CN113984893B - 一种多层扩散连接结构件界面无损检测方法 - Google Patents

一种多层扩散连接结构件界面无损检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113984893B
CN113984893B CN202111209601.XA CN202111209601A CN113984893B CN 113984893 B CN113984893 B CN 113984893B CN 202111209601 A CN202111209601 A CN 202111209601A CN 113984893 B CN113984893 B CN 113984893B
Authority
CN
China
Prior art keywords
defects
layer
interfaces
defect
interface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111209601.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN113984893A (zh
Inventor
马广璐
李细锋
刘悦
徐芳菲
梅寒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
AECC Shenyang Liming Aero Engine Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
AECC Shenyang Liming Aero Engine Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University, AECC Shenyang Liming Aero Engine Co Ltd filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN202111209601.XA priority Critical patent/CN113984893B/zh
Publication of CN113984893A publication Critical patent/CN113984893A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113984893B publication Critical patent/CN113984893B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4445—Classification of defects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/46—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by spectral analysis, e.g. Fourier analysis or wavelet analysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/30—Computing systems specially adapted for manufacturing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明公开一种多层扩散连接结构件界面无损检测方法，包含三个步骤，步骤一为根据时域信号初筛得到结构件内界面存在未焊合缺陷的区域；步骤二为频域分析复筛，分辨情况(1)“第一层界面无缺陷，其余界面中仅有某一层存在缺陷”与情况(2)“第一层界面无缺陷，其余界面中有多个界面同时存在缺陷”；步骤三为以时频分析作为补充筛检手段，区分情况(3)“仅在第一层界面存在缺陷”与情况(4)“第一层界面以及其它界面同时存在缺陷”。本发明通过对结构件超声回波信号的后处理，提出了多个信号特征与参考系数作为缺陷分布情况的判断依据，解决了多层结构件因界面数量众多、各层界面超声回波信号相互干扰、难以对缺陷进行定位的问题。

