金屬構件中夾雜缺陷檢測方法與流程
2024-03-31 07:25:05 1
本發明涉及一種金屬構件中夾雜缺陷的檢測方法，特別是涉及一種用相對頻移量表徵金屬構件中夾雜缺陷的檢測方法，屬於無損檢測
技術領域：
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背景技術：
：作為大型成套設備的核心零部件，大型鍛件在國民經濟建設、國防裝備發展和現代尖端科技重大裝備建設中，發揮著非常重要的作用，廣泛應用於核電站關鍵部件、火電機組、汽輪機轉子、葉片、發電機軸以及重型機械等設備中。受冶金行業發展水平及相關工藝的限制，在鑄鍛件內部往往存在與基體材質相異的夾雜缺陷。夾雜缺陷的存在直接導致金屬的連續性和完整性遭到破壞，影響鋼的機械性能，特別是降低塑性、韌性及疲勞極限。嚴重時，還會使金屬在熱加工與熱處理時產生裂紋或使用時突然脆斷。此外，夾雜缺陷也促使在金屬內部形成熱加工纖維組織與帶狀組織，使材料具有各向異性，使得材料的衝擊韌性大大降低。因此，有必要對關鍵零部件所用大鍛件內部夾雜缺陷進行檢測。現有的金屬構件夾雜缺陷檢測方法主要可分為宏觀評定法和顯微組織法兩類。其中，宏觀評定法包括：低倍酸蝕檢驗法、斷口檢驗法、塔形試驗法和磁粉檢驗法等。顯微評定法包括：標準圖譜法，手工定量法和圖像分析儀法等。此外，脈衝鑑別分析光譜測量法(OES-PDA)、化學成分分析法近年來也得到一定程度的應用。除磁粉檢測法外，其他檢測方法均通過觀察組織宏觀及微觀結構的變化來表徵鑄鍛件的質量，需要對檢測對象進行取樣。而磁粉檢測法對內部缺陷不敏感，主要用於構件表面和近表面的缺陷檢測。超聲波檢測技術作為應用範圍最廣的無損檢測技術之一，與其他常規無損檢測技術相比，具有檢測深度大，被測對象範圍廣，缺陷定位準確，檢測靈敏度高，對人體無危害、對環境無汙染等特點，因而被廣泛應用於工業構件的無損檢測領域。在不損害工件的前提下，根據超聲波在介質中傳播特性以及超聲波與缺陷的相互作用機理，該技術不僅可以準確識別工件的表面缺陷(如裂紋、腐蝕等)，還可發現其人眼不可見的內部缺陷(如孔洞、夾雜等)。國內外學者採用超聲檢測方法對金屬構件中夾雜缺陷的辨識進行了相關研究。研究表明，不同材料夾雜物能夠通過超聲檢測方法進行區別，且在對其回波分析的基礎上能夠進行定量識別[KananenV,EskelinenJ,HaeggstromE.Ultrasonicinclusionandporeclassificationinrolledandunrolledsteelsamples[J].2009:2545-2548]。不同屬性夾雜物對超聲波的敏感頻率不同[陳丹,肖會芳,黎敏,等.金屬材料內部非金屬夾雜超聲檢測的數值模擬[J].北京科技大學學報,2015,37(7):942-949.]。以上研究為金屬構件中夾雜缺陷的檢測提供了新的思路，但均處於初步階段，尚無不同夾雜缺陷的統一表徵指標，需要尋求一個用於判斷不同夾雜缺陷的特徵表徵指標用於判別不同材料屬性的夾雜缺陷。技術實現要素：本發明是為了完善上述問題而完成的，其目的在於提供一種用相對頻率偏移量表徵金屬構件中夾雜缺陷的檢測方法，使用了夾雜缺陷檢測裝置、檢測數據信息提取方法。夾雜缺陷回波的峰值頻率會因其材料屬性的不同而發生不同程度的偏移，若直接以該峰值頻率作為夾雜缺陷材料屬性的表徵參數，則峰值頻率會隨著激勵信號頻率發生改變。因此，將超聲回波峰值頻率的相對頻移量作為不同材料屬性夾雜缺陷的表徵指標，由公式(1)計算得到，從而對夾雜缺陷類型進行判別。其中，fdrive為激勵信號頻率，fecho為夾雜缺陷回波峰值頻率。考慮在進行夾雜缺陷檢測前，如果能夠通過仿真軟體建立夾雜缺陷的激勵信號頻率與相對頻移量的關係曲線，則可在實際檢測中利用該曲線判定夾雜缺陷類型。本發明是根據上述內容而完成的。S1.