高温合金微小缺陷的超声识别方法研究

发布时间：2020-09-30 20:41

　　航空发动机由于在高温高压等苛刻的环境下工作,所以发动机对其制造的材料有极高的要求,即使微小的缺陷存在也会造成机毁人亡的严重事故。粗晶高温合金材料由于强度高、耐疲劳以及耐高温的优良特性在航空发动机制造中得到愈来愈广泛的应用。但是粗晶高温合金材料中晶粒平均尺寸较大,传统超声检测技术在对其进行检测时会发生严重的散射现象,随之产生的严重背景噪声将会极大地影响超声检测信号的信噪比,导致缺陷回波难以识别。因此对粗晶高温合金材料微小缺陷的检测识别方法的研究显得十分重要。本文针对粗晶高温合金材料中微小缺陷的超声检测识别方法展开研究,利用透过缺陷的声衍射特征和缺陷对超声波的非线性频率响应特征来对缺陷进行识别分析,提出来一种新的粗晶高温合金材料微小缺陷识别方法,并取得了一些创新成果。本文的主要工作内容如下:首先,对粗晶高温合金材料中微小缺陷检测难点及意义进行分析。研究了微小缺陷对声传播规律的影响,确定了利用微小缺陷对声波的衍射特征和非线性响应特征两种方式来识别缺陷。其次,利用ABAQUS有限元仿真软件对无缺陷模型、平底孔模型和小缺陷模型模拟声的衍射传播规律进行研究。以及在微小缺陷模型中模拟超声非线性响应。最后,在检测工件中设计并制作了一系列平底孔缺陷及一个横通孔缺陷。最先在常规超声实验中检验仿真结果。选择合适得最佳探头以及系统参数设置,分别在特征扫面成像检测系统和非线性检测系统中对人工缺陷进行检测识别。在平面识别的结果上结合相控阵方式实现在深度上的定位。研究结果表明,微小缺陷对声波的传播有散射现象和非线性响应特征。对透过缺陷的声波进行特征分析和成像,在1~2级晶粒度下检测精度能够识别Φ0.1mm平底孔缺陷,底波主频率在一定范围内随着缺陷的增大而降低,随着埋深的增加而降低。相较于底波幅值成像,衍射特征成像更容易识别缺陷、图像清晰、检测精度更高;利用有限幅度非线性超声检测方法识别出Φ0.1mm平底孔缺陷。在平面识别缺陷的基础上结合相控阵优势,实现对Φ0.3mm平底孔及以上缺陷快速深度定位。
【学位单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V263.6;TB559
【部分图文】：

高温合金

高温合金的应用

原理图,相控阵,原理,偏转图

（a）相控阵聚焦（b）相控阵偏转图 1-2 相控阵超声聚焦和偏转原理超声相控阵系统由硬件和软件两个方面组成。通过硬件电路的控制和软件达到自由和有序激励不同的阵元，进而最终实现声束的聚焦和偏转。线性

发射/接收及声束形成时间延迟

【参考文献】