[發明專利]鑄鐵超聲探傷中基于晶粒特征的改進分離譜方法

在審

• 申請號: 201310263339.6
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN104251887A
• 公開（公告）日: 2014-12-31
• 發明（設計）人: 香勇;沈功田;劉義;彭春;彭波
• 申請（專利權）人: 中國特種設備檢測研究院;碩德(北京)科技有限公司
• 主分類號: G01N29/44
• 分類號: G01N29/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及承壓鑄鐵設備超聲波檢測技術，尤其是分離譜技術在承壓鑄鐵設備超聲探傷應用中的改進方法。?

背景技術

目前，我國擁有數萬臺在役鑄鐵鍋爐和壓力容器，許多埋地燃氣管道也為鑄鐵材料。一旦這些在役的承壓鑄鐵設備發生事故，勢必會對國民經濟以及現場工作人員的人身安全造成不可估量的損害。由于鑄鐵材料具有晶粒粗大、含碳量高、硬度高、韌性差等特點，鑄鐵承壓設備的無損檢測技術在國內外還沒有成熟的方法，因此，致力于研究一種更精確、更方便、更有效的鑄鐵探傷設備技術勢在必行。?

工程實際中，承壓鑄鐵設備的缺陷超聲檢測有一個突出問題需要解決。鑄鐵由于其內部組織結構不均勻、晶粒較大，超聲波傳播時衰減較大，易發生散亂反射，產生林狀或草狀回波，有用的回波信號極易湮沒在噪聲中無法識別，從而使得承壓鑄鐵設備探傷檢測的難度加大。分離譜就是利用結構噪聲和目標回波對頻率變化敏感性上的差異而建立起來的解相關方法。但該方法對濾波器的數目、帶寬及相鄰濾波器的頻率間隔等參數的選擇十分敏感，這限制了該技術在實際中的使用。分離譜技術的另一不足之處是對每個信號都要改變參數，不太適合于在線檢測。?

發明內容

解決問題：針對工程實際問題，承壓鑄鐵設備的缺陷超聲檢測中有兩個個主要的問題需要解決：首先，對于晶粒粗大或聲衰減較大的鑄鐵材料檢測，如何通過分離譜技術有效解決聲能量在晶體界面的反射以及散射造成回波信號信噪比較低的問題，并如何有效設置分離譜所需的參數。本發明的目的就是提供一種在鑄鐵承壓設備超聲探傷中基于晶粒特征的改進分離譜參數的優化方法。該方法較常規鑄鐵超聲檢測能夠得到更高的信噪比、更高的檢測效率以及更高的靈活性，使檢測設備更加適合于在線檢測。?

技術方案：為實現以上目的，本發明特提出以下技術方案：?

在鑄鐵超聲探傷中，晶粒的尺寸及取向角度會直接影響晶粒散射噪聲和回波信號的頻譜特性。通過對散射噪聲和回波信號的進行頻譜分析，可得到一種基于晶粒特征的改進分離譜信號處理方法。當采用分離譜技術提高回波信號的信噪比時，可以參考此特性來確定濾波器組中各個濾波器的參數。?

一種改進的基于晶粒特征的改進分離譜信號處理方法，其特征是：利用晶粒大小、晶粒取向角度特征參量對材料晶粒散射噪聲和回波信號的頻譜特性的影響，結合大量實驗數據，擬合一條散射強度-平均晶粒尺寸、回波基頻-平均晶粒尺寸和散射強度-晶粒取向角度的參考曲線，從而為優化濾波器帶寬、截止頻率和過渡帶這些參數提供一定的依據。?

技術效果：理論分析和實驗證明，在確定晶體探頭頻率和分離譜技術中濾波器組的各個參數時，通過參考散射強度-平均晶粒尺寸、回波基頻-平均晶粒尺寸和散射強度-晶粒取向角度曲線，能夠使檢測系統得到更高的信噪比從而提高系統的檢測靈敏度。在對20-50mm壁厚的承壓鑄鐵烘缸實際檢測中，采用改進分離譜技術與未采用分離譜技術相比較噪聲降低了5.6dB，信號靈敏度提高了6.2dB；與采用常規分離譜技術相比較，噪聲降低了3.1dB，信號靈敏度提高了4.2dB。?

附圖說明

圖1是散射強度-平均晶粒尺寸曲線示意圖。為散射強度與試樣平均晶粒尺寸關系的示意圖，散射強度用散射回波幅度u標識。當超聲波頻率一定時，晶粒的平均尺寸越大，導致信號的散射強度呈上升趨勢。當晶粒尺寸一定時，改變探超聲波的頻率，信號的散射強度隨超聲波的頻率增高而增強。由示意圖可知，通過選擇合適頻帶的晶體探頭，能夠在一定程度上降低信號的散射程度，改善信噪比。?

圖2回波基頻-平均晶粒尺寸曲線示意圖。為缺陷回波與試樣平均晶粒尺寸關系的示意圖。當探頭的超聲波頻率一定時，缺陷回波的基頻都是隨著平均晶粒的增大而逐漸減小。當平均晶粒尺寸一定時，不同探測頻率的超聲波的回波信號的基頻也不相同。參考此特性曲線，能夠為分離譜技術實現過程中的濾波器數目、帶寬及相鄰濾波器的頻率間隔提供有效的參考依據。?

圖3為散射強度與材料內部晶粒取向角度關系的示意圖。當探頭的超聲波頻率一定時，晶粒取向角度也會對聲波的散射產生不同程度的影響。且由其示意圖可知，晶粒取向角度在45-70度之間時，散射回波的強度較小，導致聲波的散射效應較弱。?

具體實施方式