CN103954689A - 一种锻件内部缺陷的超声波相控阵识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锻件内部缺陷的超声波相控阵识别方法可操作性强，几何形状描述更为准确，检测结果直观可靠，便于永久保存，这都为缺陷的定量、定性、定位的最终判定提供了有利的判定依据。利用超声波相控阵扫描可获得锻件的超声垂直成像，进而利用本发明的识别方法或得缺陷的具体形状和精确尺寸，这为锻件的安全评定，寿命评估和有限元应力计算等提供了准确的预测依据。

Description

一种锻件内部缺陷的超声波相控阵识别方法

技术领域

本发明属于超声波相控阵领域，具体涉及一种锻件内部缺陷的超声波相控阵识别方法。

背景技术

在20世纪60年代期间,关于超声波相控阵技术的研究主要局限于实验室；60年代末70年代初期,医学研究人员已能用相控阵技术进行人体超声成像应用。而超声波相控阵技术在工业方面的应用发展非常缓慢,主要是相控阵检测系统复杂性,而当时的计算机水平又非常低,缺乏对多阵列晶片探头进行快速激发以及对扫查产生的大量数据文件进行处理的能力；另一方面原因就是仪器费用太高昂。随着计算机技术的快速发展,相控阵系统的复杂性和费用大大降低,且相控阵检测技术相对于普通超声波检测技术有明显的优势,因此该技术在工业领域逐渐兴起。但是现有技术中还没有针对特定缺陷的识别方法。

超声相控阵技术用于工件检测的两个突出特点是聚焦和声束控制。灵活的电子动态聚焦能力使得快速进行工件缺陷探伤并保证较高的精确度成为可能，缺陷的漏检情况能够很大程度得以避免，对微小缺陷的检测能力也有所提高。灵活的电子声束控制能力，大大加强了超声在工件凸或凹起区域内的检测能力。

因此，需要一种锻件内部缺陷的超声波相控阵识别方法以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中超声波相控阵对于锻件缺陷类型的判断不够科学的缺陷，提供一种简单方便的锻件内部缺陷的超声波相控阵识别方法。

为实现上述发明目的，本发明锻件内部缺陷的超声波相控阵识别方法可采用如下技术方案：

一种锻件内部缺陷的超声波相控阵识别方法，利用超声波相控阵检测设备对锻件进行检测，得到超声波相控阵图像；

当所述超声波相控阵图像中缺陷的X方向、Y方向和Z方向的宽度均小于λ时，所述缺陷为点状缺陷；

当所述超声波相控阵图像中缺陷的X方向、Y方向和Z方向中一个方向的宽度大于3λ，另外两个方向的宽度均小于λ时，所述缺陷为线状缺陷；

当所述超声波相控阵图像中缺陷的X方向、Y方向和Z方向中一个方向的宽度大于3λ，第二个方向的宽度为λ-2λ，第三个方向的宽度均小于λ时，所述缺陷为条状缺陷；

当所述超声波相控阵图像中缺陷的X方向和Z方向的宽度均大于3λ，Y方向的宽度小于λ时，所述缺陷为片状缺陷；

当所述超声波相控阵图像中缺陷的X方向、Y方向和Z方向的宽度均为λ-3λ时，所述缺陷为体积缺陷；

当所述超声波相控阵图像中缺陷的X方向、Y方向和Z方向的宽度均不小于3λ时，所述缺陷为团重叠缺陷；

当所述超声波相控阵图像中缺陷的数量为多个且缺陷的X方向、Y方向和Z方向的宽度均小于λ时，所述缺陷为多点小缺陷；

在多点小缺陷中，点与点之间距离均不小于13mm时，所述缺陷为多点分散型小缺陷；

在多点小缺陷中，点与点之间距离均小于13mm时，所述缺陷为多点密集型小缺陷；

当所述超声波相控阵图像中缺陷的数量为多个且缺陷的X方向、Y方向和Z方向的宽度中一个方向的宽度为λ-3λ，另外两个方向的宽度均小于λ时，所述缺陷为点状大缺陷；

在点状大缺陷中，点与点之间距离均不小于13mm时，所述缺陷为多点分散型大缺陷；

在点状大缺陷中，点与点之间距离均小于13mm时，所述缺陷为多点密集型大缺陷；

其中，超声波相控阵检测设备包括超声波探头，λ为超声波探头的波长，X方向、Y方向和Z方向为迪卡尔坐标的三维方向。

有益效果：本发明的锻件内部缺陷的超声波相控阵识别方法可操作性强，几何形状描述更为准确，检测结果直观可靠，便于永久保存，这都为缺陷的定量、定性、定位的最终判定提供了有利的判定依据。利用超声波相控阵扫描可获得锻件的超声垂直成像，进而利用本发明的识别方法或得缺陷的具体形状和精确尺寸，这为锻件的安全评定，寿命评估和有限元应力计算等提供了准确的预测依据。