建立已知夾雜缺陷的相對頻移量關係曲線；利用仿真軟體，建立模型，使夾雜缺陷的尺寸和空間位置相同，改變材料屬性，建立已知材料屬性夾雜缺陷超聲回波峰值頻率的相對頻移量關係曲線圖。S2.建立實際夾雜缺陷的相對頻移量關係曲線；利用夾雜缺陷檢測裝置對檢測對象進行檢測，並通過信號處理方法對檢測數據進行信息提取。得到實際夾雜缺陷超聲回波峰值頻率的相對頻移量關係曲線圖。S3.夾雜缺陷類型的判定；利用已建立的夾雜缺陷曲線判定該夾雜缺陷類型。根據本方法檢測夾雜缺陷得到相對頻移量關係曲線，根據已建立的夾雜缺陷曲線進行判定，能夠判別不同材料屬性的夾雜缺陷。附圖說明圖1是本發明實施所採用的夾雜缺陷檢測裝置說明圖；圖2是本發明金屬構件中夾雜缺陷檢測方法的實施流程圖；圖3是碳夾雜缺陷和錫夾雜缺陷的仿真相對頻移量關係曲線；圖4是碳夾雜缺陷和錫夾雜缺陷的實驗相對頻移量關係曲線；具體實施方式本發明方法的流程圖如圖2所示。1.建立已知夾雜缺陷的相對頻移量關係曲線首先，對採用仿真軟體建立已知夾雜缺陷的仿真模型進行說明。步驟一：仿真模型參數設置1)根據待檢測的實際對象設置基體的材料、形狀及尺寸；2)設置檢測探頭的類型、頻率、尺寸參數；3)設置激勵信號的調製方式、信號周期數；4)配置檢測及耦合方式；5)設定夾雜缺陷的尺寸與位置。步驟二：針對不同夾雜缺陷材料屬性參數進行仿真1)設置夾雜缺陷材料屬性；2)運行仿真模型，保存仿真數據；3)更改夾雜缺陷材料屬性，重複設置夾雜缺陷材料屬性、運行仿真模型並保存仿真數據。其次，對仿真數據的信息提取進行說明。1)對所有數據進行頻域分析，進行傅立葉變換；2)對傅立葉變換結果取包絡；3)提取頻域分析結果中的峰值頻率。最後，建立已知夾雜缺陷的相對頻移量關係曲線。其步驟為：1)匯總全部峰值頻率數據；2)計算相對頻移量；3)繪製相對頻移量關係曲線圖。2.建立實際夾雜缺陷的相對頻移量關係曲線首先，對圖1所示的本實施方式的夾雜缺陷檢測裝置進行說明。夾雜缺陷檢測裝置包括檢測單元1、脈衝發射接收單元2、計算機控制單元3以及數據顯示存儲單元4。各單元的功能為：檢測單元1被輸入脈衝發射接收單元2產生的激勵脈衝信號，監測被檢測對象內部情況，將接收到的脈衝回波信號輸出至脈衝發射接收單元2；脈衝發射接收單元2被輸入由計算機控制單元3設置的激勵信號參數，產生相應的激勵脈衝信號輸入至檢測單元1，並接收檢測單元1所監測到的信號將其輸入至數據顯示存儲單元4；計算機控制單元3對檢測單元1進行頻響特性測試，選取響應極大值處頻率作為檢測單元1的激勵頻率，與激勵信號幅值、相位、周期數、信號調製方式以及激勵延時參數一同輸入至脈衝發射接收單元2；數據顯示存儲單元4被輸入脈衝發射接收單元2接收的監測信號，顯示監測信號並存儲。其次，對利用上述夾雜缺陷檢測裝置的操作進行說明。步驟一：檢測前的參數配置；1)脈衝發射接收單元預熱；2)硬體設備初始化，衰減器置於最大衰減位，雙工器置於輸出位，前置放大器置於20dB位，信號選擇器通道1置於「INTEGRATORGATEMON」位、通道2置於「RFSIGNALMON」位；3)打開計算機控制單元、數據顯示存儲單元；4)計算機控制單元操作軟體參數設置，設置的參數包括激勵信號頻率、幅值、相位、周期數、信號調製方式以及延時參數；5)布置檢測單元，將檢測單元置於標準件上；6)打開脈衝發射接收單元輸出，打開操作軟體輸出按鈕；7)初始化數據顯示存儲單元設置，autoset後調節標度到能夠恰當顯示檢測信息為止；8)調節計算機控制單元操作軟體積分門(GatedIntegrator)的延時，使其能夠取到完整的波形；9)對探頭進行掃頻。以探頭設計的標稱參數，設置掃頻的上下截止範圍進行一定範圍的初掃，然後根據掃頻結果調整掃頻範圍，進行終掃，確定探頭最適宜的工作頻率。步驟二：檢測對象的實驗檢測1)調節衰減器和數據顯示存儲單元參數，在待檢測區域表面均勻塗抹耦合劑，對該區域進行手動掃查，尋找缺陷回波，記錄缺陷位置，並使缺陷回波恰當的顯示，對回波數據進行存儲；2)更換探頭後按照檢測對象的實驗檢測中的步驟1)對檢測對象的進行檢測。