基於超聲Lamb波法多柵格釺焊結構缺陷的檢測研究

《基於超聲Lamb波法多柵格釺焊結構缺陷的檢測研究》是依託哈爾濱工業大學，由遲大釗擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於超聲Lamb波法多柵格釺焊結構缺陷的檢測研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：遲大釗

項目摘要

受限於複雜幾何結構帶來的常規無損檢測技術不可達性，薄板多柵格釺焊結構的焊接質量檢測與評價成為其生產過程中的技術瓶頸。針對這一亟待解決的技術問題，根據前期研究基礎，本項目突破常規超聲脈衝波法單點檢測的理念，提出採用超聲Lamb波技術實現聲波一處激發、多條釺縫檢測的思路。瞄準本領域研究前沿，採用數值模擬技術分析Lamb波在多柵格釺焊結構中的傳播行為；並以此為理論指導，採用先進的信號處理技術有效解讀檢測回波信號中的缺陷特徵信息。具體研究內容包括：Lamb波在複雜結構中的傳播及與缺陷體的作用過程分析；噪聲信號抑制及缺陷信號復原；缺陷信號頻散效應的消除及走時信息的提取。本項目旨在闡明複雜結構中Lamb波的反射、透射機理，揭示檢測回波信號與缺陷形態之間的內在聯繫規律。其研究成果將為薄板複雜結構構件難於實施無損檢測的問題提供解決思路，進而為保證該種構件的生產質量及使用安全可靠性奠定基礎。

結題摘要

為了減輕負載，在航天、航空等現代工業製造中，越來越多地採用薄板多柵格焊接結構。受限於多柵格結構的複雜性以及結構中板材的厚度，現有的常規無損檢測技術難以實施有效的焊接質量評定。因此，薄板多柵格焊接結構的質量檢測一直是亟待解決的技術難題。針對這一技術問題，本項目提出採用超聲Lamb 波技術實現聲波一處激發、多縫檢測的方法，並開展了複雜結構焊接缺陷超聲檢測機理及缺陷信號識別的研究工作。首先，採用基礎實驗和模擬仿真相結合的研究方法，探索了超聲Lamb 波在複雜結構中的檢測機理。相關研究主要包括：分析了不同模態超聲Lamb波的激勵條件、波結構，研究了不同條件下的回波模態識別；定量及定性研究了多柵格焊接結構中超聲Lamb波的傳播行為及與缺陷體的作用過程；分析了聲波在柵格結構幾何尺寸突變處及缺陷體處發生的反射及透射行為；通過模擬仿真實現了超聲Lamb波傳播過程的可視化，並對典型缺陷體超聲Lamb波檢測回波信號進行了預測；最終選擇了行之有效的超聲Lamb模態及頻率。以檢測機理的理論研究為指導，研究了超聲Lamb波信號中的缺陷特徵信息的識別方法，主要包括：基於HHT的缺陷尺寸量化測量；噪聲信號抑制及缺陷信號復原；基於相位信息識別的走時提取；基於聲影技術的柵格結構缺陷快速檢測方法；高靈敏度線聚焦超聲檢測方法等。研究結果表明：HHT對於識別柵格結構檢測的Lamb波模式具有效性，同時IMF1分量瞬時幅值的峰值對缺陷尺寸具有較好的表徵效果；基於子波相關的改進小波噪聲抑制具有更好的噪聲去除效果，且具有更好的魯棒性；基於改進維納濾波技術的處理技術能有效提取信號的相位及走時信息；基於聲影技術的缺陷快速檢測方法，能夠實現柵格結構中3條焊縫的同時檢測。本項目的研究成果為薄板複雜結構構件難於實施無損檢測的問題提供解決思路，進而為保證該種構件的生產質量及使用安全可靠性奠定基礎。對於生產中的質量控制、節約原材料、改進工藝以及保障安全運行都有著極為重要的現實意義。