铝合金搅拌摩擦焊缺陷超声相控阵检测及其图像特征识别

发布时间：2020-09-03 18:02

　　本文针对8mm厚2A14铝合金搅拌摩擦焊焊缝的不同形态未焊透和隧道孔缺陷进行了研究。在确定超声相控阵检测工艺的基础上,以弯曲未焊透界面为例进行了对比试验,对X射线、超声C扫检测能力进行了分析。本文重点研究了缺陷界面形态对检测的影响,结合扇形扫查模式的检测图像、信号以及检测图像的纹理分析对不同界面形态缺陷进行了辨别。研究结果表明:超声相控阵检测时,探头频率选择5MHz,从后退侧使用扇形扫查模式检测效果最佳;X射线和超声C扫对取向复杂的未焊透界面检测能力很低,对于同类缺陷的不同形态也无法进行判定。对于长度大于超声检测灵敏度(λ/2)的垂直未焊透,信号幅值与缺陷长度成正比;平直未焊透界面检测受界面取向及入射角的共同影响,信号强度与声束和界面夹角偏离垂直的程度呈反比;弯曲未焊透界面检测受界面曲率影响,信号强度与曲率成反比;隧道孔界面形态分为取向杂乱和平稳两种,前者A扫波形为一主峰和多个次峰,与未焊透的单束波峰状区别明显,后者通过S扫图像色带特征和位置可与未焊透进行区分。综合多角度检测信号可以判断未焊透界面是否弯曲,弯曲界面检测信号的探测角度-幅值曲线表现为降低-平台-降低,平直界面检测信号的探测角度-幅值曲线表现为长程缓慢上升-峰值-短程缓慢降低-急剧降低。对每种类型缺陷的不同形态分别进行灰度共生矩阵参数分析发现,角二阶矩与未焊透长度成正相关,熵值对较长未焊透反馈明显,对比度和相关性对较短未焊透有明显反馈,综合分析可以对未焊透的长度及差异程度进行表征;弯曲程度较大时角二阶矩和相关性较大,熵值和对比度较小,可与弯曲程度小的未焊透界面进行区分;以角二阶矩和对比度为主,熵值和相关性作为补充,可以对两种隧道孔界面形态进行区分。对所有界面形态进行灰度共生矩阵参数综合分析时,发现3方向隧道孔界面可以在角二阶矩和对比度上得到区分;弯曲程度较大的曲界面在所有参数上与其他形态缺陷界面均有明显的差异;垂直未焊透界面在尺寸较小时,通过角二阶矩、对比度和相关性数值能够与其他缺陷界面进行区分。
【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】：TG441.7
【部分图文】：

模型图,模型,未焊透,挤压力

位论文长度较短时，金属塑性流动范围减小，根部过程中，未焊透界面形态主要受端面的摩擦截面先受到端面前部作用，塑性金属在摩擦RS）迁移，在前沿挤压力作用下，以轴线为本侧迁移，然后受到端面后部的作用，仅在向前进侧迁移，而 1、2、3 区域受到的作用，搅拌头运动过程中，前部挤压力和摩擦力因此未焊透形态表现为上部向后退侧弯曲（

原理图,超声相控阵,原理图

空大学硕士学位论文第 1 章号反馈，但是当缺陷界面取向复杂时，常规的超声检测又略显乏力过变入射角来实现其检测能力的提升，仅在机械方式上实现角度变最佳方式，而采用超声相控阵技术可以使以上问题得到很好的解决超声相控阵检测电陶瓷（压电晶片）充当声波发生器（探头），通过控制系统对晶激励压电陶瓷，使得探头在弹性介质（待检工件）中产生一定频率，即发出超声波，实际应用中超声波发生器发出的声波频率通常在z 之间（即探头频率为 0.5～15MHz），常规超声检测多用单晶探头一角度声束轴线在试件中传播，其声束扩散角是对检测部位唯一有利度。而超声相控阵技术使用的探头为按一定排列规律组合而成的多晶件内置程序来分别调控每一个晶片的激励信号，从而使得每个晶片间不同，即以控制时间延迟来达到控制声束角度的目的。如图 1-2色矩形高低代表时间延迟的大小，可以在单探头上实现多角度的聚焦

灰度直方图,灰度直方图,图像,灰度值

南昌航空大学硕士学位论文第 1 章绪论灰度直方图是最常用的纹理特征表示方法，其他（如灰度均值和灰度方差等纹理特征表示方法通常作为一种辅助的信息描述，灰度直方图是图像中存在的所有灰度值的数量统计图，反映了图像中每种灰度值出现的频率，可以认为是图像灰度值分布密度的近似统计量，灰度直方图虽然不能对图像特征信息进行全面提取，但是还是能采集到图像的局部特征信息，例如，当图像对比度较小时，灰度值级别范围内只有一小段区域上出现非零值，较暗的图像区域灰度值很小，较亮的区域相反，通过灰度直方图上灰度值在灰度轴上集中的范围，可以判断图像色彩强度及对比度。但灰度直方图并不能直接反映出图像纹理的灰度值变化情况，如图 1-3 所示两个图像的灰度直方图完全相同，若想要区分这两个图像，仅仅靠灰度直方图是无法实现的，这说明二维灰度变化的图像仅通过简单赋予特征的方法无法进行有效的识别，因此在进行纹理分析时，需要加入二次统计量才能更为有效且可靠的对图像进行识别。

【参考文献】