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標(biāo)題: 多頻渦流裂紋重構(gòu)方法 [打印本頁]
      

      
作者: 海天一色    時間: 2014-2-21 12:25
      
標(biāo)題: 多頻渦流裂紋重構(gòu)方法
       本帖最后由 海天一色 于 2014-2-21 13:45 編輯 
      

      
1 引言
      
金屬柵格夾芯材料具有超輕、高比強/比剛度、高強韌、高能量吸收等優(yōu)良性能，在航天航空、鐵路運輸?shù)阮I(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景[1]。表層面板和芯板間的焊接部位若出現(xiàn)裂紋損傷將會對夾芯板的力學(xué)性能和相應(yīng)結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生極大的影響，因此需要對其進(jìn)行役前和在役檢測。由于夾芯板結(jié)構(gòu)特殊以及各種方法本身的局限性，常規(guī)超聲和射線檢測方法無法對其焊部損傷進(jìn)行有效檢測，不適合作為超輕多孔材料夾芯結(jié)構(gòu)焊部損傷的檢測手段。渦流檢測技術(shù)具有對淺裂紋定量的獨特優(yōu)勢以及非接觸、檢測速度快、靈敏度高等優(yōu)點，在焊部裂紋的檢測中已得到應(yīng)用[2-8]。對于夾芯板不銹鋼面板背面焊部裂紋的定量檢測，由于裂紋位于焊部（或附近），檢測信號信噪比通常較小，難以直接用來判別裂紋的存在以及確定其大小和位置，需要尋找有效的降低噪聲信號的方法和合適的裂紋定量技術(shù)。
      

      

      [attach]8359[/attach]

      

      

      
本文利用焊部噪聲和裂紋信號在幅值和相位等方面存在差異的特點，基于通過多頻演算方法來抽取裂紋信號用于裂紋識別和定量的思路，提出了一種基于多頻ECT信號的夾芯板焊部裂紋反演方法。并通過該方法使用實驗檢測信號對裂紋形狀進(jìn)行了重構(gòu)，獲得了滿意裂紋定量結(jié)果，驗證了所提方法的有效性。
      
2 基于多頻ECT信號的逆問題反演方法
      

      
基于渦流檢測信號的裂紋重構(gòu)問題可轉(zhuǎn)化為使以下殘差函數(shù)最小的優(yōu)化問題，
      
[attach]8361[/attach]
      

      
[attach]8362[/attach]
      

      
3 ECT實驗信號的獲取及數(shù)據(jù)處理
      
3.1 原始ECT實驗信號的獲取
      

      [attach]8363[/attach]

      

      
檢測對象夾芯板的上下面板和中間夾心層均采用奧氏體不銹鋼SUS304制作，采用鎳基焊料真空焊接。試件面板尺寸為215mm×70mm×3mm，上下面板分別有2×9，3×10個焊點，上面板的焊點尺寸為5mm×5mm×0.2mm，下面板的為5mm×5mm×0.3mm。為了獲得夾芯板焊接部裂紋的ECT實驗信號，采用機械方法將上下面板完全分離并在焊點根部采用電火花加工方法制作了兩個長寬同為10mm×0.2mm，但深度分別1mm和2mm的人工裂紋。渦流檢測實驗采用了如圖3所示的多頻渦流檢測系統(tǒng)。為減少提離噪聲檢測使用了能有效抑制提離噪聲的十字探頭。檢測中所采用的探頭提離為0.5 mm。為進(jìn)行多頻演算以消除焊部噪聲，同時檢測了50 kHz和 80 kHz的ECT信號。
      

      
3.2實驗檢測信號的去噪及標(biāo)定
      
由于采用了能有效抑制提離噪聲的十字探頭獲取檢測信號，所采集的原始實驗信號中已不含提離噪聲。為了消除實驗信號中的飄零噪聲和高頻白噪聲，采取了強制歸零和分段取均值的數(shù)據(jù)處理方法對原始實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。圖5(a), (b)分別給出了經(jīng)信號處理的1mm和2mm深度焊部裂紋檢測信號的檢測信號。
      

      

      [attach]8364[/attach]

      

