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(cè)的低信噪比、缺陷識(shí)別困難等問題，還需在參數(shù)選擇、波形設(shè)計(jì)及傳播特征等方面對(duì)其進(jìn)行深入的研究。
　　本文分析了調(diào)頻脈沖與超聲檢測(cè)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(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步研究了調(diào)頻信號(hào)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(shí)現(xiàn)了對(duì)焊接接頭的調(diào)頻激勵(lì)單探頭成像檢測(cè)。
　　根據(jù)超聲調(diào)頻檢測(cè)技術(shù)的原理，構(gòu)建了滿足不同檢測(cè)方法和需求的調(diào)頻激勵(lì)檢測(cè)系統(tǒng)，主要集成了信號(hào)激勵(lì)、信號(hào)采集和超聲掃描成像等硬件設(shè)備，采用LabVIEW平臺(tái)開發(fā)了能夠?qū)崿F(xiàn)多功能信號(hào)快速采集、存儲(chǔ)及處理的自動(dòng)檢測(cè)程序，提高了檢測(cè)效率。
　　基于調(diào)頻檢測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)，研究了調(diào)頻激勵(lì)帶寬對(duì)超聲系統(tǒng)檢測(cè)性能的影響，由

3、此提出了最佳激勵(lì)帶寬的選擇方法。針對(duì)不同頻率的超聲探頭，采用超聲透射方法進(jìn)行了調(diào)頻帶寬的測(cè)試，對(duì)接收的透射波進(jìn)行脈沖壓縮處理。研究表明，不同探頭的時(shí)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(shí)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(shí)，時(shí)間分辨力先快速提高，當(dāng)帶寬超過一定值時(shí)，變化趨于平緩；檢測(cè)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(dá)到最大值，之后緩慢下降，說明在一定范圍內(nèi)增大

4、激勵(lì)帶寬可有效提高系統(tǒng)檢測(cè)性能。2mm小缺陷的調(diào)頻激勵(lì)TOFD檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了上述帶寬對(duì)檢測(cè)性能的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)激勵(lì)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(jìn)行調(diào)頻激勵(lì)時(shí)，可獲得最佳的信噪比和時(shí)間分辨力。
　　研究了調(diào)頻激勵(lì)信號(hào)與超聲系統(tǒng)的作用機(jī)制，采用了窗函數(shù)法的幅度調(diào)制波形設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)原則進(jìn)一步提高系統(tǒng)的檢測(cè)性能。幅度調(diào)制設(shè)計(jì)中，Hamming窗的設(shè)計(jì)方法較

5、為簡(jiǎn)單有效地抑制了旁瓣，但其主要問題是會(huì)產(chǎn)生明顯的主瓣展寬，降低了時(shí)間分辨力。研究發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)輸入信號(hào)頻譜與探頭頻譜具有良好一致性時(shí)，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(shè)計(jì)非線性調(diào)頻波形。設(shè)計(jì)的波形具有矩形脈沖包絡(luò)、S型的調(diào)頻曲線和與探頭近似的頻譜，系統(tǒng)測(cè)試中與探頭實(shí)現(xiàn)了良好匹配，其輸出信號(hào)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(hào)有效地改善了主瓣展寬的問題，時(shí)間分辨力達(dá)0.22μs，較幅度調(diào)制信號(hào)提

6、高了30％，并具有較好的旁瓣抑制效果，主旁瓣比達(dá)25.8dB，較線性調(diào)頻信號(hào)提高了50%。
　　以不同結(jié)構(gòu)的奧氏體不銹鋼焊縫為對(duì)象，采用具有較高的綜合檢測(cè)性能的非線性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行了超聲調(diào)頻成像檢測(cè)研究。針對(duì)對(duì)接焊縫的TOFD成像檢測(cè)中，非線性調(diào)頻信號(hào)激勵(lì)相比常規(guī)超聲TOFD提高了圖像質(zhì)量和缺陷識(shí)別能力，使檢測(cè)信噪比提高了約8.2dB，且相對(duì)測(cè)量誤差約為常規(guī)超聲的三分之一?；谡{(diào)頻脈沖的大時(shí)寬大帶寬特性，設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了單探頭的調(diào)頻激勵(lì)檢測(cè)，拓展了該技術(shù)在復(fù)雜結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的適應(yīng)性。采用設(shè)計(jì)的探頭實(shí)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(cè)，與常規(guī)檢測(cè)技術(shù)相比其檢測(cè)信噪比平均提高了6.3dB，時(shí)間分辨力平均提高了36%。
　　研究了非線性調(diào)頻信號(hào)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(duì)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(hào)頻譜中既具有較高能量