專利名稱：管狀復合件中擴散焊連接界面的超聲檢測成像方法
技術領域：
本發明屬于超聲波無損檢測技術領域，尤其是涉及一種管狀復合件中擴散焊連接界面的超聲檢測成像方法。
背景技術：
對于新材料的連接及復雜精細結構件的制造，擴散焊技術憑借獨特的優越性和靈活性在制造業中的應用越來越廣泛，且越來越多的應用于重要部件的連接。國內資料曾經報道過采用超聲波方法檢測雙金屬復合層質量，但它們僅是對于探傷工藝進行研究，而且是使用超聲波探傷儀進行手工探傷，未能成像，無法滿足現代無損檢測技術的要求，即不僅需要判斷缺陷的有無，還希望通過直觀的圖像顯示缺陷的全貌，得到可靠的分析結果。 國外在擴散焊接頭的無損檢測方面研究報道較多，但是，對于焊縫一面為平面或近似平面的結構，多采用超聲C掃描檢測焊縫中的未焊合、氣孔等缺陷，對于擴散焊接頭中容易產生的一種緊貼的弱結合缺陷，超聲C掃描幾乎不能檢出。超聲脈沖回波掃描儀通過常規超聲換能器向復合件表面發射超聲脈沖，通過分析回波來判斷連接面是否質量完好，回波中的主要成分是復合件內第一層材料外表面反射波與第二層材料內表面的共振波。這種方法不能保證擴散焊連接界面接收到足夠的超聲能量，小規格管狀復合件的換能器選擇也是一個問題。因此，如何使超聲脈沖更有效的透射復合件介質，進入擴散焊連接層，也是此類檢測的關鍵點。

發明內容
本發明的目的在于提供一種管狀復合件中擴散焊連接界面的超聲檢測成像方法，克服擴散焊缺陷檢測的漏檢和誤檢問題，避免了檢測結果不可靠，提高了擴散焊缺陷檢測的客觀性和可靠性。本發明采用頻率可調的電脈沖激發高頻寬帶窄脈沖水浸側向球面聚焦超聲換能器，水浸耦合，換能器從管狀復合件內圓穿入，換能器在電脈沖的激勵下輻射寬帶窄脈沖超聲垂直入射到復合件內壁，并徑向透射進復合件介質，同時擴散焊連接界面產生反射回波。換能器對管狀復合件內壁進行全測量掃描時接收回波，得到擴散焊連接界面的全波列超聲信號。通過軟件對全波列超聲信號時頻域變換，從超聲信號本身進行特征提取和分析成像，給出擴散焊連接質量的定量化直觀結果。減少了擴散焊缺陷檢測的漏檢和誤檢問題，提高了擴散焊缺陷檢測的客觀性和可靠性。具體包括以下步驟(I)采用頻率可調的電脈沖激發高頻寬帶窄脈沖水浸側向球面聚焦超聲換能器，水浸耦合，換能器從管狀復合件內圓穿入，換能器在電脈沖的激勵下輻射寬帶窄脈沖超聲垂直入射到復合件內壁，并徑向透射進復合件介質，同時擴散焊連接界面產生反射回波；(2)換能器對管狀復合件內壁進行全測量掃描時接收回波，得到擴散焊連接界面的全波列超聲信號；通過計算機軟件(為已有軟件的使用，裝于此套管狀復合件擴散焊連接界面超聲檢測成像系統的主機中)對全波列超聲信號時頻域(時域和頻域是信號的基本性質，這樣可以用多種方式來分析信號，每種方式提供了不同的角度。解決問題的最快方式不一定是最明顯的方式，用來分析信號的不同角度稱為域。時域頻域可清楚反應信號與互連線之間的相互影響)變換，從超聲信號本身進行特征提取和分析成像，給出擴散焊連接質量的定量化直觀結果。通過計算機軟件從超聲信號本身進行特征提取和分析成像，實時顯示A掃描，角度校正的B、C和D掃描。
通過軟件可以得出基于全波列采集的各種特征量的圖像，包括相位(深度)特征圖像、當量分布特征圖像、超聲波層析顯示等。本發明所述的電脈沖信號的頻率調節范圍為O. 5-20 MHz0本發明所述的換能器為高頻寬帶窄脈沖水浸側向球面聚焦超聲換能器，主頻8-20MHz，可采用一個或多個換能器分頻段實現。本發明所述的測量掃描為換能器對管狀復合件內壁進行全測量掃描，脈沖重復頻率20KHz, A掃查采集速率8KHz (512點，8 bit采樣分辨率)。與現有技術相比，本發明依照管狀復合件形態特征及靈敏度要求，理論計算超聲換能器焦距、晶片直徑，軟件構建civa模型生成聚焦探頭聲場模擬，根據仿真結果定制高頻寬帶窄脈沖水浸側向球面聚焦超聲換能器，壓制了表面波的反射幅度，提高了界面波的反射波幅度。利用軟件采集全波列檢測信號，儲存超聲波形的各種特征，包括反射波、底界面波、上界面波的幅值、相位、空間當量分布，結合相位上升時間、下降時間、脈沖周期和頻譜特性等，經信號處理后，按多種特征進行成像顯示。可較好地檢測和評價復合層的結合質量，從而對擴散焊的連接質量給出客觀評價。


