CN107024535A - 一种基于表面波的垂直缺陷的多系数深度检测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于表面波的垂直缺陷的多系数深度检测方法，属于超声导波无损检测与评估领域。表面波在传播过程中，同缺陷互相作用时在缺陷下方会有散射的体波，体波传播遇到工件的下端面会反射回来，遇到缺陷会再度转换为表面波如(也就是模态转换回波)并沿缺陷两端传播，其同缺陷回波的时间差即为横波在工件厚度方向传播的总路程。缺陷两端的模态转换回波同缺陷回波以及透射波综合可以作为缺陷深度的表征参数，多系数的垂直缺陷的深度检测方法解决了目前对于大于0.45倍波长缺陷深度的检测带来了不准确性和不适用性。在健康监测和无损评价领域，具有极大的应用价值和潜力。

Description

一种基于表面波的垂直缺陷的多系数深度检测方法

技术领域

本发明涉及一种基于表面波的垂直缺陷的多系数深度检测方法，属于超声导波无损检测与评估领域。

背景技术

目前在使用表面波进行工件表面缺陷检测尤其是对表面垂直或类垂直缺陷进行深度检测的时候，根据工件的尺寸、材料等参数信息，通过探头发射特定频率或特定波长的表面波进行缺陷检测。根据所得到的信号波形(自激自收)计算出激发表面波和缺陷回波的时间差Δt，用已知在此工件中的表面波波速v乘以时间差Δt得出表面波所传播的总路程，用总路程的一半确定缺陷的位置。对于缺陷深度的检测，往往采用一激一收的形式。首先进行仿真系数曲线的建立，根据接收探头接收到的信号波形，记录并计算直达波的幅值、缺陷回波的幅值以及透射波的幅值，以直达波幅值为基准，用缺陷回波的幅值以及透射波的幅值除以直达波幅值进行归一化处理得到表征缺陷深度信息的系数。再根据相关实验确定工件缺陷深度的表征参数，对比系数曲线进行缺陷深度的检测确定。但是，缺陷深度表征系数只是在缺陷深度为0.45倍波长的范围内呈现出较好的单调性，在缺陷深度为0.45倍波长以后的范围内呈现出单调性相反的形况，也就是说整条系数曲线在大概0.45倍波长缺陷深度处有拐点。这就对于大于0.45倍波长缺陷深度的检测带来了不准确性和不适用性。

发明内容

针对上述现有存在的问题，本发明提出了一种基于表面波的垂直缺陷的多系数深度检测方法，解决了目前对于大于0.45倍波长缺陷深度的检测带来了不准确性和不适用性。表面波在传播过程中，同缺陷互相作用时在缺陷下方会有散射的体波，体波传播遇到工件的下端面会反射回来，遇到缺陷会再度转换为表面波如附图1-2(也就是模态转换回波)并沿缺陷两端传播，其同缺陷回波的时间差即为横波在工件厚度方向传播的总路程。缺陷两端的模态转换回波同缺陷回波以及透射波综合可以作为缺陷深度的表征参数，多系数的垂直缺陷的深度检测方法解决了目前对于大于0.45倍波长缺陷深度的检测带来了不准确性和不适用性。

步骤1：确立仿真多系数曲线

对于目标工件的尺寸和材料等参数信息，确定适宜的仿真软件，建立合适的仿真模型。根据所需，确定缺陷深度尺寸范围，进行系列仿真。根据仿真模型，提取观测点或面处的波形信息，用所得到的缺陷回波值、透射波值以及缺陷两端处的模态转换回波(如附图1)值除以基准直达波值归一化处理后作为纵坐标，再以缺陷深度或缺陷深度除以波长归一化处理作为横坐标，建立多系数缺陷深度表征曲线(如附图2)。

步骤2：进行实验检测

根据目标工件的尺寸和材料参数信息以及仿真多系数曲线建立的激发频率和激发方式，选择合适的探头进行实验。如图3所示，实验***包括测试工件、一激一收探头、示波器、激励设备；一激一收探头与测试工件相连接，一激一收探头通过连接线与激励设备连接，激励设备与示波器连接。实验测得测试工件的缺陷回拨、透射波和缺陷两端处的模态转换回波(如附图1)，记录得到以上四个表征缺陷深度的波形幅值。

步骤3：确定缺陷深度

根据实验测得的缺陷回拨、透射波和缺陷两端处的模态转换回波四个缺陷信息，除以基准值直达波得到一组四个系数值。对比仿真所得到的一组四个系数缺陷深度表征曲线，确定缺陷的深度。

多系数包括缺陷回波缺陷深度表征系数、透射波缺陷深度表征系数、缺陷左端模态转换回波缺陷深度表征系数、缺陷右端模态转换回波缺陷深度表征系数；缺陷回波缺陷深度表征系数为表面波传播过程中遇到缺陷反射回来的缺陷回波，其根据对于不同的深度缺陷反射回来的缺陷回波幅值不同而建立的缺陷回波缺陷深度表征系数；透射波缺陷深度表征系数为表面波传播过程中遇到缺陷透过缺陷继续传播的透射波，其根据对于不同的深度缺陷透射过去的透射波幅值不同而建立的透射波缺陷深度表征系数；缺陷左端模态转换回波缺陷深度表征系数为表面波在传播过程中，同缺陷互相作用时在缺陷下方会有散射的体波，体波传播遇到工件的下端面会反射回来，遇到缺陷会再度转换为沿缺陷左端传播的表面波，其根据不同深度的缺陷缺陷左端模态转换回波幅值不同而建立的缺陷左端模态转换回波缺陷深度表征系数；缺陷右端模态转换回波缺陷深度表征系数为表面波在传播过程中，同缺陷互相作用时在缺陷下方会有散射的体波，体波传播遇到工件的下端面会反射回来，遇到缺陷会再度转换为沿缺陷右端传播的表面波，其根据不同深度的缺陷缺陷右端模态转换回波幅值不同而建立的缺陷右端模态转换回波缺陷深度表征系数。

附图说明

图1表面波在缺陷两端处的模态转换回波仿真图；

图2500kHz多系数缺陷深度表征曲线；

图3实验示意图；

图4COMSOL仿真模型；

图5500kHz下表面波在铝板中的传播；

图6500kHz下缺陷回拨及模态转换回波信息；

图7电磁声传感器示意图；

图8实验测得缺陷回波和缺陷左侧模态转换回波；

图9实验测得透射波和缺陷右侧模态转换回波；

具体实施方式

以下结合500kHz示例对本发明的内容做进一步的详细说明：

步骤1：确立仿真多系数曲线

对于目标工件的尺寸和材料等参数信息，确定COMSOL仿真软件，建立合适的仿真模型(如附图4)。根据在目标工件中表面波波速为3000m/s，计算波长为6mm，确定缺陷深度尺寸范围为0-7.2mm，进行系列仿真(如附图5)。根据仿真模型，提取观测点处的波形信息，用MATlab读取观测点处的波形信息并进行希尔伯特变换(如附图6)以确保得到更加准确的幅值信息。提取波包处的最大值：用得到的缺陷回波值、透射波值以及缺陷两端处的模态转换回波值除以基准直达波值归一化处理后作为纵坐标，再以缺陷深度除以波长归一化处理作为横坐标，建立多系数缺陷深度表征曲线(如附图2)。

步骤2：进行实验检测

根据目标工件的尺寸和材料等参数信息以及仿真多系数曲线建立的激发频率500kHz和点激发方式，选择电磁声传感器(如附图7)进行实验检测。如附图3所示，实验***包括400mm*650mm*25mm的钢板、一激一收接收探头、示波器、激励设备。实验测得工件缺陷回拨、透射波和缺陷两端处的模态转换回波(如附图8-9)，记录得到以上四个表征缺陷深度的波形幅值。

步骤3：确定缺陷深度

根据实验测得的缺陷回拨、透射波和缺陷两端处的模态转换回波四个缺陷信息，用MATlab进行读取和处理，用幅值最值除以基准值直达波得到一组四个系数值。对比仿真所得到的一组四个系数缺陷深度表征曲线，确定缺陷的深度1mm。

以上用500kHz示例操作对本发明提供的一种基于表面波的板垂直缺陷的深度检测方法进行了介绍。以上实施例的说明主要用于帮助理解表面波在与缺陷互相作用中产生的模态转换回波不可忽视，对于传统的缺陷回拨、透射波中加入缺陷两端处的模态转换回波可以更好的表征缺陷的深度，以突破0.45倍波长缺陷深度处拐点的限制；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的方法在具体实施方式和范围上均会有变动，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种基于表面波的垂直缺陷的多系数深度检测方法，其特征在于：该方法包括流程如下：

步骤1：确立仿真多系数曲线

对于目标工件的尺寸和材料等参数信息，确定适宜的仿真软件，建立合适的仿真模型；根据所需，确定缺陷深度尺寸范围，进行系列仿真；根据仿真模型，提取观测点或面处的波形信息，用所得到的缺陷回波值、透射波值以及缺陷两端处的模态转换回波值除以基准直达波值归一化处理后作为纵坐标，再以缺陷深度或缺陷深度除以波长归一化处理作为横坐标，建立多系数缺陷深度表征曲线；

步骤2：进行实验检测

根据目标工件的尺寸和材料参数信息以及仿真多系数曲线建立的激发频率和激发方式，选择合适的探头进行实验；实验***包括测试工件、一激一收探头、示波器、激励设备；一激一收探头与测试工件相连接，一激一收探头通过连接线与激励设备连接，激励设备与示波器连接；实验测得测试工件的缺陷回拨、透射波和缺陷两端处的模态转换回波，记录得到以上四个表征缺陷深度的波形幅值；

步骤3：确定缺陷深度

根据实验测得的缺陷回拨、透射波和缺陷两端处的模态转换回波四个缺陷信息，除以基准值直达波得到一组四个系数值；对比仿真所得到的一组四个系数缺陷深度表征曲线，确定缺陷的深度；

多系数包括缺陷回波缺陷深度表征系数、透射波缺陷深度表征系数、缺陷左端模态转换回波缺陷深度表征系数、缺陷右端模态转换回波缺陷深度表征系数；缺陷回波缺陷深度表征系数为表面波传播过程中遇到缺陷反射回来的缺陷回波，其根据对于不同的深度缺陷反射回来的缺陷回波幅值不同而建立的缺陷回波缺陷深度表征系数；透射波缺陷深度表征系数为表面波传播过程中遇到缺陷透过缺陷继续传播的透射波，其根据对于不同的深度缺陷透射过去的透射波幅值不同而建立的透射波缺陷深度表征系数；缺陷左端模态转换回波缺陷深度表征系数为表面波在传播过程中，同缺陷互相作用时在缺陷下方会有散射的体波，体波传播遇到工件的下端面会反射回来，遇到缺陷会再度转换为沿缺陷左端传播的表面波，其根据不同深度的缺陷缺陷左端模态转换回波幅值不同而建立的缺陷左端模态转换回波缺陷深度表征系数；缺陷右端模态转换回波缺陷深度表征系数为表面波在传播过程中，同缺陷互相作用时在缺陷下方会有散射的体波，体波传播遇到工件的下端面会反射回来，遇到缺陷会再度转换为沿缺陷右端传播的表面波，其根据不同深度的缺陷缺陷右端模态转换回波幅值不同而建立的缺陷右端模态转换回波缺陷深度表征系数。