一种激光熔覆再制造零件缺陷类型超声检测分析方法技术

一种激光熔覆再制造零件缺陷类型超声检测分析方法，将超声纵波探头放在激光熔覆再制造零件表面上，设置采样系统的增益参数；在零件表面上移动探头；采集扫查到的缺陷回波信号，并将其传输到信号分析系统中，将纵波直探头更换为小角度纵波探头，在零件表面上移动探头，再次采集扫查到的缺陷回波信号，并将其传输到信号分析系统中；再次更换小角度纵波探头，采集扫查到的缺陷回波信号，并将其传输到信号分析系统中；利用信号分析系统，分别对三次采集的缺陷信号作快速傅立叶(fft)变换处理，得到三种检测方式下缺陷回波信号的频谱分析图；通过观察缺陷回波频谱形状以及是否与超声波检测方向相关联，关联的紧密程度来区分缺陷的类型。

【技术实现步骤摘要】
一种激光熔覆再制造零件缺陷类型超声检测分析方法
本专利技术涉及测量领域，特别涉及一种基于超声纵波检测激光熔覆再制造零件内部缺陷，并对缺陷类型进行分析的方法。
技术介绍
目前，我国每年都有大量的废旧钢铁零部件作为废钢铁进行材料级回收，造成资源、能源的浪费以及环境的污染。再制造是以优质、高效、节能、节材、环保为主要目标，以全寿命周期为指导，使废旧产品在对环境的负面影响最小、资源利用率最高的情况下。重新达到最佳的性能要求。对节能节材、环境保护以及推动社会经济与环境的协调发展具有重大意义。激光熔覆凭借其技术优势，已成为再制造工程的先进技术之一。有关资料表明：修复后的零件强度可达到原强度的90％以上，其修复费用不到重置价格的1/5，更重要的是缩短了维修时间，解决了许多再制造难题。实践表明，激光熔覆再制造零件中的气孔、裂纹、夹渣等缺陷是影响其服役性能和服役寿命的关键因素。因此检测激光熔覆层缺陷对保证再制造产品的质量就显得非常重要。超声波是国内外应用最广泛、使用频率最高且发展较快的一种缺陷检测技术，与其他缺陷检测技术(如射线检测、涡流检测、磁粉检测以及渗透检测等)相比，具有检测对象范围广、成本低、使用方便、速度快、对人体无害以及便于现场使用等特点。采用超声波对缺陷进行检测的三大关键问题是缺陷的定位、定量和定性评价，迄今为止，在缺陷的定位和定量评价方面已经取得了很大进展，并逐步趋于成熟与完善。但是，在缺陷的定性评定方面仍然面临着不少困难，这主要是由于实际检测过程中，缺陷的几何形状、位置取向、表面粗糙度、内含物，检测时使用的超声检测系统特性及其采集到信号的显示方式都会影响缺陷反射波的特性，因此，超声检测时采集到的缺陷反射波是一个综合响应，采用常规的检测技术难以将上述各因素从综合响应中逐一分离出来，给缺陷的定性评定带来了困难。由于缺陷性质难以判定，往往会使一些具有非危险性缺陷(如气孔、夹渣等通过后续加工可以改善甚至消除)的再制造产品被废弃，造成资源的浪费，另外也可能会使一些含有危险性缺陷(例如扩展性裂纹)的再制造产品成为漏网之鱼，混入到合格产品之列，直接威胁产品的使用安全，动摇用户对再制造产品的信心，进而影响整个产业的推广和应用。目前，超声检测对缺陷的定性评价(类型分析)主要是波形判断法或相位分析法，即根据超声检测A扫描曲线上缺陷回波形状或相位的细微差别，例如视频显示或射频显示正负振幅关系，回波宽度，波峰形态，回波前沿的陡峭程度及回波后沿的下降斜率，以及移动探头时缺陷回波的变化情况(波幅、形状、动态包络、数量等)，还可以根据底波高度损失情况，结合缺陷在被检件中的位置，分布情况，缺陷的当量大小，被检件的制造工艺和材料特点作出综合判断，评估出缺陷的类型。利用缺陷回波信号的频谱分析对缺陷进行定性分析,目前还停留在仅靠频谱形状这一单一因素来判断,虽然某些场合下,这种方法可以区分出缺陷的类型,但是也有一些场合并不适用(例如采用超声纵波探头探伤时，Fe314激光覆层中气孔缺陷与裂纹缺陷(延伸方向垂直于纵波传播方向)回波信号频谱形状相同)。