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焊缝超声检测
双击自动滚屏 发布者:chianweld 发布时间:12/26/2006 阅读:18662

 

 

焊 缝 超 声 检 测

 

 

超声检测的原理如图1所示。可逆压式压电换能器通过瞬间电激发能产生机械振荡并形成脉冲超声波,该声波在金属中传播时如果遇到缺陷就会产生反射并能返回到换能器处,由于压电传感器是可逆的,于是能把声脉冲信号转换成电脉冲信号。测量出该信号的幅值及传播时间就可评定工件中缺陷的严重程度。

一般地说,超声检测焊缝不受焊缝材料、厚度与几何形状的限制。但对于超薄(小于8mm)与超厚(100500mm)的焊缝、铸造奥氏体不锈钢焊缝和异种金属接头等需要开发专用的检测技术与设备。过去近30年的实践经验表明,这正是超声检测技术进步的丰富内容。

目前,除常规的脉冲反射式手工超声检测技术外,随着新型传感器的出现和利用现代计算机与信息技术的成就,超声检测已逐渐进入自动化时代,并正在解决从陆地到海洋,从核电厂到石油化工企业所出现的各种新的检验难题。

1. 超声检测缺陷信号的特征

一般选用23种折射角度探头(α与β),从工件的正反两面和焊缝两侧进行检测,形成多种检测方向,使检查更完善,并提高缺陷的检出率与检测的准确性。发现缺陷后,采用前后、左右、转角和环绕等4种探头扫查方式来优化缺陷信号的波幅,以便准确地测量其大小、形状和分布,如图2所示。一个良好的操作人员按照标准程序进行检测,一般不会产生漏检与误判现象。久之,在缺陷的定量和定性测量中会形成一个所谓的“个人操作模型”,可满足各种检测要求。由于手工检测成本低、灵活性好,所以还有较多的应用领域。

1)影响缺陷信号的参数

检测过程中,缺陷信号的幅度会受设备类型、传感器特性、耦合剂类型、工件表面粗糙与平整程度、声学性质与缺陷自身特征等参数的影响。例如,仅仅改变探头连接电缆的阻抗与长度就可能引起24dB的波幅差值;耦合条件与工件表面状态的变化也会引起620dB波幅的变化。因此,应按标准规定,探伤前、探伤过程中与结束后都要进行参数校准,以保证检测结果的有效性。表1列出了影响缺陷信号的主要参数。

1  超声检测过程中影响缺陷信号的主要参数

设备参数

探头参数

缺陷参数

工件与焊缝参数

脉冲宽度:20ns1μs

工作频率:0.515MHz

位置:深度与宽度方向

声学性能:声速与衰减

发射电压:~400V

输出阻抗25500Ω

 波束折射角:

0°、45°、60°、70°

倾斜:垂直深度方向

水平轴线方向

组织:奥氏体或铁素体

晶粒度与结晶方向

接收电路增益:100dB

宽度:015MHz

电缆长度:1100mm

阻抗:50Ω或75Ω

耦合介质:水、甘油与机油

形状:平面形裂纹、

未熔合等体积形夹杂与气孔等

表面:光滑与粗糙

几何形状:纵缝或环缝,

接管焊缝,TKY节点,

焊缝厚度等

 

2)典型缺陷信号的特征

在焊缝超声检测过程中,评定缺陷信号应注意以下几点:

1) 应使波束方向与缺陷表面接近垂直,达到近似的垂直镜而反射条件,使缺陷波幅最大。粗糙的缺陷表面会引起声波温反射现象,导致缺陷信号加宽。

2) 精确地测定缺陷在焊缝中的位置,有益于确定缺陷的性质及区分几何边界反射或其它伪缺陷信号。了解产品焊接方法与焊接过程的稳定性有利于判定缺陷性质。

3) 在扫查过程和探头转动角度与环绕缺陷扫查时,观察缺陷波的静态波形(如波幅、波的形态与波的宽度等)、动态波形(如波的纵向与横向包络线形状等)的变化特征,可作为判定缺陷性质的参考。典型静动态波形见图3~图8

