大型鍛件中缺陷超聲陣列檢測與識別關鍵技術研究

《大型鍛件中缺陷超聲陣列檢測與識別關鍵技術研究》是依託北京工業大學，由焦敬品擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：大型鍛件中缺陷超聲陣列檢測與識別關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：焦敬品
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

針對大型鍛件結構尺寸大，形狀複雜，通常為粗大晶粒結構，生產製造過程中易產生白點、裂紋等危害性極大缺陷，以及大型鍛件套用場景的極端重要性，本項目立足於發展大型鍛件超聲陣列無損評價方法，突破缺陷感知和識別關鍵技術，最佳化設計換能器陣列，提出陣列全場、定量缺陷成像識別新方法。主要研究內容包括：1）在考慮衰減情況下，研究大型鍛件中陣列聲場分布特性及與缺陷作用機理，揭示衰減對鍛件中超音波幅度和相位的影響規律；2）建立換能器陣列結構、檢測參數與合成聲場特徵指標的多維最佳化模型，對陣列結構與檢測參數進行最佳化設計，研製大型鍛件檢測專用換能器陣列；3）在考慮衰減的情況下，研究陣列檢測信號全場聚焦成像和缺陷識別技術，實現大型鍛件中複雜缺陷的全場、定量辨識，為提高我國高端大型鍛件的製造能力提供強有力的質量評價體系。

結題摘要

針對大型鍛件結構尺寸大，形狀複雜，通常為粗大晶粒結構，生產製造過程中易產生白點、裂紋等危害性極大缺陷，以及大型鍛件套用場景的極端重要性，本項目立足於發展大型鍛件超聲陣列無損評價方法，突破缺陷感知和識別關鍵技術，提出陣列全場、定量缺陷成像識別新方法。主要研究內容包括：1）研究了構件中缺陷超聲散射場提取方法，分析了大型鍛件中典型缺陷與超音波相互作用機理；2）進行了不同檢測參數下大型鍛件典型缺陷超聲陣列成像數值仿真及檢測實驗研究，分析了超聲陣列檢測參數對缺陷檢測效果的影響；3）進行了基於超聲陣列成像技術的缺陷識別及定量評價方法研究，並將其套用於實際大型鍛件損傷檢測與識別中。通過項目研究工作，取得以下研究結果：1）利用子陣列的思想，建立了缺陷超聲散射係數計算模型。研究了超聲散射係數分布與缺陷方向的關係，提出一種基於散射係數分布的裂紋缺陷方向識別方法。2）基於仿真及檢測實驗獲得的全矩陣數據，提取缺陷部位的散射係數分布，研究相控陣探頭位置及子陣列參數對散射係數分布的影響。在確定最佳檢測位置的基礎上，利用主成分分析法評價子陣列參數對裂紋識別效果的影響，並最佳化出最佳的檢測參數，為實際大型鍛件檢測提供基礎；3）基於子陣列的概念，在普通全聚焦成像基礎上，提出了一種基於矢量全聚焦的超聲陣列裂紋方向識別方法，並將其套用於試塊中不同方向人工裂紋的檢測；4）通過數值仿真和檢測試驗，研究了金屬夾雜缺陷的材料類型對超聲檢測信號的時域、頻率的影響，提出了可用於夾雜缺陷表征的超聲特徵參數；同時，基於超聲陣列獲得的全矩陣數據，將全聚焦成像技術套用於夾雜缺陷的檢測，實現了夾雜缺陷的檢測與定位；5）將基於矢量全聚焦和散射係數分布的缺陷識別方法套用於典型鍛件中缺陷的檢測及識別，結果表明，兩種方法可以很好實現大型鍛件中裂紋缺陷檢測及方向識別，誤差較小。課題研究工作為實際大型鍛件裂紋及夾雜缺陷檢測提供了可行的解決方案。