【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声波无损检测，尤其涉及一种大型环件非均匀晶粒尺寸及分布超声相控阵无损评价方法及系统。
技术介绍
1、大型环件是高端装备常用的关键基础构件，如航空航天环件、风电机组环件、核电主泵密封环、盾构机环件等，大型环件服役工况恶劣，长期服役于高温高压、重载和高腐蚀等恶劣环境。因此，对大型环件材料性能要求极其严苛，其晶粒组织状态直接影响大型环件的机械性能和服役安全。大型环件轧制过程材料再结晶与晶粒组织演化规律复杂，受原材料粗晶、预加热温度过高、再结晶不充分、轧制条件不合理等因素影响，大型环件材料极易出现粗晶、混晶、晶粒分布不均等问题。大型环件通常上下表面和内表面晶粒较细，心部晶粒较粗，晶粒尺寸呈现非均匀分布的特征。为此，准确地检测大型环件晶粒尺寸及分布状态，对保障大型环件及相关装备的质量安全具有重要意义。超声相控阵换能器是由多晶片阵列组成，通过延迟法则可以控制声束动态聚焦，在聚焦区域超声能量叠加，可提高晶粒散射信号特征，有利于实现环件局部区域晶粒尺寸特征提取。
2、目前，大型环件晶粒尺寸检测主要依赖人工破坏性抽检，例如金相法、电子背散射衍射法等，此类方法存在检测工序多、等待周期长、材料浪费严重和无法全面检测等问题。然而，金属晶粒尺寸超声无损评价方法只能对工件整体的平均晶粒尺寸进行定性评价，无法评价大型环件局部区域晶粒尺寸和非均匀晶粒具体分布情况。大型环件材料晶粒度分布及晶粒度级差是评价环件微观组织性能的重要参数，对保障环件产品质量和服役安全具有重要意义。超声相控阵通过多个阵元并行激励，可同时获取多角度声束散射信号，
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种大型环件非均匀晶粒尺寸及分布超声相控阵无损评价方法，通过该方法可以实现大型环件外表面和心部晶粒尺寸非均匀分布的超声相控阵高分辨率无损检测与评价。
2、本专利技术所采用的技术方案是：
3、提供一种大型环件非均匀晶粒尺寸及分布超声相控阵无损评价方法，包括以下步骤：
4、根据大型环件的材料和几何尺寸设置超声相控阵换能器参数；
5、在待测大型环件的各个截面根据超声相控阵单次扫查覆盖面积划分为多个网格；
6、采用超声相控阵的探头电子聚焦扫描依次完成所有网格检测，采集发射孔径在各网格聚焦的合成信号；
7、利用预设的底波衰减校准系数对各孔径合成信号进行校准，然后分别计算各合成信号的总衰减系数；
8、根据各总衰减系数计算各网格区域独立的衰减系数；
9、根据各孔径合成信号在相应聚焦网格区域的背散射信号得到各网格区域的能量谱以及主频率特征值；
10、将各网格区域的衰减系数、能量谱以及主频率特征值带入预先构建的各网格区域晶粒尺寸超声相控阵的数学计算模型中计算待测大型环件截面各网格区域的晶粒尺寸，得到该待测大型环件的晶粒尺寸分布；其中该数学计算模型为预先构建的关于大型环件的各个截面各区域非均匀晶粒尺寸、衰减系数、能量谱以及主频率特征值之间关系模型；
11、根据预先设定的评级标准对该待测大型环件的晶粒尺寸分布进行相应评价。
12、接上述技术方案，根据超声相控阵的发射子孔径宽度将单次扫查覆盖面积等距离划分为多个网格。
13、接上述技术方案，通过建立大型环件液固耦合相控阵声场解析模型，获得相控阵探头发射孔径在不同聚焦深度的声场解析结果，计算不同聚焦深度辐射声场的底波衰减校准系数。
14、接上述技术方案，具体根据发射孔径并行激励无聚焦解析声场得到辐射声场轴线声压变化曲线，并进行反向计算得到声压衰减校准曲线，通过该声压衰减校准曲线对背散射信号进行校准得到各聚焦区域背散射信号能量谱。
15、接上述技术方案，具体通过提取发射孔径信号在各网格区域背散射信号，分别对各网格区域背散射信号进行傅里叶变换得到频率序列，选取最大频率作为背散射信号主频率特征值。
16、接上述技术方案，构建数学计算模型时，具体通过金相实验或ebsd测试大型环件截面各区域实际晶粒尺寸。
17、接上述技术方案，具体基于大型环件各网格区域晶粒尺寸、衰减系数、能量谱、主频率进行多元非线性回归分析，得到各网格区域晶粒尺寸超声相控阵数学计算模型。
18、接上述技术方案，还包括步骤：将计算的待测大型环件截面各网格区域的晶粒尺寸数值映射为颜色图谱，绘制待测大型环件截面非均匀晶粒尺寸分布b扫图谱。
19、接上述技术方案，采用超声相控阵探头沿待测大型环件轮廓扫查，同时待测大型环件绕圆心旋转，在相控阵探头与待测大型环件相对运动过程中，实时采集超声阵列信号。
20、本专利技术还提供一种大型环件非均匀晶粒尺寸及分布超声相控阵无损评价系统，包括：
21、参数设置模块，用于根据大型环件的材料和几何尺寸设置超声相控阵换能器参数；
22、数据采集模块，用于在待测大型环件的各个截面根据超声相控阵单次扫查覆盖面积划分为多个网格；采用超声相控阵的探头电子聚焦扫描依次完成所有网格检测，采集发射孔径在各网格聚焦的合成信号；
23、衰减系数计算模块，用于利用预设的底波衰减校准系数对各孔径合成信号的底面回波幅值信号进行校准，然后分别计算各合成信号的总衰减系数；根据各总衰减系数计算各网格区域独立的衰减系数；