 

 

4) 电渣焊焊缝检测时焊接熔池较大,焊缝厚度达1001000mm。图9是一个判定裂纹的统计规则,可作为判定厚焊缝裂纹的参考。

5) 厚焊缝中存在特别难检测的光滑面缺陷,如疲劳裂纹或边界未熔合等。这类缺陷在深度方向上倾斜7°15°时会使波幅下降620dB,如果再有0°15°的轴向倾斜,波幅将降低650dB。相对来说,45°折射角的聚焦探头对缺陷的方向性敏感程度要小一些,因而,用单探头对厚壁容器焊缝进行检测时,往往要靠45°折射角的横波来寻找缺陷上下端点的反射信号,才能发现这种缺陷。厚焊缝平面形缺陷在水平与垂直方向倾斜时对波幅下降的影响见表2

2  厚焊缝平面形缺陷在水平与垂直方向倾斜时对波幅下降的影响 dB

深度  轴向

 -7°  0°

深度  轴向

  0°   7°

深度  轴向

 -7°   -7°

深度  轴向

  -7°  -15°

45横波平探头

5

18

20

26

45横波聚焦探头

6

5

8

45横波串列探头

13

16

26

48

 

3)缺陷尺寸的测量

缺陷尺寸测量的准确程度与其类型和形状有很大关系,例如气孔、夹杂、未熔合、未焊透与裂纹等缺陷的取向、表面状态、端点形状、分布范围等参数都会影响测量精度。几种典型手工超声测量技术的适用范围与特点见表3

3  几种典型的手工超声测量技术的适用范围与特点

    

当量面积

缺陷比波束直径小时可用

对缺陷的真实尺寸低估很多

测缺陷边界反射波

适合光滑缺陷端点的测量

寻找缺陷上下端边界波可测量其自身高度

半波高法(6dB降低法)

测量垂直于波束且尺寸大于波束直径的缺陷

缺陷尺寸小于波束宽度,该方法将夸大缺陷尺寸,特别是远场

端点峰值法

缺陷波峰上下浮动:此起彼伏;波峰出现游动

两端点波峰间的距离即认为是缺陷的尺寸,测得的尺寸偏小

20dB降低法

适合于寻找端点

难点是发现端点波峰,这要靠实践来解决

 

2. 聚焦声场

由于平探头声场的扩散,使缺陷的测量误差较大。因此,研究聚焦声场和开发聚焦探头来检测缺陷就成为必然的趋势。利用聚焦声场测量缺陷的特点如下:

·在波束的焦距范围内,测量缺陷的位置与尺寸比较精确,分辨率高,甚至可应用到缺陷尺寸的监测上。

·采用短焦距探头(焦距/近场长度:F/N0.4)时,没有明显的近场声压波动现象,对缺陷波形的解释比较容易。

·长焦距聚焦探头的声压变化平衡,灵敏度校准后能够覆盖很大的检测范围。缺陷方向变化对检测结果影响较小。

·普通聚焦探头的焦柱区较短,这给聚焦探头的广泛应用带来了困难。

1)采用聚焦声场测量缺陷的原理

试验表明,聚焦声波投射到缺陷上以后,随着检测灵敏度的增加,缺陷表面上的各个凸凹小面都逐步地参加反射,因此缺陷的轮廓形状不断改变,但当灵敏度增加到临界值以后,缺陷的轮廓形状就不再发生变化。此后灵敏度每增加6dB,缺陷的轮郭尺寸增加0.5dF(焦点直径)。于是得到了灵敏度每增加12dB,缺陷尺寸增加1dF的经验规律和测量技术。即按此规律首先测量出不同检测灵敏度下缺陷的尺寸,然后绘制出灵敏度与缺陷尺寸的关系曲线,在曲线上找出斜率为1dF/12dB的拐点位置,就可测出缺陷的真实尺寸,如图10所示。

