《厚壁焊縫陣列超聲成像方法研究》是依託清華大學，由韓贊東擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：厚壁焊縫陣列超聲成像方法研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：韓贊東
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
厚壁焊縫廣泛存在於許多重大裝備中，必須進行100％的無損檢測。焊縫檢測中常用的射線探傷法、超聲反射法、超聲相控陣和TOFD等尚不能很好解決厚壁粗晶焊縫的檢測問題。為此，本項目提出了陣列超聲成像新方法，通過布置陣列窄脈衝探頭覆蓋整個焊縫區域，利用陣列探頭一發多收得到的超聲信號的相關性和多探頭合成孔徑接收聚焦技術，根據發射探頭、接收探頭與探測點（靶點）的位置關係以及厚壁焊縫聲場的特徵，將檢測信號的幅度和相位準確反演到所考慮的靶點（虛擬聚焦），得到焊縫的成像。該方法綜合考慮了焊縫內部組織的各向異性和多種聲波的相互作用，能以較少的探頭和較高的解析度獲得焊縫的圖像。該方法通過匹配追蹤和小波分析技術解決厚壁焊縫粗晶組織引起的超聲散射和缺陷識別問題，通過相位校正技術解決柱狀晶各向異性引起的聲束偏轉和缺陷定位問題，對於厚壁焊縫缺陷的檢測是一次革新，預期研究成果還可套用於高衰減且各向異性的複合材料的檢測。
結題摘要
厚壁焊縫廣泛存在於許多重大裝備中，必須進行100％的無損檢測，但目前焊縫檢測中常用的無損檢測手段尚不能很好解決厚壁粗晶焊縫的檢測問題。為此，本項目提出了厚壁焊縫陣列超聲成像新方法，通過布置陣列窄脈衝探頭覆蓋整個焊縫區域，通過相控陣掃查實驗及全矩陣捕獲實驗獲得具有相關關係的信號矩陣，根據各向異性材料中的超聲傳播模式開發聲線追跡算法、聲場仿真算法及缺陷信號模擬算法，將檢測信號的幅度和相位準確反演到圖像中的各靶點處（虛擬聚焦），最終得到焊縫成像結果。該方法綜合考慮了焊縫內部組織的各向異性、不均勻性及強衰減性，通過時頻分析和獨立信號分析等手段解決厚壁焊縫粗晶組織引起的超聲散射和缺陷識別問題，通過聲線追跡、聲場仿真等算法進行相位校正以解決柱狀晶各向異性引起的聲束偏轉和缺陷定位問題，可以獲得解析度和準確率較高的焊縫圖像。該方法通過步進式與最小化式結合算法實現了P2M（起始點到目標矩陣）聲線追跡，可高效率、高精度地計算各成像點的傳播路徑及傳播時間，從而利用相位校正提高成像準確率。該方法還利用多元高斯聲束模型及缺陷散射模型實現聲場仿真及缺陷信號模擬，為研究焊縫粗晶組織中的超聲傳播模式和聲場分布情況提供仿真結果支持。此外，本項目中還研製了厚壁焊縫典型試件及寬頻窄脈衝陣列感測器，獲得了適合成像算法開發及研究的檢測信號。本項目中全矩陣捕獲實驗獲得的信號矩陣用於全聚焦成像（TFM），相控陣扇形B掃查實驗獲得的信號用於矯正B掃查成像（CBI），並根據聲線追跡算法的結果開發了包含相位校正的兩種改進成像算法iTFM與iCBI。本項目提出的成像方法有效改善了厚壁焊縫的成像效果，提高了缺陷定位精度，對於厚壁焊縫缺陷的檢測是一次革新，研究成果還可套用於高衰減且各向異性的複合材料的檢測。
