基于工件结构参数的超声频谱特征的构造及识别

　　因超声时域检测法有其局限性,所以超声频谱分析在无损检测领域得到广泛重视[1-2]。就频谱分析而言,大多采用脉冲回波技术。因检测工件的缺陷回波受到缺陷形状、大小、性质等因素影响,即回波频谱特性隐含有缺陷的特性,则可通过频谱分析,用于缺陷性质的辅助判定。且由于频域特征受耦合状态等的影响较小,经过系统修正后,能够做到频域特征仅与缺陷有关。

　　换言之,通过分析超声反射回波的频谱结构,就能知道何种缺陷影响了超声频谱的哪些参数及形状,得到多于常规超声检验的可用信息,较好地确定缺陷的种类和性质,从而减少检测中的主观因素,提高检测结果的可信度。我们在自行研制的超声数字频谱分析系统上,在检测试验中,利用微机来采集数据和处理频谱,通过超声频谱分析法对孤立的人工缺陷成功地进行了分类。

　　1　超声数字频谱分析系统

　　我们研制的超声数字频谱分析系统包括超声信号发生、采集和处理过程,其信号流程如图1所示。

　　该系统适合与常规超声波探伤仪配合工作,允许用脉冲反射法和穿透法进行,如果再外加自动机械扫描检查装置,则可进行自动探伤。图1中低通滤波器的作用是滤去高于采样频率一半的频率成分,以满足采样定理。A/D瞬态记录仪中的高速A/D卡完成对由超声波探伤仪输出的射频A型模拟量超声波信号的A /D转换和数据缓存任务,对超声信号的A/D采样频率要满足采样定理,实际采样频率一般取探头中心频率的5～7倍,若作频谱分析,还应取更高些,该系统中采样频率取100 MHz,即采样间隔时间为0.01μs。

2　缺陷试件的制作

　　不同性质的缺陷,其危害程度也不同。因此,超声波探伤,除了要求确定缺陷的位置和大小外,还应尽可能判定缺陷的性质。通常,缺陷有2类,裂纹、夹层、折叠、未熔合等称之为面积型缺陷;气孔、夹渣、夹杂物等称之为体积型缺陷。一般在几何尺寸大体相当的情况下,面积型缺陷比体积型缺陷危害大得多。而断裂力学要求可靠地区分气孔、夹渣、裂纹,并将有尖锐边缘和一般边缘的缺陷区分开[3]。

        缺陷定性是一个技术性很强的问题,时域内的A型超声波探伤只能提供缺陷回波的时间和幅度方面的信息,根据这些信息对缺陷定性是困难的;而利用频域内的缺陷信息,则提供了对缺陷定性的可能性。超声检测中,模拟自然缺陷主要由曲面散射,带棱边的平面散射,棱尖散射3个基本要素确定[2]。为此,我们用各种倾角的槽模拟带棱边的平面和带棱尖缺陷样品的散射,用不同直径的横穿孔模拟具有光滑连续界面缺陷样品的散射,即模拟平面型和体积型2类缺陷。缺陷样品制作是在直径Φ180 mm、厚70 mm的3个钢圆试样上距探测面40 mm深处加工出的平面型人工缺陷(开槽)和体积型人工缺陷(开孔),见图2。