采用直径ф3mm的人工平底孔,按照半波高法(-6dB)测出其不同深度下的焦点直径dF,然后把衰减降低6dB(总衰减-12dB),测出各深度下的反射范围(1+0.5dF,继续降低6dB(-18dB),测出对应的反射范围2dF,这样可得到如图11所示的标准1dF/12dB的斜 率曲线(对应一种深度),它可作为测量缺陷时的参考。

2)聚焦波束测量缺陷的技术

测量缺陷尺寸前,首先测量与绘制出对应不同灵敏度的缺陷尺寸曲线。为了对比,绘出同深度下ф3mm孔(或≤ф3mm孔)的标准斜率曲线。这样,在已绘出的缺陷曲线上找出拐点的位置即可测出该缺陷的各向尺寸。例如,垂直于波束的大缺陷,其评定曲线见图12,一般缺陷的评定曲线见图13,两个靠近缺陷的评定曲线见图14

 

3. 新型超声波传感器

随着各类不锈钢与高镍合金的应用,各种形式圆筒相贯零件(TKY接头)的采用,使超声检测技术面临粗晶焊缝组织与空间马鞍形扫查面的难题。另外为了满足工程结构断裂力学的评定要求,必须解决超标缺陷高度的精确测量问题。因此,过去十几年中研究与开发了长焦距动焦探头、相控阵探头、水平极化横波电磁声探头与衍射波测量技术等,为上述问题的解决奠定了基础。

3.1 聚焦探头

目前,获得聚焦声波的常用方式有两种,即声透镜聚焦法与相控阵聚焦法。大直径晶片(120mm)水浸超声检测多数采用声透镜聚焦法,而厚焊缝接触式检测则应用相控阵动聚焦探头。

声透镜聚焦声场的主要参数有焦点直径、焦柱区长度、光学焦点、声学焦点与声学焦距等,各参数的定义见图15和表4

4  声透镜聚焦声场的主要参数和定义

焦柱长度LZ

聚焦声场轴线区可利用长度

焦点直径dF

垂直于声场轴线的半波高尺寸

光学焦点

理论上晶片各点的声波汇集点

声学焦点

声压实际最高点

声学焦距fak

比光学焦距靠近透镜

光学焦距fop

理论声波汇集点的焦距

主瓣与旁瓣

与平晶片声场含义相同

 

除了透镜式聚焦探头外,采用发射接收晶片分开的准聚焦探头,特别是纵波准聚焦探头(SEL)可以探测奥氏体焊缝的粗晶组织。通过调整焦点位置可改变探测厚度,见图16

3.2 相控阵探头

通过压电换能元件有规则的排列以及对每个元件的声波发射时间或相位加以控制,就可以动态地改变波束的位置与方向。于是不更换探头就能达到控制与调节波束的目的,见图17。从图中可以看出,按照波动干涉原理使各元件发射的子声波满足同相位相加的条件,则可达到同波振面传播的效果。例如,对线性排列的单元晶片,改变其发射延迟时间的斜率,可以变化波束角度。同样,按照直角三角形斜边的长度来调整各环形元件的发射延迟时间,就可以改变聚焦波束焦点的位置。按这种方式工作的传感器称为相控阵探头。典型的线性排列晶片相控阵探头的波束摆动角见图18

通过控制各单元晶征间的脉冲发射时间差可使波束垂直方向摆动在33°72°之间,左右摆动在-45°~+45°之间,倾斜摆动在-45°~+45°之间,如图19所示。

 

过去超声检测是采用单一探头从焊缝两侧进行的。为使检测更完善,需要采用不同角度的探头重复扫查同一工件,如用45°60°70°角探头,这使检测工作量增加很多。随着相控阵传感器的发展,波束摆动技术的日趋成熟,可用较少的探头与少量的扫查动作完成不同焊缝的全部扫查。当然,对相控阵探头进行了距离波幅曲线校正后,才能进行定量测量。

典型的相控阵动聚焦探头的结构如图20所示。从图中可以看出,在42250mm的厚度范围内,焦点直径为3.511mm

 

