[发明专利]一种基于超声相控阵技术的锻件典型缺陷识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于超声相控阵系统的锻件缺陷识别方法，该方法主要用于锻件缺陷检测识别，属无损检测领域。

背景技术

锻件作为组成各种机械设备的基础部件，在航天、核电、船舶等关键领域中应用广泛。由于大多数锻件的体积和尺寸都比较大，而且形状和生产工艺复杂，所以在生产过程中容易产生裂纹、疏松等多种缺陷。锻件中存在缺陷将显著地降低其力学性能，甚至在使用过程中还会发生断裂，造成严重的安全与质量事故，因此对锻件内部缺陷检验至关重要。

超声波探伤作为五大常规检测手段之一，对锻件内部裂纹、疏松等危害性缺陷检测灵敏度较高，该方法是锻件缺陷检验的主要发展方向。但传统超声检测存在检测效率低、检测结果直观性差的问题。传统超声探伤只能显示单一位置的回波A扫图，而且缺陷的回波特征不具有规律性，检测的A扫图信息不够丰富，检测结果直观性差，对于缺陷类型的识别往往需要经验丰富的专业检测人员，否则容易造成误判缺陷类型。因此提高对锻件内部缺陷的检测效率及缺陷类型识别的可靠性尤为重要。

为克服普通超声探伤检测效率低，直观性差、对检测人员经验依赖性高的缺点，可以利用多个阵元组成的阵列换能器超声相控阵系统进行无损检测。超声相控阵检测技术通过时间延时法则控制阵列换能器内阵元激励和接收超声波，能够实时显示检测锻件内部缺陷的扇扫图像。同时，阵列换能器能够控制阵元改变声束角度，同一时间激发多角度的声束进行大面积检测，能够显示任意角度下的A扫图，使用A扫图信号特征和扇扫图图像特征能够识别缺陷类型。因此，超声相控阵系统检测技术具有检测效率高、可视化效果佳的优点，综合分析缺陷信号特征图能够确定缺陷类型，降低工程人员经验依赖性高的要求。

发明内容

本发明的目的在于发展一种基于超声相控阵系统的锻件典型缺陷识别方法，通过该方法可以实现锻件内部典型缺陷识别，解决锻件缺陷探伤对工程人员经验依赖性高的实际问题。本发明的具体方案为：

超声相控阵系统包括超声波信号激励/接收模块、信号采集模块。在计算机的控制下超声波信号激励/接收模块产生激励信号，通过传感器激励出超声波信号，沿待测试件检测表面发射出去，并通过传感器接收反射的超声波信号，然后通过超声波信号激励/接收模块进行接收传输到计算机中，通过计算机的采集软件即可获得检测的A扫波形和扇扫图形，分析采集到的图像特征信息确定缺陷类型。首先观察缺陷回波形状。再分析A扫波形进行傅里叶变化后的缺陷回波频谱图，计算缺陷频谱图特征信息。最后观察缺陷扇扫图形的轮廓和分布状态。符合缺陷特征，确定缺陷类型。所述的超声波激励/接收模块采用MULTY-2000系列相控阵仪器，所述的采集模块采用的是计算机及与MULTY-2000系列相控阵仪器相配套的采集软件，所述的传感器采用由32个阵元组成的超声相控阵线性探头。

一种基于超声相控阵技术的锻件典型缺陷识别方法，按照以下步骤实施检测：

步骤一：超声相控阵系统参数设置

相控阵系统中超声波激励/接收模块频率设置，频率设置由使用的传感器频率确定，对于锻件检测使用中心频率为5MHz的传感器。时基范围设置，时基范围长度要求A扫波形能够显示出完整的底波图形；超声波信号波速设置，波速由待测试件的自身材料属性决定，由公式1确定。

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式中，L为待测试件长度；t为超声波在待测试件内传播的时间；v为超声波在检测试件内的传播速度；

相控阵系统中采集模块进行扇扫图形角度范围设置，角度范围要求能够完整的显示出缺陷的轮廓，一般设置为-40°到40°。

步骤二：实施检测

首先确定检测表面，使用传感器进行粗略扫查确定缺陷位置；粗略扫查指对整个检测表面进行检测，确定可能存在缺陷的位置；再使用传感器进行精检测，精检测指把探头固定在检测位置，不移动，相控阵采集模块采集检测到的A扫波形和扇扫图。

步骤三：信号频谱分析

定义采集到的A扫波形数据为x(t)，由x(t)傅里叶变换得到频谱信号X(f)。傅里叶变化如公式2所示。