金属表面缺陷超声漏表面波传播特征及检测成像研究

作     者：周刚 

作者单位：长沙理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡宏伟;陈卫军

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：超声无损检测 金属表面缺陷 漏表面波 有限元仿真 合成孔径聚焦成像 

摘      要：超声漏表面波可用于检测金属零件的表面或近表面缺陷,具有非接触检测、灵敏度高等优点,相比于楔块式表面波,超声漏表面波可以通过运动控制装置在水浸状态下实现自动化检测及缺陷成像,但超声漏表面波目前还存在着检测条件与缺陷特征的影响规律未知、检测成像精度较低、检测范围较小等问题。本文在已有研究的基础上,开展了金属表面缺陷超声漏表面波仿真、实验检测及分块式频域合成孔径聚焦成像方法研究,最终提高了表面缺陷检测的成像效率和分辨率,论文主要工作如下:（1）建立了漏表面波传播及缺陷响应有限元模型,以此模拟漏表面波的传播过程,从仿真角度探究了检测条件如水声距、探头频率、探头入射角度以及缺陷特征如缺陷深度、宽度、倾斜角度及缺陷与探头的距离对漏表面波回波信号的影响规律。（2）开展了漏表面波检测实验研究,结合上述仿真,从实验角度分析了水声距、探头入射角度和探头频率对漏表面波回波信号的影响,获得了最佳检测参数,分析了孔与裂缝缺陷两类缺陷的回波信号与B扫成像结果,结合仿真得到一系列结论:不同直径的孔类缺陷成像尺寸相似,横向分辨率较低,难以对缺陷尺寸进行区分;裂缝缺陷会产生多次缺陷波,其来自于试块底面反射;漏表面波可以准确检测裂缝缺陷的长度,但难以定量检测深度与宽度。（3）研究了漏表面波检测的合成孔径聚焦成像方法,以提高成像横向分辨率,基于均方根速度的时域合成孔径聚焦成像结果相较于B扫成像,缺陷横向尺寸误差降低31.3%,而频域合成孔径聚焦成像降低了 23.8%,但其成像效率更高,成像时间仅为时域的 1/36。（4）研究了一种分块式频域合成孔径聚焦成像方法,以提高漏表面波检测的检测范围,对多组B扫数据进行DAC衰减补偿、频域合成孔径聚焦成像、拼合叠加,解决了漏表面波单次B扫描检测范围较小的问题,并且同等检测效果下检测时间仅为C扫描的1/25。分块式频域合成孔径聚焦成像方法提高了表面缺陷检测的成像效率和分辨率。