PA-SAFT成像技术裂纹定量研究

摘要

裂纹定量对于保证构件安全运行具有重要意义，超声法对裂纹定量有明显优势。其中，相控阵超声技术（Phased Array Ultrasonic Technology，PAUT）具有声束动态可调、可达性好、检测效率高、缺陷成像直观等优点，已成为裂纹定量无损检测领域中的研究热点。但由于其聚焦焦柱覆盖范围有限，实际“盲检”进行裂纹高度定量的过程中，不易捕捉到裂纹尖端回波，导致裂纹漏检。合成孔径聚焦技术(Synthetic Aperture FocusingTechnology，SAFT)与PAUT结合的PA-SAFT技术，可实现空间逐点聚焦，有助于精确确定裂纹尖端位置，从而实现裂纹精准定量。本课题采取模拟和实验相结合的研究方法，针对厚度55.00mm碳钢试块中的埋藏和底面开口型裂纹，使用5MHz64阵元线阵换能器进行电子扫查，开展PAUT和PA-SAFT裂纹定量对比研究。
　　本研究主要内容包括：⑴对于透壁高度为10.00mm、8.00mm、4.00mm、2.00mm和1.00mm的埋藏型裂纹，通过确定PAUT和PA-SAFT成像中裂纹上、下尖端能量极大值位置实现裂纹定量。结果表明，对于倾角为0.00°的裂纹，PAUT(聚焦深度35mm)高度定量误差绝对值最大为0.15mm，PA-SAFT误差绝对值最大仅0.02mm;对于倾角0.00°、15.00°、30.00°、45.00°、60.00°和75.00°的裂纹进行角度定量，PAUT定量误差绝对值最大为12.05°，PA-SAFT误差绝对值最大为4.41°。⑵对于透壁高度为10.00mm、8.00mm、4.00mm、2.00mm和1.00mm的底面开口型裂纹，首先以倾角0.00°的裂纹为例，针对裂纹下尖端回波与底面回波发生混叠的问题，尝试采用最小能量法确定裂纹下尖端位置，从而实现裂纹定量。进一步对倾角15.00°、30.00°、45.00°、60.00°和75.00°的裂纹，使用-6dB法确定下尖端位置，从而实现裂纹角度定量。结果表明，对于倾角0.00°的裂纹，PAUT（聚焦深度55mm）高度定量误差绝对值最大为0.13mm，且无法对高度1.00mm裂纹定量;PA-SAFT定量误差绝对值最大为0.05mm，对高度1.00mm裂纹的定量误差为0.02mm。对于倾角15.00°、30.00°、45.00°、60.00°和75.00°的裂纹进行角度定量，PAUT定量误差绝对值最大为4.98°，PA-SAFT误差绝对值最大为3.68°。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 裂纹高度超声检测方法

1．2．1 裂纹高度超声定量标准概述

1．2．2 常规超声检测方法

1．2．3 相控阵超声检测方法

1．3 裂纹高度定量PA-SAFT技术概述

1．4 PA-SAFT技术裂纹高度定量研究现状

1．5 本文研究内容

2 PAUT和PA-SAFT检测技术

2．1 PAUT技术概述

2．1．1 原理

2．1．2 换能器阵列形式

2．1．3 扫描模式

2．1．4 显示模式

2．1．5 聚焦方式及聚焦原理

2．2 PA-SAFT技术概述

2．2．1 原理

2．2．2 算法及建模

2．2．3 分辨率

2．3 本章小结

3 研究条件及检测参数设置研究

3．1 CIVA软件

3．2 实验设备

3．3 试块及缺陷

3．3．1 埋藏型裂纹试块及缺陷

3．3．2 底面开口型裂纹试块及缺陷

3．4 PAUT聚焦参数设置研究

3．5 PA-SAFT检测参数设置研究

3．6 本章小结

4 埋藏型裂纹定量检测对比研究

4．1 PAUT定量研究

4．1．1 不同透壁高度裂纹

4．1．2 不同倾斜角度裂纹

4．2 PA-SAFT定量研究

4．2．1 不同透壁高度裂纹

4．2．2 不同倾斜角度裂纹

4．3 对比分析及讨论

4．4 本章小结

5 底面开口型裂纹定量检测对比研究

5．1 PAUT定量研究

5．1．1 不同透壁高度裂纹

5．1．2 不同倾斜角度裂纹

5．2 PA-SAFT定量研究

5．2．1 不同透壁高度裂纹

5．2．2 不同倾斜角度裂纹

5．3 对比分析及讨论

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