24、特征提取模块，用于根据各孔径合成信号在相应聚焦网格区域的背散射信号得到各网格区域的能量谱以及主频率特征值；
25、晶粒尺寸计算模块，用于将各网格区域的衰减系数、能量谱以及主频率特征值带入预先构建的各网格区域晶粒尺寸超声相控阵的数学计算模型中计算待测大型环件截面各网格区域的晶粒尺寸，得到该待测大型环件的晶粒尺寸分布；其中该数学计算模型为预先构建的关于大型环件的各个截面各区域非均匀晶粒尺寸、衰减系数、能量谱以及主频率特征值之间关系模型；
26、评价模块，用于根据预先设定的评级标准对该待测大型环件的晶粒尺寸分布进行相应评价。
27、本专利技术产生的有益效果是：本专利技术提出了大型环件截面非均匀晶粒尺寸超声相控阵无损评价方法，利用超声相控阵在环件截面各网格区域分别聚焦扫描，增强了聚焦区域晶粒散射特征，融合各网格区域超声衰减多特征参数与晶粒尺寸的对应关系，构建了环件晶粒尺寸计算模型，提高了大型环件晶粒尺寸评价的分辨率和精度。
本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大型环件非均匀晶粒尺寸及分布超声相控阵无损评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的大型环件非均匀晶粒尺寸及分布超声相控阵无损评价方法，其特征在于，根据超声相控阵的发射子孔径宽度将单次扫查覆盖面积等距离划分为多个网格。
3.根据权利要求1所述的大型环件非均匀晶粒尺寸及分布超声相控阵无损评价方法，其特征在于，通过建立大型环件液固耦合相控阵声场解析模型，获得相控阵探头发射孔径在不同聚焦深度的声场解析结果，计算不同聚焦深度辐射声场的底波衰减校准系数。
4.根据权利要求1所述的大型环件非均匀晶粒尺寸及分布超声相控阵无损评价方法，其特征在于，具体根据发射孔径并行激励无聚焦解析声场得到辐射声场轴线声压变化曲线，并进行反向计算得到声压衰减校准曲线，通过该声压衰减校准曲线对背散射信号进行校准得到各聚焦区域背散射信号能量谱。
5.根据权利要求1所述的大型环件非均匀晶粒尺寸及分布超声相控阵无损评价方法，其特征在于，具体通过提取发射孔径信号在各网格区域背散射信号，分别对各网格区域背散射信号进行傅里叶变换得到频率序列，选取最大频
6.根据权利要求1所述的大型环件非均匀晶粒尺寸及分布超声相控阵无损评价方法，其特征在于，构建数学计算模型时，具体通过金相实验或EBSD测试大型环件截面各区域实际晶粒尺寸。
7.根据权利要求1所述的大型环件非均匀晶粒尺寸及分布超声相控阵无损评价方法，其特征在于，具体基于大型环件各网格区域晶粒尺寸、衰减系数、能量谱、主频率进行多元非线性回归分析，得到各网格区域晶粒尺寸超声相控阵数学计算模型。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的大型环件非均匀晶粒尺寸及分布超声相控阵无损评价方法，其特征在于，还包括步骤：将计算的待测大型环件截面各网格区域的晶粒尺寸数值映射为颜色图谱，绘制待测大型环件截面非均匀晶粒尺寸分布B扫图谱。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的大型环件非均匀晶粒尺寸及分布超声相控阵无损评价方法，其特征在于，采用超声相控阵探头沿待测大型环件轮廓扫查，同时待测大型环件绕圆心旋转，在相控阵探头与待测大型环件相对运动过程中，实时采集超声阵列信号。
10.一种大型环件非均匀晶粒尺寸及分布超声相控阵无损评价系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种大型环件非均匀晶粒尺寸及分布超声相控阵无损评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的大型环件非均匀晶粒尺寸及分布超声相控阵无损评价方法，其特征在于，根据超声相控阵的发射子孔径宽度将单次扫查覆盖面积等距离划分为多个网格。
3.根据权利要求1所述的大型环件非均匀晶粒尺寸及分布超声相控阵无损评价方法，其特征在于，通过建立大型环件液固耦合相控阵声场解析模型，获得相控阵探头发射孔径在不同聚焦深度的声场解析结果，计算不同聚焦深度辐射声场的底波衰减校准系数。
4.根据权利要求1所述的大型环件非均匀晶粒尺寸及分布超声相控阵无损评价方法，其特征在于，具体根据发射孔径并行激励无聚焦解析声场得到辐射声场轴线声压变化曲线，并进行反向计算得到声压衰减校准曲线，通过该声压衰减校准曲线对背散射信号进行校准得到各聚焦区域背散射信号能量谱。
5.根据权利要求1所述的大型环件非均匀晶粒尺寸及分布超声相控阵无损评价方法，其特征在于，具体通过提取发射孔径信号在各网格区域背散射信号，分别对各网格区域背散射信号进行傅里叶变换得到频率序列，选取最大频率作为背散射信号...
【专利技术属性】
技术研发人员：华林，关山月，汪小凯，任晁杉，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。