Description

一种多层扩散连接结构件界面无损检测方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种多层扩散连接结构件界面无损检测方法。
背景技术
扩散连接方法以其焊件性能高、显著降低成本和重量、对材料可焊性要求低等优点，在航空航天等领域的应用日益广泛。与此同时，如何对扩散连接成品件进行无损评价，防止因界面缺陷降低接头强度、断裂韧性和疲劳强度，得到了越来越多的重视。目前，应用最为广泛的无损检测方式之一是超声波反射法，即向待测扩散连接件发射超声波束，入射声波在扩散连接界面发生反射与透射，存在缺陷的界面反射声波的能力远高于完全焊合的界面，因而可根据回波信号特征判断界面焊合情况。考虑到超声波在水介质中传播时能量不易发散，因而通常采用水浸聚焦超声检测法采集回波信号。
多层扩散连接结构件界面众多，不仅需要从无损检测结果中分辨缺陷尺寸，还需要对缺陷存在于哪一层界面进行定位。目前，在利用超声检测判断缺陷尺寸方面已取得相当大的进展，超声无损检测的分辨率已经达到了微米级。但已有研究主要围绕同种或异种材料单层连接界面内的缺陷开展，有关多层界面缺陷的检测方法与流程并不完善。例如，李建文等采用超声相控阵及滚轮阵列探头等设备，准确探测到了带有人工空气缺陷的“铅-钢-铅”多层钎焊结构件内缺陷的形状信息。然而，该研究中缺陷的分布情况过于单一，全部缺陷均位于同一钎焊面或粘接层内，同时，人工缺陷试样设计时也没有包含多层材料中缺陷出现重叠的情况，无法模拟实际扩散连接时复杂的缺陷分布。
发明内容
为解决上述技术问题，提出了一种多层扩散连接结构件界面无损检测方法，具体技术方案如下：
一种多层扩散连接结构件界面无损检测方法，包括如下步骤：
步骤一：时域分析初筛；
基于回波信号时域幅值进行超声C扫描成像，分辨焊合区与界面存在缺陷的区域，其中存在缺陷的区域回波信号幅值至少为焊合区的2倍；
步骤二：频域分析复筛；
情况(1)为第一层界面无缺陷，其余界面中仅有某一层存在缺陷；
情况(2)为第一层界面无缺陷，其余界面中有多个界面同时存在缺陷；
对于存在界面缺陷的区域，提取该处的超声回波信号进行傅里叶变换；若存在缺陷的某区域频域信号图谱中观察到特征波形，则对应于情况(1)第一层界面无缺陷，其余界面中仅有某一层存在缺陷与情况(2)第一层界面无缺陷，其余界面中有多个界面同时存在缺陷中的一种；规定最靠近超声探头的界面为第一层界面，依据频域信号幅值对缺陷所在界面数量与界面层数排序；
步骤三；时频分析补充筛检；
对仍无法完成缺陷归类的回波信号进行小波包变换，以分辨情况(3)仅在第一层界面存在缺陷与情况(4)第一层界面以及其它界面同时存在缺陷；
方法一，以时频信号中峰-峰比ARi j和主峰间隔比NR j为参考系数，根据参考系数的大小定位缺陷，并判断情况(4)中存在多层缺陷的界面数量，若不需要分辨缺陷界面的具体数量信息，而只判断是否仅在第一层界面存在缺陷时，可采用方法二，方法二是基于小波包变换与傅里叶变换结合的方法定位缺陷，对存在缺陷区域的子信号进行傅里叶变换，观察波峰幅值高低，幅值高的说明多层界面存在缺陷；即对小波包作变换分辨情况(3)与情况(4)；虽然方法二无法提供某区域存在缺陷界面的数量信息，但该方法的分析过程较方法一简单，考虑到工业生产中很多时候并不要求无损检测后提供具体的缺陷层数信息，因此方法二也具有一定的实际应用意义；
经过以上步骤，可准确高效地识别缺陷分布信息；初筛、复筛与补充筛检的过程中，筛检范围逐步缩小，计算周期最长的时频分析仅在最后一步中针对个别采样点使用，因此在保证高分辨率的同时实现了高效检测与分析；在多手段复合分析时，每个步骤仅用于分辨特定的缺陷分布情况，可根据结构件的质量要求，灵活调整是否需要进行步骤二复筛与步骤三补充筛检。
本发明的有益效果：
本发明所述的无损检测方法，在多手段复合分析时，每种分析方法仅用于分辨特定的缺陷分布情况，分辨率逐级上升，可根据大批量多层结构件的质量要求，灵活调整是否需要进行复筛与补充筛检，提升了扩散连接多层结构件界面无损检测的效率与准确性。
采用该方法可解决多层结构件因界面数量众多、各层界面超声回波信号相互干扰、难以对缺陷进行定位的问题，提升扩散连接多层结构件界面无损检测的效率与准确性。
附图说明
图1为信号后处理与分析流程示意图；
图2为4层人工缺陷试样超声C扫描图像；
图3为4层人工缺陷试样缺陷区域与焊合区部分采样点的频域图谱；
图4为4层人工缺陷试样各子信号傅里叶变换的结果；
图5为4层人工缺陷试样内缺陷的分布情况。
具体实施方式
以下结合附图1-5和实施例对本发明作进一步详述。
本发明提出了多层扩散连接结构件缺陷定位的方法与流程，以实施例为例对流程进行详细地解释与说明，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
对以扩散连接方式制作的四层人工缺陷试样进行流程验证；该试样由四层板材经扩散连接制作，内部包含三个扩散连接界面，即N＝3。
步骤1，时域分析初筛；采集人工缺陷试样超声回波信号，也即时域信号，根据信号幅值进行超声C扫描成像，如图2所示，焊合区回波幅值在0～100范围内，界面存在缺陷的区域回波幅值是焊合区回波幅值的2倍以上，因而可以分辨焊合区与存在界面缺陷的区域；
步骤2，频域分析复筛；对缺陷存在区域的回波信号进行傅里叶变换，得到信号频域图谱；由于存在缺陷区域的频域信号均有特征信号，因而判断该四层扩散连接件内部不能存在(1)“第一层界面无缺陷，其余界面中仅有某一层存在缺陷”与(2)“第一层界面无缺陷，其余界面中有多个界面同时存在缺陷”的情况。部分信号采集点的频域图如图3所示；
步骤3，时频分析补充筛检，方法一，依据参考系数峰-峰比ARi j和主峰间隔比NRi j对缺陷分布情况归类；对缺陷区域的时域信号进行小波包变换，得到分解后主频率波段附近的子信号，并计算参考系数。由分计算结果可知，缺陷分布情况可分为两类，从每类中分别选取任意一个信号采集点为例进行说明，两采集点分别标记为B点与C点。焊合区各采集点的信号特征基本一致，任取一点标记为点A。各信号采集点所处的区域如图2所示，各点处信号经小波包变换，参考系数计算结果为：
B点：AR1 B<AR2 B
C点：AR1 C>AR2 C>AR3 C
需要说明的是，A点(信号采集于焊合区)与B点仅存在两个主峰，而C点信号中有3个主峰，考虑到信号的周期性，AR3 C的计算公式为AR3 C＝UC3/UA1，也就是说AR3 C为C点信号在本周期第三个峰值与A点信号在下一周期第一个峰值的比值；NR1 C＝NC1/NA,NR2 C＝NC2/(Nl-NA)，也即NR1 C的分母是该周期内UA1与NA2之间的采样间隔，而NR2 C的分母则是UA2与下一周期的UA1之间的采样间隔。
由于并未观察到仅第N层(本实施例中N＝3)界面存在缺陷的情况，因此寻找NRi j小于其余子信号的区域，优先筛检情况(4)；C点所代表的缺陷区域信号主峰间隔比NR2 C远小于其它位置，且有更多波峰，因此判定C点所代表的区域内共有三层界面同时存在缺陷，属于情况(4)“第一层界面以及其它界面同时存在缺陷”；同时将B点所代表的区域归类为情况(3)“仅在第一层界面存在缺陷”。
不需要分辨缺陷界面的具体数量信息时，也可以利用分析过程更为简单的方法二，即基于小波包变换与傅里叶变换结合的方法定位缺陷，区分仅第一层界面存在缺陷与多层界面均存在缺陷的情况。对存在缺陷区域的子信号进行傅里叶，为便于观察波峰幅值高低，对变换后的波形作包络线。B点与C点变换结果如图4所示，B点处最大幅值低于C点，所以判定B点处仅在第一层界面中存在缺陷，属于情况(3)，C点处多层界面存在缺陷，属于情况(4)中的一种。
经过步骤1～3对四层扩散连接结构件缺陷分布类型进行了判断，判断结果与图5所示的四层人工缺陷试样剖面图吻合良好，说明本发明提出的方法切实可行。