圖I為聲場模擬civa模型構建不意圖。圖2為聲場仿真模擬計算結果示意圖(聚焦點近似在擴散焊連接界面上)。圖3為某一定制高頻寬帶窄脈沖水浸側向球面聚焦超聲換能器示意圖。圖4為換能器對管狀復合件內壁進行全測量掃描時，脈沖聲波傳播及探頭位置示意圖。、圖5為檢測設備示意圖。 圖6為通過軟件從超聲信號本身進行特征提取和分析成像，實時顯示A掃描，角度校正的B、C和波幅C掃描圖。圖7為通過軟件得出基于全波列采集的當量分布特征圖像(結合A、B、C掃描結果處理)。圖8為通過軟件得出的基于全波列采集的超聲波層析顯示圖(結合A、C掃描結果處理)。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進行說明依照管狀復合件形態特征及靈敏度要求，理論計算超聲換能器焦距、晶片直徑，軟件構建civa模型(圖I)生成聚焦探頭聲場模擬(圖2)。根據仿真結果定制高頻寬帶窄脈沖水浸側向球面聚焦超聲換能器(圖3)。換能器水浸耦合，從管狀復合件內圓穿入，換能器在電脈沖的激勵下輻射寬帶窄脈沖超聲垂直入射到復合件內壁，并徑向透射進復合件介質，同時擴散焊連接界面產生反射回波(圖4)。掃查方式為換能器對管狀復合件內壁進行全測量掃描，底盤轉動，換能器上下移動(圖4、5)。通過軟件從超聲信號本身進行特征提取和分析成像，實時顯示A掃描，角度校正的B、C和D掃描(圖6)。通過軟件可以得出基于全波列采集的各種特征量的圖像，包括相位(深度)特·征圖像、當量分布特征圖像、超聲波層析顯示等(圖7、8)。
權利要求
1.一種管狀復合件中擴散焊連接界面的超聲檢測成像方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 (1)采用頻率可調的電脈沖激發高頻寬帶窄脈沖水浸側向球面聚焦超聲換能器，水浸耦合，換能器從管狀復合件內圓穿入，換能器在電脈沖的激勵下輻射寬帶窄脈沖超聲垂直入射到復合件內壁，并徑向透射進復合件介質，同時擴散焊連接界面產生反射回波； (2)換能器對管狀復合件內壁進行全測量掃描時接收回波，得到擴散焊連接界面的全波列超聲信號；通過計算機軟件對全波列超聲信號時頻域變換，從超聲信號本身進行特征提取和分析成像，給出擴散焊連接質量的定量化直觀結果； 通過軟件從超聲信號本身進行特征提取和分析成像，實時顯示A掃描，角度校正的B、C和D掃描； 通過計算機軟件得出基于全波列采集的各種特征量的圖像，包括相位深度特征圖像、當量分布特征圖像、超聲波層析顯示。
2.根據權利要求I所述的超聲檢測成像方法，其特征在于，所述的電脈沖信號的頻率調節范圍為O. 5-20 MHz0
3.根據權利要求I所述的超聲檢測成像方法，其特征在于，所述的換能器為高頻寬帶窄脈沖水浸側向球面聚焦超聲換能器，主頻8-20 MHz，采用一個或多個換能器分頻段實現。
4.根據權利要求I所述的超聲檢測成像方法，其特征在于，所述的測量掃描為換能器對管狀復合件內壁進行全測量掃描，脈沖重復頻率20KHz，A掃查采集速率8KHz 512點，8bit米樣分辨率。
全文摘要
一種管狀復合件中擴散焊連接界面的超聲檢測成像方法，屬于超聲波無損檢測技術領域。采用頻率可調的電脈沖激發高頻寬帶窄脈沖水浸側向球面聚焦超聲換能器，水浸耦合，換能器從管狀復合件內圓穿入，換能器在電脈沖的激勵下輻射寬帶窄脈沖超聲垂直入射到復合件內壁，并徑向透射進復合件介質，同時擴散焊連接界面產生反射回波。換能器對管狀復合件內壁進行全測量掃描時接收回波，得到擴散焊連接界面的全波列超聲信號。通過軟件對全波列超聲信號時頻域變換，從超聲信號本身進行特征提取和分析成像，給出擴散焊連接質量的定量化直觀結果。減少了擴散焊缺陷檢測的漏檢和誤檢問題，提高了擴散焊缺陷檢測的客觀性和可靠性。
文檔編號G01N29/06GK102914592SQ20121043000
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月31日 優先權日2012年10月31日
發明者黃鑫, 劉國輝, 秦思貴, 張鵬, 陳飛雄, 潘晨燕, 牛曼 申請人:安泰科技股份有限公司