3.3 电磁声探头

电磁声探头(EMAT)由永久磁铁与高频平线圈组成,其产生超声横波的原理见图21。

线圈内流通的高频电流在金属表面上感应生成涡流,该涡流与外加磁场间的相互作用可产生同频率的交变洛伦兹力,进而在表面上引发动态应变并产生应力波,即超声波。该声波在金属中传播,遇到缺陷会反向并回到探头处,引起金属表面振动。这相当于导体在磁场中运动,因而会产生电动势,生产新的电流,并能在线圈中感应出同频率和相应强度的电位,形成缺陷信号。电磁声探头的探测灵敏度随频率的增高而降低,典型的焊缝检测频率为2MHz。它的特点之一是能够产生水平极化的横波(SH),见图22。电磁声探头的其它特点为:

1) 激发与接收超声波过程不需要耦合液,简化了检测操作。

2) 由于检测过程中,探头不需要与工件表面紧密接触,所以适用于高温与粗糙表面工件的检测以及高速运动工件的检测,例如激光焊焊接过程。

3) 水平极化横波对结晶组织的晶粒方向不敏感,因而可以检测奥氏体不锈钢焊缝和堆焊层。

4) 只要不存在垂直极化成分,水平极化横波没有波形转换现象。因此能量损失降低,传播距离增长。

5) 对不同的入射角都有明显的端角反射,所以对表面裂纹的检测灵敏度较高。

电磁声探头也可以由分段线圈按照相控阵方式产生波束摆动,改变线圈段间的励磁延迟时间t就可以调节波束的角度,见图23。当采用不分段线圈制作电磁声探头时,波束按固定的角度射入工件中,这与常规压电单晶片探头类似。

4. 人工合成孔径聚焦技术(SAFT

根据物理声学波动干涉理论设计的聚焦探头,其焦点固定且焦距小于平晶片的近场长度,见图24a24b。如果用45°折射角水浸探头分区检测200300mm的厚壁容器焊缝,晶片直径为120mm时才能得到满意的焦点与有效聚焦长度。这给聚焦波束的广泛应用带来了困难。

人工合成孔径聚焦技术经聚焦声场带来了新进展。它可以对各子波进行合成,产生一种近似于直线传播的波束,见图24d24e。图25为合成聚焦的原理。当一个大扩散角探头(直径≤6mm)沿工件表面扫查时,由数据采集系统逐点记录其射频脉冲波形与探头位置。扫查完成后调出探头点N轴线上一点Z的脉冲波形,再依次把该点周围各探头网点上到Z点的射频回波(孔径点123m等)扣除因斜向传播距离增加引起的脉冲错位时间进行相加并取均值,即完成该点的聚焦合成处理。对每个探头位置轴线上各点重复进行上述过程,便在计算机中按波动干涉原理模拟出大直径探头的聚焦声场(如120mm或更大的直径)。这一过程简称人工合成孔径聚焦技术(SAFT)。合成聚焦的声场可在三维空间进行(3DSAFT),也可以在二维平面内进行(2DSAFT)。目前二维合成聚焦技术已趋于成熟。

5. 衍射波测量缺陷的高度(TOFD

试验发现,超声波投射到裂纹等缺陷上后,在缺陷的表面上会产生反射波,同时在缺陷的边缘上会产生一种圆形波阵面的衍射波,如图26所示。把这种现象应用到超声检测中的缺陷高度测量上便称为衍射波检测。

5.1 衍射波测量缺陷高度的原理

在设计合理的检测系统中,采用双探头(发射与接收)衍射波法测量缺陷时,发射的纵波将在缺陷的上下边缘处产生微弱的衍射波,该衍射波能传播到接收探头处,形成缺陷上下端的衍射波信号。同时还会有两种甚至两种以上的变形脉冲波出现,如图27所示。因为缺陷的衍射波信号先到达接收探头处,因此很容易区分出真正的缺陷波。测量出缺陷上下端点衍射波的时间差就能计算出缺陷的高度。衍射波法的最大特点是不需要事先校准,从而摆脱了脉冲反射法检测缺陷时,缺陷波幅与缺陷尺寸无线性关系的弊端及需反复校准参数的困难。