Claims (1)

1.一种多层扩散连接结构件界面无损检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：时域分析初筛；
基于回波信号时域幅值进行超声C扫描成像，分辨焊合区与界面存在缺陷的区域，其中存在缺陷的区域回波信号幅值至少为焊合区的2倍；
步骤二：频域分析复筛；
情况(1)为第一层界面无缺陷，其余界面中仅有某一层存在缺陷；
情况(2)为第一层界面无缺陷，其余界面中有多个界面同时存在缺陷；
对于存在界面缺陷的区域，提取该处的超声回波信号进行傅里叶变换；若存在缺陷的某区域频域信号图谱中观察到特征波形，则对应于情况(1)第一层界面无缺陷，其余界面中仅有某一层存在缺陷与情况(2)第一层界面无缺陷，其余界面中有多个界面同时存在缺陷中的一种；规定最靠近超声探头的界面为第一层界面，依据频域信号幅值对缺陷所在界面数量与界面层数排序；
步骤三；时频分析补充筛检；
对仍无法完成缺陷归类的回波信号进行小波包变换，以分辨情况(3)仅在第一层界面存在缺陷与情况(4)第一层界面以及其它界面同时存在缺陷；
方法一，以时频信号中峰-峰比ARi j和主峰间隔比NR j为参考系数，根据参考系数的大小定位缺陷，并判断情况(4)中存在多层缺陷的界面数量，若不需要分辨缺陷界面的具体数量信息，而只判断是否仅在第一层界面存在缺陷时，可采用方法二，方法二是基于小波包变换与傅里叶变换结合的方法定位缺陷，对存在缺陷区域的子信号进行傅里叶变换，观察波峰幅值高低，幅值高的说明多层界面存在缺陷；即对小波包作变换分辨情况(3)与情况(4)；虽然方法二无法提供某区域存在缺陷界面的数量信息，但该方法的分析过程较方法一简单，考虑到工业生产中很多时候并不要求无损检测后提供具体的缺陷层数信息，因此方法二也具有一定的实际应用意义；
经过以上步骤，可准确高效地识别缺陷分布信息；初筛、复筛与补充筛检的过程中，筛检范围逐步缩小，计算周期最长的时频分析仅在最后一步中针对个别采样点使用，因此在保证高分辨率的同时实现了高效检测与分析；在多手段复合分析时，每个步骤仅用于分辨特定的缺陷分布情况，可根据结构件的质量要求，灵活调整是否需要进行步骤二复筛与步骤三补充筛检。
CN202111209601.XA 2021-10-18 2021-10-18 一种多层扩散连接结构件界面无损检测方法 Active CN113984893B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111209601.XA CN113984893B (zh) 2021-10-18 2021-10-18 一种多层扩散连接结构件界面无损检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111209601.XA CN113984893B (zh) 2021-10-18 2021-10-18 一种多层扩散连接结构件界面无损检测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113984893A CN113984893A (zh) 2022-01-28
CN113984893B true CN113984893B (zh) 2023-09-01

