CN102914592B - 管状复合件中扩散焊连接界面的超声检测成像方法 - Google Patents

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Abstract

一种管状复合件中扩散焊连接界面的超声检测成像方法，属于超声波无损检测技术领域。采用频率可调的电脉冲激发高频宽带窄脉冲水浸侧向球面聚焦超声换能器，水浸耦合，换能器从管状复合件内圆穿入，换能器在电脉冲的激励下辐射宽带窄脉冲超声垂直入射到复合件内壁，并径向透射进复合件介质，同时扩散焊连接界面产生反射回波。换能器对管状复合件内壁进行全测量扫描时接收回波，得到扩散焊连接界面的全波列超声信号。通过软件对全波列超声信号时频域变换，从超声信号本身进行特征提取和分析成像，给出扩散焊连接质量的定量化直观结果。减少了扩散焊缺陷检测的漏检和误检问题，提高了扩散焊缺陷检测的客观性和可靠性。

Description

管状复合件中扩散焊连接界面的超声检测成像方法
技术领域
本发明属于超声波无损检测技术领域，尤其是涉及一种管状复合件中扩散焊连接界面的超声检测成像方法。
背景技术
对于新材料的连接及复杂精细结构件的制造，扩散焊技术凭借独特的优越性和灵活性在制造业中的应用越来越广泛，且越来越多的应用于重要部件的连接。
国内资料曾经报道过采用超声波方法检测双金属复合层质量，但它们仅是对于探伤工艺进行研究，而且是使用超声波探伤仪进行手工探伤，未能成像，无法满足现代无损检测技术的要求，即不仅需要判断缺陷的有无，还希望通过直观的图像显示缺陷的全貌，得到可靠的分析结果。
国外在扩散焊接头的无损检测方面研究报道较多，但是，对于焊缝一面为平面或近似平面的结构，多采用超声C扫描检测焊缝中的未焊合、气孔等缺陷，对于扩散焊接头中容易产生的一种紧贴的弱结合缺陷，超声C扫描几乎不能检出。
超声脉冲回波扫描仪通过常规超声换能器向复合件表面发射超声脉冲，通过分析回波来判断连接面是否质量完好，回波中的主要成分是复合件内第一层材料外表面反射波与第二层材料内表面的共振波。这种方法不能保证扩散焊连接界面接收到足够的超声能量，小规格管状复合件的换能器选择也是一个问题。因此，如何使超声脉冲更有效的透射复合件介质，进入扩散焊连接层，也是此类检测的关键点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种管状复合件中扩散焊连接界面的超声检测成像方法，克服扩散焊缺陷检测的漏检和误检问题，避免了检测结果不可靠，提高了扩散焊缺陷检测的客观性和可靠性。
本发明采用频率可调的电脉冲激发高频宽带窄脉冲水浸侧向球面聚焦超声换能器，水浸耦合，换能器从管状复合件内圆穿入，换能器在电脉冲的激励下辐射宽带窄脉冲超声垂直入射到复合件内壁，并径向透射进复合件介质，同时扩散焊连接界面产生反射回波。换能器对管状复合件内壁进行全测量扫描时接收回波，得到扩散焊连接界面的全波列超声信号。通过软件对全波列超声信号时频域变换，从超声信号本身进行特征提取和分析成像，给出扩散焊连接质量的定量化直观结果。减少了扩散焊缺陷检测的漏检和误检问题，提高了扩散焊缺陷检测的客观性和可靠性。具体包括以下步骤：
（1）采用频率可调的电脉冲激发高频宽带窄脉冲水浸侧向球面聚焦超声换能器，水浸耦合，换能器从管状复合件内圆穿入，换能器在电脉冲的激励下辐射宽带窄脉冲超声垂直入射到复合件内壁，并径向透射进复合件介质，同时扩散焊连接界面产生反射回波；
（2）换能器对管状复合件内壁进行全测量扫描时接收回波，得到扩散焊连接界面的全波列超声信号；通过计算机软件（为已有软件的使用，装于此套管状复合件扩散焊连接界面超声检测成像系统的主机中）对全波列超声信号时频域（时域和频域是信号的基本性质，这样可以用多种方式来分析信号，每种方式提供了不同的角度。解决问题的最快方式不一定是最明显的方式，用来分析信号的不同角度称为域。时域频域可清楚反应信号与互连线之间的相互影响）变换，从超声信号本身进行特征提取和分析成像，给出扩散焊连接质量的定量化直观结果。
通过计算机软件从超声信号本身进行特征提取和分析成像，实时显示A扫描，角度校正的B、C 和D扫描。
通过软件可以得出基于全波列采集的各种特征量的图像，包括：相位(深度) 特征图像、当量分布特征图像、超声波层析显示等。
本发明所述的电脉冲信号的频率调节范围为0.5-20 MHz。
本发明所述的换能器为高频宽带窄脉冲水浸侧向球面聚焦超声换能器，主频8-20 MHz，可采用一个或多个换能器分频段实现。
本发明所述的测量扫描为换能器对管状复合件内壁进行全测量扫描，脉冲重复频率20KHz，A扫查采集速率8KHz（512点，8 bit采样分辨率）。
与现有技术相比，本发明依照管状复合件形态特征及灵敏度要求，理论计算超声换能器焦距、晶片直径，软件构建civa模型生成聚焦探头声场模拟，根据仿真结果定制高频宽带窄脉冲水浸侧向球面聚焦超声换能器，压制了表面波的反射幅度，提高了界面波的反射波幅度。利用软件采集全波列检测信号，储存超声波形的各种特征，包括反射波、底界面波、上界面波的幅值、相位、空间当量分布，结合相位上升时间、下降时间、脉冲周期和频谱特性等，经信号处理后，按多种特征进行成像显示。可较好地检测和评价复合层的结合质量，从而对扩散焊的连接质量给出客观评价。
附图说明
图1为声场模拟civa模型构建示意图。
图2为声场仿真模拟计算结果示意图（聚焦点近似在扩散焊连接界面上）。
图3为某一定制高频宽带窄脉冲水浸侧向球面聚焦超声换能器示意图。
图4为换能器对管状复合件内壁进行全测量扫描时，脉冲声波传播及探头位置示意图。、
图5为检测设备示意图。
图6为通过软件从超声信号本身进行特征提取和分析成像，实时显示A扫描，角度校正的B、C 和波幅C扫描图。
图7为通过软件得出基于全波列采集的当量分布特征图像（结合A、B、C扫描结果处理）。
图8为通过软件得出的基于全波列采集的超声波层析显示图（结合A、C扫描结果处理）。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行说明：
依照管状复合件形态特征及灵敏度要求，理论计算超声换能器焦距、晶片直径，软件构建civa模型（图1）生成聚焦探头声场模拟（图2）。
根据仿真结果定制高频宽带窄脉冲水浸侧向球面聚焦超声换能器（图3）。
换能器水浸耦合，从管状复合件内圆穿入，换能器在电脉冲的激励下辐射宽带窄脉冲超声垂直入射到复合件内壁，并径向透射进复合件介质，同时扩散焊连接界面产生反射回波（图4）。
扫查方式为换能器对管状复合件内壁进行全测量扫描，底盘转动，换能器上下移动（图4、5）。
通过软件从超声信号本身进行特征提取和分析成像，实时显示A扫描，角度校正的B、C 和D扫描（图6）。
通过软件可以得出基于全波列采集的各种特征量的图像，包括：相位(深度) 特征图像、当量分布特征图像、超声波层析显示等（图7、8）。