利用声传播直角三角形,可以计算出缺陷距表面的深度d与其高度2a,见式(1)与(2)。

缺陷到焊缝表面的深度d

 

缺陷的高度2a

5.2 衍射波测量缺陷的显示方式

衍射波测量的缺陷有B扫描与D扫描两种显示方式。当双探头垂直于焊缝作扫查运动时(x方向),缺陷端点衍射波的传播时间(t)不断发生变化,在屏幕上从左到右逐点反应这种变化关系的图形称为B扫描,如图28所示。D扫描图像平行于焊缝,垂直于表面且以主视图方式显示出缺陷的长度与高度,如图29所示。如果缺陷边界清晰,衍射波法测量缺陷的高度是很准确的,工程测量误差约在±(11.5mm。目前,衍射波测量技术已经成熟,它与脉冲反射式超声检测技术配合可以较好地解决缺陷的检出与尺寸的测量。图30为衍射波测量线切割缺口的D扫描图像及对应的衍射波信号图。

6. 自动超声检测

随着各种先进的超声波传感器的开发以及电子、计算机、信号处理、模式识别、人工神经网络等技术的进步,焊缝超声检测已逐步摆脱单一手工操作方式,进入自动检测与计算机辅助识别缺陷的时代。自动超声检测的特点如下:

·缺陷检出率与手工检测方法相当,但排除了人为因素的干扰,重复性较高。

·可以采用先进的数据采集与处理技术,使缺陷尺寸的测量更加准确。例如:衍射波法、聚焦波法、人工合成聚焦波法、相控阵探头和串列探头检测法等都可以在自动检测中实现。

·可以工作在恶劣环境中,例如,核幅射与深海环境,长距离地下石油,天然气输送管道的检测等。

但目前的自动检测系统也有设备投资大、维护费用高、没有自动检测标准和对操作人员要求高等不足。

6.1 自动超声检测的构成

一般自动超声检测系统包括硬件与软件两部分。硬件部分由自动扫查器、控制计算机以及各种接口卡(超声波发射、接收与数据采集卡,电机控制卡与驱动器等)构成,如图31所示。软件由实时控制软件、数据采集与处理软件、图象处理与显示软件等组成。软件的运行环境有MS-DOSWINDOWS3.XWINDOWS95WINDOWSNT以及UNIX等。由于WINDOWSNT运行稳定且是基于优先级抢占的实时多任务操作系统,因而是目前软件的主要开发平台之一。许多以往基于MS-DOSWINDOWS3.XWINDOWS95开发的软件都在向WINDOWSNT过渡。

1)自动扫查器

在程序控制下自动扫查器能靠近与跟踪焊缝,进行焊缝检测的操作,提供缺陷信号与探头坐标位置等。自动扫查器一般由沿焊缝的行走运动机构与垂直于焊缝扫查的机械扫查臂组成。其主要功能如下:

1) 磁吸附或真空吸附在工件表面上的行走机构,采用导轨或位置控制自动跟踪焊缝。如跟踪螺旋管焊缝、球罐焊缝或TKY形接管马鞍形焊缝等。

2) 装在行走机构上的扫查壁受开关或程序控制,能自动到达扫查起点,带动多个探头完成焊缝的纵向、横向或锯齿形扫查,并能保持良好的检测覆盖率与探头声耦合。

3) 浮动探头架保证在扫查过程中探头的稳定运动。坐标传感器能连续地输出探头位置信号。

4) 扫查器的机械结构采用模块化组合方式,能适用于容器、管道、管板和接管等各种焊缝的检测和腐蚀测量。由于连接电缆(包括动力、信号电缆)的长度可达百米,因此,系统应配备克服电缆重力的悬挂装置,以适应远距离、高空与水下等作业的要求。

现代的扫查系统正在向智能化方向发展,例如在扫查器上配置摄像机并利用以太网或多媒体技术把缺陷信号与探头位置信号、扫查进程与工件状况等同时显示在远离的一个或几个监视器的屏幕上;采用声耦合监视或耦合不良反馈控制方式提高探头与工件表面的耦合稳定度以及检测的可靠性。

2)超声波发射、接收与信号采集

宽频带、高分辨率的多通道超声波发射、接收系统应具有完备的同步发射与接收放大功能。接收系统的增益可达120dB,并能选择线性放大与对数放大方式。对数放大方式可通过放大倍数的调整使缺陷波幅与深度无关,从而使微弱的伤波反射与很强的伤波反射同时得到记录。

信号采集系统通过A/D转换把放大后的缺陷倍转换成计算机可读的数字量,如图32所示。为使缺陷信号不失真,前置处理电路的频带宽度应在10MHz以上,信号的采样频率应为几十兆赫兹,目前最高已达120MHzA/D转换器件的字长可为812位。另外,采样的重复频率影响缺陷信号的采集密度,一般应为50600Hz,以确保正常扫查速度下能在每13mm的工件表面上发射与采集一次数据。

3)多通道超声波的数据记录方式

典型的4通道超声波发射、接收与数据采集卡见图33。卡上高速处理器可按5种数据格式对缺陷信号进行处理。图34与表5解释了数据记录方式与缺陷信号和数据量的关系。

5  各种记录方式对超声波脉冲采集与存储的参数

时间门记录方式

ALOK记录方式

半波峰值记录方式

HF-射频记录方式

门内1个最大波幅

各脉冲波最大波幅

所有正负半波波峰值

射频波的瞬时值

对应最大波幅的声波传播时间

对应各个最大波幅的声波传播时间

对应各个波峰的声波传播时间

对应采样频率的时间序列

采样探头坐标位置

采样探头坐标位置

采样探头坐标位置

采样探头坐标位置

 

从图34与表5可以看出,不同的数据记录方式对应不同的缺陷信息量与数据量,其应用场合也不同。例如,对于时间门记录方式,每次脉冲发射只采集固定时域中的一个最大波幅,数据量最少,所含的缺陷信息也最少。又如核容器在役检测时,焊缝厚度与长度很大,数据量也很大,但又不希望丢掉有用信息,于是可选择波幅时间轨迹(ALOK)方式记录。当采用合成孔径聚焦(SAFT)软件分析缺陷时,则需要采用射频信号记录方式。随着记录方式的改变,数据量与信息量也相应改变。对于大数据量的记录方式需采用高度压缩的数据存储技术,如“动态选择有效数据时区”和“数据压缩技术”等来提高数据密度,减少存储空间。

6.2 数字信号处理与缺陷图像显示

检测系统启动后,在程序控制下扫查器自动跟踪焊缝并自动完成各探头通道间的分时切换等操作。控制软件不断把各通道的数据(如缺陷信号波幅、传播时间、探头坐标位置与探测方向等)传送到处理计算机中和存储介质内,传送方式有I/O方式与DMA方式等。此外,控制软件还要把缺陷波实时地显示在监视器上,以观察探伤过程是否正常。

1)缺陷信号处理

缺陷信号往往与系统电噪声与金属组织噪声混在一起,如奥氏体焊缝的组织噪声甚至可淹没缺陷信号。因此,只有作进一步处理后才能提高系统的信噪比和提取出有效的缺陷信号。改变探头位置(空间疏散)或变换探测频率(频率疏散)均可改变干扰噪声的状态。目前裂谱分析(SSP)较多地用于超声检测中,如图35所示。其理由是在计算机内按照频率疏散方式用快速傅里叶变换(FFT)把接收到的宽频带脉冲信号划分成若干个(N)具有不同中心频率的谐波子信号,并使这些谐波子信号分别进入对应的通带滤波器,如图35a所示。每个滤波通道可输出一个信号,然后进行归一化波幅处理(高斯分布窗口)与快速傅里叶逆变换(IFFT),再由统计算法合成输出信号,如图35b所示,从而获得高信噪比的缺陷信号(图35d)。

 