Family

ID=79739084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111209601.XA Active CN113984893B (zh) 2021-10-18 2021-10-18 一种多层扩散连接结构件界面无损检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113984893B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003166978A (ja) * 2001-12-03 2003-06-13 Hitachi Ltd 耐蝕耐磨耗合金接合部の非破壊検査方法
JP2015125008A (ja) * 2013-12-25 2015-07-06 川崎重工業株式会社 超音波探傷システム、および超音波探傷システムの制御方法
CN108107112A (zh) * 2016-11-25 2018-06-01 核工业西南物理研究院 一种适用于铍-铜铬锆连接界面的超声相位无损探伤方法
JP2019197023A (ja) * 2018-05-11 2019-11-14 三菱重工業株式会社 超音波検査装置、方法、プログラム及び超音波検査システム
CN112666263A (zh) * 2020-11-24 2021-04-16 北京星航机电装备有限公司 一种轻量化翼舵焊接超声检测灵敏度的测定方法
CN113182531A (zh) * 2021-03-31 2021-07-30 武汉大学 用于金属增材制造无损检测的复合缺陷及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11754529B2 (en) * 2020-03-30 2023-09-12 Verifi Technologies, Llc System and method for evaluating defects in a material

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003166978A (ja) * 2001-12-03 2003-06-13 Hitachi Ltd 耐蝕耐磨耗合金接合部の非破壊検査方法
JP2015125008A (ja) * 2013-12-25 2015-07-06 川崎重工業株式会社 超音波探傷システム、および超音波探傷システムの制御方法
CN108107112A (zh) * 2016-11-25 2018-06-01 核工业西南物理研究院 一种适用于铍-铜铬锆连接界面的超声相位无损探伤方法
JP2019197023A (ja) * 2018-05-11 2019-11-14 三菱重工業株式会社 超音波検査装置、方法、プログラム及び超音波検査システム
CN112666263A (zh) * 2020-11-24 2021-04-16 北京星航机电装备有限公司 一种轻量化翼舵焊接超声检测灵敏度的测定方法
CN113182531A (zh) * 2021-03-31 2021-07-30 武汉大学 用于金属增材制造无损检测的复合缺陷及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SiCf/SiC复合材料与镍基高温合金钎焊接头的组织及性能;杨佳 等;机械工程学报;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113984893A (zh) 2022-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9074927B2 (en) Methods for non-destructively evaluating a joined component
KR20100110340A (ko) 비파괴 테스팅으로서 특히 제조 중이거나 완성된 상태의 파이프에 대한 비파괴 테스팅
Sicard et al. Guided Lamb waves and L-SAFT processing technique for enhanced detection and imaging of corrosion defects in plates with small depth-to wavelength ratio
Chakrapani et al. Crack detection in full size Cz-silicon wafers using lamb wave air coupled ultrasonic testing (LAC-UT)
Michaels Ultrasonic wavefield imaging: Research tool or emerging NDE method?
Michaels et al. Application of acoustic wavefield imaging to non‐contact ultrasonic inspection of bonded components
US20140060188A1 (en) Non-destructive evaluation methods for aerospace components
CN105424804A (zh) 一种再制造复合材质零件缺陷超声检测方法
CN107449829A (zh) 一种对接焊缝无损检测验收方法
CN114778690A (zh) 一种增材制件气孔缺陷的激光超声定量检测方法
CN113984893B (zh) 一种多层扩散连接结构件界面无损检测方法
CN113777166A (zh) 一种基于超声平面波成像和时间反转算子相结合的高分辨缺陷无损检测方法
Du et al. Damage imaging in composite laminates using broadband multipath lamb waves
CN108195934B (zh) 基于时频分析的超声导波检测频率优选方法
Aldrin et al. Investigations of pitch-catch angled-beam ultrasonic NDE for characterization of hidden regions of impact damage in composites
Kim et al. Multi-branch deep fusion network-based automatic detection of weld defects using non-destructive ultrasonic test
Kraljevski et al. Autoencoder-based Ultrasonic NDT of Adhesive Bonds
Stepinski et al. Narrowband ultrasonic spectroscopy for NDE of layered structures
Pasadas et al. Guided Lamb wave tomography using angle beam transducers and inverse Radon transform for crack image reconstruction
Padiyar et al. Lamb wave-based air-coupled ultrasonic inspection technique for filament-wound composite pipes
Gardahaut et al. Implementation of non destructive testing and in-line monitoring techniques on extra-large structures printed with WAAM technology.
Lehmann et al. Contribution to the qualification of air-coupled ultrasound as non-destructive, automated test method for spot welds in the car body shop
Tschöke et al. Determination of defect sizes with the help of structural-health-monitoring methods based on guided waves
Dunlap et al. Generalized Matched Filter for Clutter Suppression in Cast Austenitic Stainless Steel Welds
Wang et al. Development of an ultrasonic system for composite material inspection

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant