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TFM全聚焦超声检测时伪缺陷 缺陷的判断和评定

浏览量:2580次发布时间:2020年12月28日

    在TFM全聚焦超声检测中,在探头阵元和任一给定的聚焦点之间,由于纵波和横波以及在界面和缺陷处可能存在波型转换,导致存在大量的声束路径或模式。通常存在三种路径或模式:直射模式direct modes(LL,LT,TL, TT),其中,这些路径中声束未经过界面反射;端角回波模式corner echo modes(半跨距全聚焦)(LLL,LLT,LTL,……),其中发射的声波与缺陷作用之前,经由底面反射;以及间接模式indirect modes(LLLL,LLLT,LLTL,……),声波在与缺陷作用之前和之后,都经过了底面反射。

 

    但是,并非所有的模式都是有用的。确实,某些模式能够提供缺陷的一些相关信息,某些模式却能产生伪影,从而给TFM图像的分析带来了困难。

 

1.1 伪影的产生

以下采用如图1所示的检测配置,观察产生的影像。被检测的工件为平板,厚度为30mm,两侧平行,材质为各向同性的钢,采用的探头为64L5-G3,阵元数为64,P=0.6mm,中心频率为5MHz的探头,采用的仪器型号为Gekko 64:64 PR(64TFM),如图1所示。本实验旨在观察缺陷的特性与使用的声束路径(即图像的重构模式),对TFM成像的影响。

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fig. 1检测的配置

采用8种端角回波模式,对距离底部5mm、自身高度为10mm的裂纹的影像进行重构,详见图2所示。

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其中,L代表纵波,T代表横波

fig. 2端角回波模式的全聚焦成像


 实验证明,缺陷影像的重构取决于重构的回波模式,与预期结果相同。在这个实验中,使用了8种可以重构影像中的3种模式(TTT,TLL,LLT),即使这些模式并非是最适合重构影像的,并且会产生伪影。其他模式,在尖端产生了衍射,还有些模式,只会产生伪影,它们看起来像缺陷,增加了缺陷误判的风险,并且,其幅值很高,能够掩盖真正的缺陷指示。

 

1.2原因分析:

a. 相同模式下,声时(time of flight,即声波传播所需要的时间)的非唯一性

在TFM成像中,声时并非唯一。实际上,在同一模式下,我们具有等时的椭圆曲线,这些曲线上的点具有相同幅值相关联的特性。如果某些点处存在缺陷,则所有幅值相干叠加,TFM的振幅增加。否则,它就消失了。但是,在某些设置下,相控阵阵元并非足够的散开,或者如果缺陷的长度相对于探头的孔径非常大,声波相互干涉不足,不能使得缺陷位置之外的幅值完全相消,因此,图像的质量很差。

 

b. 不同模式下声时的非唯一性

对于两个不同模式的声波,声时也是有可能相等的,产生的效果也可能相同。在这种情况下,对于给定的模式,在指定的位置出现的指示,也会在其它地方出现。当伪影是由缺陷产生时,我们可以看到一些类似于缺陷的回波,如图2所示,并且当它是反射回波产生时,在某些情况下,其回波幅值非常高,特别是端角反射模式。

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 在TFM的检测和设置中,是否需要分别考虑每种模式,对每种模式分别制作TCG曲线,从而实现对缺陷进行有效的定量,如长度的测量和当量尺寸的判定,小编个人认为是需要的,因为对于不同的模式,制作的TCG曲线是有差异的,检测灵敏度是不同的。在该实验中,后面几幅看起来像缺陷的影像,它们增加了误判影像的风险。因此,识别影像的真伪,对检测结果至关重要。

  

1.2 相关指示的识别

采用FMC/TFM技术,既对焊缝中的不连续性成像,也对焊缝几何结构特性进行了成像。为了识别几何特性的指示,则必须了解被检测工件的详细信息。


为了确定指示是否是相关指示(由不连续性产生),考虑指示相对应的噪声影像和幅值,评定指示的模式或干扰。

 

2.确定指示的位置和长度

2.1位置:

从采集的数据中,确定指示在平行于焊缝轴线,垂直于焊缝的轴线,以及在壁厚方向上的位置。


2.2长度:

根据使用的验收标准,确定指示的长度,如使用阈值或幅值下降的方法。后文中的视频,将详细介绍采用软件自带的幅值下降方法,确定指示的长度和高度。

 

3.指示的评定

3.1通则

根据规范,基于幅值、当量反射体尺寸或高度和长度,对指示进行评定。


3.2基于幅值评定

根据规定的验收等级或使用规定的幅值下降方法,对每个指示的最大幅值进行评定。


3.3基于高度评定

指示的高度指的是沿壁厚方向上的范围,通常从图像上获得其几何指示。鼓励使用衍射信号来识别指示的尖端。对于沿长度方向上,指示高度发生变化时,指示的高度应该在最大的范围处确定。

如果需要更精确的确定指示的高度,则可以使用额外的处理算法。

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