2)缺陷图像显示

对自动检测过程中采集到的数据及预置的检测参数(如折射角与声速等)作进一步分析与处理后,可得到焊缝缺陷的三维彩色投影图像,如图36所示(C.俯视图、B.侧视图与D.主视图)。该图像是根据超声波脉冲在缺陷表面产生反射的原理,由计算机逐点计算各反射点的位置和回波幅值并在屏幕上逐点还原出反射点投影轮廓的过程。

目前工程中应用的自动超声检测系统大多数以图形模式把焊缝展开成三维投影画面,借助于图形软件可在屏幕上滚动地观察各焊缝区的缺陷图像,如图37所示。由于自动检测系统的记录灵敏度很高,所以通过阈值选择可实现缺陷显示灵敏度的调整,因此能在不同灵敏度下测量缺陷的轮廓尺寸与分布状态。焊缝缺陷的图像还可按照检验标准在打印机上输出。这样更容易评定焊缝缺陷的尺寸与数量是否超过标准的规定。

6.3 缺陷自动识别

1)人工神经网络

经过处理的信号有利于缺陷的自动识别。目前采用人工智能进行缺陷识别的技术正在发展中,如模式识别、专家系统与人工神经网络等。概括地说,这些方法都尽量从各种缺陷样本中按信号的时间、空间与强度提取出具有代表性的典型特征参数,再按特征参数进行分类与建立缺陷类别信息库。这是识别技术的基础。目前典型焊缝缺陷的信息库见表6

6  典型焊缝缺陷的信息库

缝与缺陷种类

 样本个数

特征数量

奥氏体钢焊缝的晶间应力腐蚀裂纹

107

5

普通钢焊缝缺陷中的未熔合、气孔与裂纹

69

17

焊缝氢致裂纹、疲劳裂纹、冷与热裂纹、层状撕裂与夹渣

114

6

 

在缺陷信息库的基础上,对发现的缺陷信号就可以按信号的信息成分与信息库中相似的信息作类比,从而判定缺陷。例如,应用人工神经网络对缺陷进行分类时,就是先采用各种已知的缺陷数据集对神经网络进行训练,若训练的特征参数与检测时提取的特征参数接近,则训练过的网络就可以辨认缺陷的类型,如图38所示。目前经过良好训练的网络对缺陷的识别准确率高达90%。

2)研究缺陷信号特征的仿真技术

要使特定的神经网络具有较高的缺陷识别能力,往往要备制很多人工与自然缺陷样品,这样才能建成较大的缺陷信息库,实现对神经网络的有效训练。一般来说,这是成本很高且非常困难的做法,通常无法实现。目前,采用计算机仿真技术模拟检验过程以获得更多的缺陷样本及特征参数是缺陷识别技术的发展方向之一。

仿真系统可根据工件材质、几何形状、探头结构、扫查轨迹、缺陷的可能形态以及与声场的相互作用,采用合理的数学模型(如动弹性有限元积分模型EFIT)对缺陷反射信号的规律进行仿真观察,并能在计算机屏幕上看到声场分布,A扫描的静态波形和动态波形。仿真系统还可能对无法置入试件中的缺陷形貌进行仿真观察,以确定检测的灵敏度,缺陷回波的特征,并完成缺陷特征信息库的建立等过程,其原理见图39

目前以脉冲反射法为基础的自动检测系统已经定型并获得了广泛的工业应用。利用衍射波测量缺陷高度也很成功,其最大优点是不需要事校准即可对已发现的缺陷进行尺寸测量。但是,如何开发更灵敏的缺陷检测与测量技术,如3D SAFT等是今后努力的方向。另外,提高各种检测技术的兼容性也是目前发展的趋势之一,例如,已出现具有脉冲反射法、衍射波法、穿透波法与相控阵探头检测技术的检测系统(或设备),同时也在开发兼有超声、涡流与电磁场测量等多种功能的设备。可以预言,随着技术的不断进步,各种先进的超声检测方法也会逐渐完善并很快获得工程上的应用。

   

 
 
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