必须指出，上述这些缺陷类型判定方法很大程度上依赖于检测人员的经验、技术水平以及对特定产品的特性、制造工艺的了解程度，其局限性显而易见，很难推广成为普遍适用的评定方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有的超声检测缺陷类型分析方法局限性强,且严重依赖于检测人员的经验、技术水平以及对特定产品的特性、制造工艺的了解程度等问题。提供了一种依据超声检测结果对激光熔覆再制造零件缺陷类型进行判定的方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于超声纵波的激光熔覆再制造零件缺陷类型检测及分析方法，应用于至少包括超声脉冲发射接收仪1、采样系统2、数字示波器3、信号分析系统4以及超声纵波探头5的检测装置中，该方法包括：步骤1)、将超声纵波探头5放在激光熔覆再制造零件表面上，使超声波声束传播方向与激光熔覆层中晶粒的取向平行或垂直,设置采样系统2的增益参数，使数字示波器3上显示的第一次接收的底波信号幅值为满屏的80％；步骤2)、在零件表面上移动探头，移动速度不应超过150mm/s，对零件内部缺陷进行扫查；步骤3)、观察数字示波器3上显示的回波信号，当出现缺陷回波信号时，利用采样系统2中的时间闸门采集缺陷回波信号，并将采集到的信号传输到信号分析系统4中；步骤4)、更换探头，采用小角度纵波探头(纵波入射角度αL小于第一临界角(cl1为第一介质有机玻璃中纵波传播速度,cl2为第二介质激光熔覆层中纵波传播速度))。为了保证检测效果，减少激光熔覆再制造零件中折射横波的成分，本专利技术中采用的纵波探头入射角度αL的取值范围为5°～9°。采用步骤3)的方法采集扫查到的缺陷回波信号，并将其传输到信号分析系统4中；步骤5)、再次更换探头，采用入射角度不同于步骤4的小角度纵波探头(入射角度αL的取值范围为5°～9°)，采用步骤3)的方法采集扫查到的缺陷回波信号，并将其传输到信号分析系统4中；步骤6)、利用信号分析系统4，分别对步骤3)、步骤4)、步骤5)采集的信号作快速傅立叶(fft)变换处理，fft变换的原理为：设x(n)(n＝0,1,…,N-1)为采集到的缺陷回波信号，则对应的快速傅立叶变换为：其中，具有对称性和周期性，即：通过快速傅立叶(fft)变换，得到三种检测方式(纵波入射角度不同)下缺陷回波信号的频谱分析图；通过观察缺陷回波频谱形状以及是否与超声波检测方向相关联，关联的紧密程度来区分缺陷的类型。上述技术方案中，Fe314激光熔覆再制造零件中常见缺陷类型分析方法如下：改变小角度纵波探头纵波入射角度时，孔洞(含气孔)类缺陷的频谱分析图形状基本不改变，也就是与检测方向不关联，其轮廓边缘较光滑；改变小角度纵波探头纵波入射角度时，夹杂物缺陷的频谱图形状有小幅度改变，也就是与检测方向非紧密关联，其轮廓边缘锯齿形状密集。改变小角度纵波探头纵波入射角度时，裂纹类缺陷的频谱分析图形状发生明显改变，也就是与检测方向紧密关联，其轮廓边缘锯齿形状密集程度远小于夹杂物缺陷频谱图。本专利技术的优点在于：1、本专利技术能够对激光熔覆再制造零件缺陷进行无损检测，对缺陷的类型判定方法法简单可靠。2、本专利技术对检测人员的经验、技术水平要求较低，将其应用到激光熔覆再制造零件质量超声无损检测技术中，可以避免因缺陷类型判定错误造成的质量安全隐患以及资源浪费。附图说明图1(a)、(b)、(c)为本专利技术所要用到的激光熔覆再制造零件缺陷类型超声检测分析系统结构示意图，；图2为本专利技术的基于超声纵波的激光熔覆再制造零件缺陷类型分析方法的流程图；图3(a)、(b)、(c)为在一个实施例中检测Fe314激光熔覆再制造试样中的圆孔缺陷，纵波探头入射角度分别为0°,6°,9°时采集到的缺陷信号图。图4(a)、(b)、(c)分别为对应于图3中三种检测方式(纵波探头入射角度分别为0°,6°,9°)下采集到的圆孔缺陷信号频谱分析图。图5(a)、(b)、(c)为在一个实施例中检测Fe314激光熔覆再制造试样中的裂纹缺陷，纵波探头入射角度分别为0°,6°,9°时采集到的缺陷信号图。