      
為了消除檢測信號中所含的焊點噪聲，對兩個頻率的實驗檢測信號進(jìn)行了多頻演算法。演算基準(zhǔn)噪聲信號采用了多處無損焊縫（點）的實驗信號的平均。在實驗檢測過程中，由于信號增益和相位的調(diào)節(jié)，會使實驗檢測信號和數(shù)值模擬結(jié)果不符。為使二者可比，基于1mm深裂紋檢測信號求取了增益和相位調(diào)節(jié)系數(shù)，對其他實驗檢測信號進(jìn)行了校正。圖6為實驗檢測信號的多頻演算結(jié)果，圖7為標(biāo)定結(jié)果和相應(yīng)數(shù)值模擬計算結(jié)果的比較。由于標(biāo)定采用的基準(zhǔn)信號是1mm深的非焊接區(qū)域裂紋的檢測信號，故1mm深裂紋的實驗信號標(biāo)定結(jié)果較好，2mm深裂紋的檢測信號的標(biāo)定結(jié)果和相應(yīng)的數(shù)值模擬計算結(jié)果差異較大。
      

      

      [attach]8365[/attach]

      

      

      
4  實驗檢測信號的重構(gòu)結(jié)果
      
    實驗檢測信號經(jīng)過消噪、多頻演算和數(shù)據(jù)標(biāo)定后，最后的結(jié)果作為逆問題的輸入，用于重構(gòu)位于焊點根部的裂紋尺寸和位置。
      
   圖8為焊點根部1mm深裂紋的實驗重構(gòu)結(jié)果與真實值的比較。其中(a)為裂紋形狀的重構(gòu)結(jié)果比較，(b)為裂紋信號比較。裂紋左端點位置的重構(gòu)結(jié)果為-4.1mm，右端點位置重構(gòu)結(jié)果為4.5mm，實際位置為-5mm及5mm；裂紋實際深度為1mm，重構(gòu)結(jié)果為0.93mm，精度為92.6%，裂紋實際長度為10mm，重構(gòu)結(jié)果為8.63mm，精度為86.3%。
      
    圖9為焊點根部2mm深裂紋的實驗重構(gòu)結(jié)果。其中，(a)為裂紋形狀的重構(gòu)結(jié)果，(b)為2mm深裂紋信號的重構(gòu)結(jié)果。裂紋左端點位置的重構(gòu)結(jié)果為-4.2mm，右端點位置的重構(gòu)結(jié)果為3.52 mm，實際位置為-5mm及5mm；裂紋長度的實際值為10mm，長度的重構(gòu)結(jié)果為7.72mm，是實際長度的77.1%，裂紋深度的實際值為2mm，重構(gòu)結(jié)果為1.64mm，是實際深度的82.0%。
      

      

      [attach]8366[/attach]

      

      

      
5 結(jié)論
      
為解決金屬夾芯板內(nèi)面焊部裂紋的定量檢測難題，本文提出了一種基于ECT多頻信號的裂紋反演方法，并通過使用實驗檢測信號對裂紋的尺寸和形狀進(jìn)行了重構(gòu)，獲得了滿意的定量結(jié)果，證實了本文所提反演方法的有效性和ECT檢測技術(shù)用于金屬夾芯板內(nèi)面焊部裂紋定量檢測的可行性。
      
參考文獻(xiàn)：
      
[1] 盧天健,何德坪,陳常青等.超輕多孔金屬材料的多功能特性及應(yīng)用,力學(xué)進(jìn)展,2006,Vol.36,No.4,517-535.
      
[2] Noritaka Yusa,Ladislav Janousek,etc.Detection of embedded fatigud cracks in Inconel weld overlay and the evaluation of the minimum thickness of the weld overlay using eddy current testing[J]. Nuclear Engineering and Design,2006,1-8.
      
[3] Yusa, N., et al., Application of eddy current inversion technique to the sizing of defects in Inconel welds with rough surfaces. Nuclear Engineering and Design, 2005. 235(14): p. 1469-1480.
      
[4] Yusa, N., et al., Eddy current inversions of defects in rough welds using a simplified computational model. Nondestructive Testing and Evaluation, 2005. 20(3): p. 191-199.
      
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[8] 黃建明 and 林俊明, 焊縫電磁渦流檢測技術(shù). 無損檢測, 2004(02): p. 95-98.
      
[9] Chen, Z., Enhancement of ECT technique by probe optimization and reconstruction of cracks, in Quantum Engineering and Systems Science. 1997, University of Tokyo: Tokyo. p. 225
      

      
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