Claims (2)

1.一种管状复合件中扩散焊连接界面的超声检测成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)采用频率可调的电脉冲激发高频宽带窄脉冲水浸侧向球面聚焦超声换能器，水浸耦合，换能器从管状复合件内圆穿入，换能器在电脉冲的激励下辐射宽带窄脉冲超声垂直入射到复合件内壁，并径向透射进复合件介质，同时扩散焊连接界面产生反射回波；
(2)换能器对管状复合件内壁进行全测量扫描时接收回波，得到扩散焊连接界面的全波列超声信号；通过计算机软件对全波列超声信号时频域变换，从超声信号本身进行特征提取和分析成像，给出扩散焊连接质量的定量化直观结果；
通过软件从超声信号本身进行特征提取和分析成像，实时显示A扫描，角度校正的B、C和D扫描；
通过计算机软件得出基于全波列采集的各种特征量的图像，包括：相位深度特征图像、当量分布特征图像、超声波层析显示；
所述的电脉冲信号的频率调节范围为0.5-20MHz；
所述的换能器为高频宽带窄脉冲水浸侧向球面聚焦超声换能器，主频8-20MHz，采用一个或多个换能器分频段实现。
2.根据权利要求1所述的超声检测成像方法，其特征在于，所述的测量扫描为换能器对管状复合件内壁进行全测量扫描，脉冲重复频率20KHz，A扫查采集速率8KHz：512点，8bit采样分辨率。
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