图6(a)、(b)、(c)分别为对应于图5中三种检测方式(纵波探头入射角度分别为0°,6°,9°)下采集到的裂纹缺陷信号频谱分析本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光熔覆再制造零件缺陷类型超声检测分析方法，其特征在于：应用于至少包括超声脉冲发射接收仪(1)、采样系统(2)、数字示波器(3)、信号分析系统(4)以及超声纵波探头(5)的检测装置中，该方法包括，步骤1)、将超声纵波探头5放在激光熔覆再制造零件表面上，使超声波声束传播方向与激光熔覆层中晶粒的取向平行或垂直,设置采样系统(2)的增益参数，使数字示波器(3)上显示的第一次接收的底波信号幅值为满屏的80％；步骤2)、在零件表面上移动探头，移动速度不应超过150mm/s，对零件内部缺陷进行扫查；步骤3)、观察数字示波器(3)上显示的回波信号，当出现缺陷回波信号时，利用采样系统(2)中的时间闸门采集缺陷回波信号，并将采集到的信号传输到信号分析系统(4)中；步骤4)、更换探头，采用小角度纵波探头，纵波入射角度αL小于第一临界角αI，(cl1为第一介质有机玻璃中纵波传播速度,cl2为第二介质激光熔覆层中纵波传播速度)，为了保证检测效果，减少激光熔覆再制造零件中折射横波的成分，本专利技术中采用的纵波探头入射角度αL的取值范围为5°～9°；采用步骤3)的方法采集扫查到的缺陷回波信号，并将其传输到信号分析系统(4)中；步骤5)、再次更换探头，采用入射角度不同于步骤(4)的小角度纵波探头(入射角度αL的取值范围为5°～9°)，采用步骤3)的方法采集扫查到的缺陷回波信号，并将其传输到信号分析系统4中；步骤6)、利用信号分析系统4，分别对步骤3)、步骤4)、步骤5)采集的信号作快速傅立叶(fft)变换处理，fft变换的原理为：设x(n)(n＝0,1,…,N‑1)为采集到的缺陷回波信号，则对应的快速傅立叶变换为：X(k)=Σn=0N-1x(n)e-j2πNnk=Σn=0N-1x(n)WNnk,]]>其中，具有对称性和周期性，即：WNk(N-n)=WN-kn]]>通过快速傅立叶(fft)变换，得到三种检测方式下缺陷回波信号的频谱分析图；通过观察缺陷回波频谱形状以及是否与超声波检测方向相关联，关联的紧密程度来区分缺陷的类型。...

【技术特征摘要】
1.一种激光熔覆再制造零件缺陷类型超声检测分析方法，其特征在于：应用于至少包括超声脉冲发射接收仪(1)、采样系统(2)、数字示波器(3)、信号分析系统(4)以及超声纵波探头(5)的检测装置中，该方法包括，步骤1)、将超声纵波探头5放在激光熔覆再制造零件表面上，使超声波声束传播方向与激光熔覆层中晶粒的取向平行或垂直,设置采样系统(2)的增益参数，使数字示波器(3)上显示的第一次接收的底波信号幅值为满屏的80％；步骤2)、在零件表面上移动探头，移动速度不应超过150mm/s，对零件内部缺陷进行扫查；步骤3)、观察数字示波器(3)上显示的回波信号，当出现缺陷回波信号时，利用采样系统(2)中的时间闸门采集缺陷回波信号，并将采集到的信号传输到信号分析系统(4)中；步骤4)、更换探头，采用小角度纵波探头，纵波入射角度αL小于第一临界角αI，(cl1为第一介质有机玻璃中纵波传播速度,cl2为第二介质激光熔覆层中纵波传播速度)，为了保证检测效果，减少激光熔覆再制造零件中折射横波的成分，本发明中采用的纵波探头入射角度αL的取值范围为5°～9°；采用步骤3)的方法采集扫查到的缺陷回波信号，并将其传输到信号分析系统(4)中；步骤5)、再次更换探头，采用入射角度不同于步骤(4)的小角度纵波探头(入射角度αL的取值范围为5°～9°)，采用步骤3)的方法采集扫查到的缺陷回波信号，并将其传输到信号分析...

【专利技术属性】
技术研发人员：董世运，徐滨士，闫晓玲，朱学耕，
申请(专利权)人：中国人民解放军装甲兵工程学院，
类型：发明
国别省市：北京;11