再次，對實驗數據的信息提取進行說明。採用整體平均經驗模態分解(EEMD)分析方法提取檢測信息中的本徵模態信號，然後對該本徵模態信號進行頻域分析並提取峰值頻率。步驟一：本徵模態信號提取1)讀入數據；2)混入噪聲信號；3)尋找極值點，通過三次樣條曲線擬合出信號的上下包絡並對包絡求平均，得到均值序列；4)去除均值序列，檢測信號是否為本徵模態函數，若不滿足，重複本徵模態信號提取中的步驟3)處理待檢信號，直至滿足本徵模態函數條件；5)計算剩餘信號；6)將剩餘信號作為待處理信號，重複本徵模態信號提取中的步驟3)、4)，依次獲得全部本徵模態函數；7)對本徵模態信號提取中的步驟2)中獲得的下一個混入噪聲信號同樣經過本徵模態信號提取中的步驟3)～6)，獲得各自的本徵模態函數；8)將上述對應的本徵模態函數進行整體平均，消除混入的白噪聲對真實本徵模態函數的影響。步驟二：提取峰值頻率1)選取本徵模態函數中幅值最大者確定為待分析的本徵模態函數；2)進行傅立葉變換；3)提取頻域分析結果中的峰值頻率。最後，建立被檢測夾雜缺陷的相對頻移量關係曲線。其步驟為：1)匯總全部峰值頻率數據；2)計算相對頻移量；3)繪製相對頻移量關係曲線圖。3.夾雜缺陷類型的判定對比仿真曲線與實驗關係曲線，通過其變化趨勢以及偏移量來判定夾雜缺陷的類型。實施例製作夾雜物材料屬性分別為錫和碳的鋁基試件，錫和碳夾雜均為圓柱體，直徑為3mm，作為實驗中的檢測對象。利用上述實施方式建立關於錫和碳的仿真相對頻移量關係曲線，探頭置於夾雜缺陷正上方，仿真參數如表1-3所示，對仿真數據進行提取後的峰值頻率如表4所示。表1為仿真時基體與夾雜缺陷的參數。表1基體與夾雜缺陷的參數表2為仿真時的探頭參數設置表2探頭參數設置表3為仿真時的信號參數設置。表3信號參數設置表4為對仿真數據進行提取後的峰值頻率。表4錫和碳夾雜仿真數據的峰值頻率激勵頻率(MHz)錫的峰值頻率(MHz)碳的峰值頻率(MHz)2.50662.22882.23283.01302.67462.6765.26664.69374.6933圖3是利用本實施方式所得到的位於深度50mm處的錫和碳的相對頻移量仿真關係曲線圖。然後，利用上述實施方式建立關於錫和碳的實驗相對頻移量關係曲線。首先對試件進行掃查，然後將探頭置於缺陷回波幅值最大處進行數據採集，實驗參數如表5所示。表5為夾雜缺陷檢測裝置實驗參數。表5夾雜缺陷檢測裝置實驗參數激勵頻率(MHz)調製方式信號周期數輸出級延時(μs)衰減(dB)2.5066Hanning3502.5μs313.0130Hanning3502.5μs315.2666Hanning3502.5μs15採用EEMD方法對實驗信號進行處理時，選取白噪聲標準差為0.001，白噪聲總體數量為10。表6為對實驗數據進行提取後的峰值頻率。表6錫和碳夾雜實驗數據的峰值頻率激勵頻率(MHz)錫的峰值頻率(MHz)碳的峰值頻率(MHz)2.50662.35292.41703.01302.75882.77405.26665.09035.1392圖4是利用本實施方式所得到的位於深度50mm處的錫和碳的相對頻移量實驗檢測關係曲線圖。如圖3、4所示，實驗檢測得到的相對頻移量關係曲線的變化趨勢與仿真的到的相對頻移量關係曲線趨勢相同。同時，由仿真可知碳的相對頻移量較錫的相對頻移量要小，因此推斷實驗檢測得到的相對頻移量關係曲線圖中A為碳，B為錫。該結果與實際情況相符。由此，證實了本實施方式所採用的相對頻率偏移量指標能夠用於夾雜缺陷的類型的表徵，進行夾雜缺陷類型的識別。以上是本發明的一個典型實施例，本發明的實施不限於此。根據本發明，能夠判定存在於金屬構件中夾雜缺陷的類型。因此，能夠用於工業生產中金屬構件質量的控制，對被檢測金屬構件的下一步處理提供指導。同時，該方法無需對金屬構件進行取樣，能夠節約時間成本，為企業提高產品的檢測效率。當前第1頁1 2 3