附图说明

图1为超声波相控阵扫描的示意图；

图2为超声波相控阵扫描的主视图；

图3为超声波相控阵扫描的俯视图；

图4为超声波相控阵扫描的左视图；

图5为实施例1的超声波相控阵特征图像；

图6为图5中闸门区域的放大图；

图7为实施例1的超声波相控阵特征图像；

图8为图7中闸门区域的放大图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

请参阅图1、图2、图3和图4所示，本发明的锻件内部缺陷的超声波相控阵识别方法，利用超声波相控阵检测设备对锻件进行检测，得到超声波相控阵图像；其中，超声波相控阵检测设备利用垂直面影像构建缺陷的几何轮廓线，利用超声波探头环绕90度构建重叠轮廓图的方法对锻件进行检测。

当超声波相控阵图像中缺陷的X方向、Y方向和Z方向的宽度均小于λ时，缺陷为点状缺陷，其中，宽度的测量公差为±0.1mm；点状缺陷的形状为圆形或椭圆形的单个点；

当超声波相控阵图像中缺陷的X方向、Y方向和Z方向中一个方向的宽度大于3λ，另外两个方向的宽度均小于λ时，缺陷为线状缺陷，其中，宽度的测量公差为±0.1mm；线状缺陷的形状为细长形，长短径比大于3；

当超声波相控阵图像中缺陷的X方向、Y方向和Z方向中一个方向的宽度大于3λ，第二个方向的宽度为λ-2λ，第三个方向的宽度小于λ时，缺陷为条状缺陷，其中，宽度的测量公差为±0.1mm；条状缺陷的形状也为细长形，长短径比大于3；

当超声波相控阵图像中缺陷的X方向和Z方向的宽度均大于3λ，Y方向的宽度小于λ时，缺陷为片状缺陷，其中，宽度的测量公差为±0.1mm；片状缺陷的水平面面积较大；

当超声波相控阵图像中缺陷的X方向、Y方向和Z方向的宽度均为λ-3λ时，缺陷为体积缺陷，其中，宽度的测量公差为±0.1mm；体积缺陷的形状为横截面为圆形或椭圆形的孔；

当超声波相控阵图像中缺陷的X方向、Y方向和Z方向的宽度均不小于3λ时，缺陷为团重叠缺陷，其中，宽度的测量公差为±0.1mm；团重叠缺陷的形状为叠形或不规则孔腔单个夹杂状；

当超声波相控阵图像中缺陷的数量为多个且缺陷的X方向、Y方向和Z方向的宽度均小于λ时，缺陷为多点小缺陷；

在多点小缺陷中，点与点之间距离均不小于13mm时，缺陷为多点分散型小缺陷，其中，距离的测量公差为±0.1mm；多点分散型小缺陷的形状为多个稀疏分布的圆形或椭圆形点；

在多点小缺陷中，点与点之间距离均小于13mm时，缺陷为多点密集型小缺陷，其中，距离的测量公差为±0.1mm；多点分散型小缺陷的形状为多个密集分布的圆形或椭圆形点；

当超声波相控阵图像中缺陷的数量为多个且缺陷的X方向、Y方向和Z方向的宽度中一个方向的宽度为λ-3λ，另外两个方向的宽度均小于λ时，缺陷为点状大缺陷；其中，宽度的测量公差为±0.1mm；

在点状大缺陷中，点与点之间距离均不小于13mm时，缺陷为多点分散型大缺陷，其中，宽度的测量公差为±0.1mm；多点分散型大缺陷的形状为多个稀疏分布的圆形或椭圆形点；

在点状大缺陷中，点与点之间距离均小于13mm时，缺陷为多点密集型大缺陷，其中，宽度的测量公差为±0.1mm；多点分散型大缺陷的形状为多个密集分布的圆形或椭圆形点；

其中，超声波相控阵检测设备包括超声波探头，λ为超声波探头的波长，X、Y和Z方向为迪卡尔坐标的三维方向。

表1锻件内部缺陷的超声波相控阵识别方法比较

本发明是针对现有技术一次大的改进，2011年文章《列车车轮缺陷的超声波相控阵分析》中对于超声波C扫描缺陷的分类不够精确，也不够科学，经过发明人多年实践经验总结，终于得到本发明的锻件内部缺陷的超声波相控阵识别方法。本发明主要是针对现有技术中C扫描图像几何特征的分类方法的不足进行的该井。新老技术的比较，具体详见表1所示。

实施例1

(1)进行超声波相控阵垂直声束探伤，图像检测结果如图5、图6、图7和图8所示。

(2)超声波相控阵特征图像描述

请图5和图6所示，试样相控阵所示缺陷图像整体紊乱，面积较大成局部片状分布，位于工件内部，距内孔面40～80mm。局部有单点缺陷，如图5闸门区域放大中箭头所示。

请图7和图8所示，试样相控阵所示缺陷图像紊乱，面积较大成局部片状分布，位于工件内部，距内孔面30～70mm。

(3)相控阵扫描各种分析法综合判定

点与点之间的距离大于13mm，且缺陷的X方向、Y方向和Z方向的宽度均小于超声波探头的波长。缺陷的形状为圆形或椭圆形多个稀疏点状分布，探头环绕90度分析，缺陷面积成孤岛状且间距较大、不相连分布。该缺陷属于多点分散型小缺陷。

本发明的锻件内部缺陷的超声波相控阵识别方法可操作性强，几何形状描述更为准确，检测结果直观可靠，便于永久保存，这都为缺陷的定量、定性、定位的最终判定提供了有利的判定依据。利用超声波相控阵扫描可获得锻件的超声垂直成像，进而利用本发明的识别方法或得缺陷的具体形状和精确尺寸，这为锻件的安全评定，寿命评估和有限元应力计算等提供了准确的预测依据。

Claims (1)

1.一种锻件内部缺陷的超声波相控阵识别方法，其特征在于：利用超声波相控阵检测设备对锻件进行检测，得到超声波相控阵图像；

当所述超声波相控阵图像中缺陷的X方向、Y方向和Z方向的宽度均小于λ时，所述缺陷为点状缺陷；

当所述超声波相控阵图像中缺陷的X方向、Y方向和Z方向中一个方向的宽度大于3λ，另外两个方向的宽度均小于λ时，所述缺陷为线状缺陷；

当所述超声波相控阵图像中缺陷的X方向、Y方向和Z方向中一个方向的宽度大于3λ，第二个方向的宽度为λ-2λ，第三个方向的宽度均小于λ时，所述缺陷为条状缺陷；

当所述超声波相控阵图像中缺陷的X方向和Z方向的宽度均大于3λ，Y方向的宽度小于λ时，所述缺陷为片状缺陷；

当所述超声波相控阵图像中缺陷的X方向、Y方向和Z方向的宽度均为λ-3λ时，所述缺陷为体积缺陷；

当所述超声波相控阵图像中缺陷的X方向、Y方向和Z方向的宽度均不小于3λ时，所述缺陷为团重叠缺陷；

当所述超声波相控阵图像中缺陷的数量为多个且缺陷的X方向、Y方向和Z方向的宽度均小于λ时，所述缺陷为多点小缺陷；

在多点小缺陷中，点与点之间距离均不小于13mm时，所述缺陷为多点分散型小缺陷；

在多点小缺陷中，点与点之间距离均小于13mm时，所述缺陷为多点密集型小缺陷；

当所述超声波相控阵图像中缺陷的数量为多个且缺陷的X方向、Y方向和Z方向的宽度中一个方向的宽度为λ-3λ，另外两个方向的宽度均小于λ时，所述缺陷为点状大缺陷；

在点状大缺陷中，点与点之间距离均不小于13mm时，所述缺陷为多点分散型大缺陷；

在点状大缺陷中，点与点之间距离均小于13mm时，所述缺陷为多点密集型大缺陷； 

其中，超声波相控阵检测设备包括超声波探头，λ为超声波探头的波长，X方向、Y方向和Z方向为迪卡尔坐标的三维方向。