脉冲压缩技术在高温铸锻件电磁超声在线检测中的应用研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaohw123456
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
大型铸锻件是冶金、航空航天、军工等国家重大技术装备和重大工程建设所必需的关键基础零部件,同时,大型铸锻件制造业也是国家安全和国家经济命脉不可缺少的战略性产业。在钢铁生产行业中,随着连铸坯热送热装和直接连轧等工艺的迅速发展,连铸技术有了很大的提高与改进。但在工业化的连铸生产过程中,由于连铸工艺复杂,特别是液态钢水在浇注成型的过程中存在结晶器振动频率异常、连铸机拉坯速度过大等诸多因素影响,导致连铸坯无法避免出现表面和内部缺陷,这将无法保证高质量铸坯的生产。在连铸铸钢过程中,准确测定连铸坯凝固坯壳厚度,避免因连铸件凝固速度过快/慢而对应的辊压力不准造成液芯末端产生裂纹或气孔缺陷,可以极大程度地提高连铸坯成品率,降低经济成本。在高温锻造过程中,大型锻件通常为自由锻造,其制造过程在高温、大塑性变形等极端环境下进行,导致锻件不可避免地出现裂纹、夹杂及工件厚度异常变化等问题。若能在高温锻造过程中,实施在线缺陷检测和厚度测量,能有效避免大余量和缺陷超标而造成的原材料浪费。电磁超声换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)具有非接触、易激发各类型超声波、耐高温等优点,适用于高温、高速在线、粗糙表面的铸锻件检测。然而,EMAT通过电磁耦合来激发和接收超声波,能量转换效率较低。同时,高温下换能效率降低、超声波衰减系数和高温结构噪音的增加导致回波信噪比进一步下降,这将会极大地限制电磁超声技术在高温铸锻造过程中的快速在线检测能力和技术应用。为解决上述问题,本文围绕基于脉冲压缩技术的高温铸锻件厚度/缺陷电磁超声检测,讨论了脉冲压缩技术在高温连铸电磁超声测厚上的应用、线性调频(LFM)及编码激励信号的脉冲压缩技术在螺旋线圈EMAT中的应用与比较和复合编码脉冲压缩技术在高温螺旋线圈EMAT缺陷检测中的应用。首先,针对高温连铸件EMAT检测回波信噪比差、空间分辨率以及检测效率低等问题,将线性调频和相位编码脉冲压缩技术应用于连铸件厚度测量上。通过建立跑道线圈电磁超声检测过程有限元模型并结合常温连铸坯测厚实验研究了激励信号时宽、带宽及载波周期数对脉冲压缩后的回波信噪比、主瓣宽度的影响,给出了激励信号参数选取方法。采用水冷式跑道线圈EMAT探头进行了600℃~750℃高温连铸坯测厚实验,验证了脉冲压缩技术在高温连铸坯厚度EMAT测量上的独特优势。其次,为了实现高温锻件的准确厚度测量和缺陷检测,提高检测分辨率,有必要进一步提高超声波频率,然而超声衰减系数随着温度的提高而急剧增加。因此,为了解决高温锻件检测中的高分辨率和高信噪比的这一矛盾问题,基于脉冲压缩技术的基本原理及其实现过程,激励信号选用时宽带宽积大于1的调制信号,匹配过程则配合失配滤波器进行失配处理,用以提高检测回波信噪比及空间分辨率。分别选用LFM、13位巴克码及3×13位组合巴克码信号作为激励信号,建立碳钢电磁超声检测过程有限元模型,并结合常温锻件测厚实验,讨论了用于脉冲压缩技术的激励信号时宽对脉冲压缩效果的影响。采用高温螺旋线圈EMAT探头进行了500℃~710℃高温锻件测厚实验,验证和比较了参数优选后的脉冲压缩激励信号在高温锻件测厚上的应用效果。最后,针对电磁超声检测系统频谱特性与调制信号带宽不匹配的问题,建立了LFM信号、巴克码信号、LFM+Barker复合调制信号及基于幅度加权的AMLFM+Barker复合调制信号的螺旋线圈EMAT场路耦合分析有限元模型,研究调制信号类型、阻抗匹配类型及匹配参数对脉冲压缩效应的影响。采用高温螺旋线圈EMAT探头,实现了450℃~650℃高温锻件中(37)8平底孔缺陷的检测,且在650℃时,信噪比不低于15.8 d B。本文将雷达、医学等领域成熟的脉冲压缩技术应用于高温铸锻件在线厚度/缺陷检测,结果表明该方法可有效提高高温铸锻件的检测回波信噪比、空间分辨率和检测速度,可为高温铸锻件在线快速检测提供技术参考和理论指导。
其他文献
发动机轮盘作为典型的航空发动机限寿件,其健康状况直接影响发动机的安全性及使用寿命。为最大限度保障飞行安全,需定期对其开展无损检测,并保证所用检测系统具备可靠的检测能力。目前相关检测技术大多通过阈值判断能否有效检出缺陷,忽略了检测过程中的不确定性因素影响,缺乏完整高效的检测可靠性评价体系。因此,研究不确定性对检测信号输出分散性的影响,对轮盘无损检测的可靠性具有重要意义。本文围绕代理模型的灵敏度分析、
学位
人体行为识别技术(Human Action Recognition,HAR)是计算机视觉领域的新兴研究方向之一,其在智能安防、机器人技术、运动员辅助训练等领域具有十分广阔的应用前景。目前,基于可见光视觉信息的行为识别技术不断发展,但其极易受到特殊外场环境(如夜间、大雾、沙尘等)的影响,而红外热成像技术具有不受光照影响、抗干扰能力强、全天候监测等技术优势。但红外图像存在目标空域表征信息匮乏、对比度低
学位
本论文在国家重点研发计划专项(2019YFB1310700)、国家自然科学基金(No.52075236)和江西省自然科学基金重点项目(No.20212ACB202005)资助下展开研究。为保障我国石油供应安全,国家石油战略储备基地已陆续投入使用,随着储罐的大型化、规模化和集中化,一方面使储油能力大大增强,另一方面使储罐的安全检测任务越发艰巨。因储罐底板腐蚀导致的泄露现象日益严重,因此要求定期对储罐
学位
本论文在国家自然科学基金(No.52075236,51675258)、江西省自然科学基金重点项目(No.20212ACB202005)、装备预研基金项目(6142003190210)和航空科学基金重点项目(20194603001)的资助下,针对大型机械设备中被频繁使用的零部件因客观原因或者主观原因可能会出现采集数据的不完整,导致信号缺失的问题展开深入研究,提出了几种新颖的有效数据恢复方法,取得了很
学位
生物特征识别克服了传统方式的诸多不足,因其优秀的鉴别性和唯一性,极具发展前景。相较于其他生物特征模态,掌纹和手掌静脉(下文简称掌脉)具有丰富的鉴别信息、较高的用户接受度、较强的隐蔽性等优势。此外,掌脉位于皮肤内部,可用于活体检测,难以伪造。由于掌纹和掌脉可以同时采集,并且识别算法可以通用,因此是理想的融合来源。本文基于多任务迁移学习,对掌纹、掌脉的单模态识别和多模态融合识别进行了全面的算法研究和充
学位
钛合金由于其具有比强度高、耐腐蚀性好、高化学活性、共振系数低等特点广泛应用于船舶、医疗、石化等领域,尤其受到航空航天业界的青睐,是能用于外界严苛环境的材料。在钛合金材料加工过程中,扩散焊一定程度上解决了加工难的问题,且扩散焊技术具有接头质量好、焊件精度高、焊后变形小、可连接复杂工件等优点,适用于航空航天领域中零件的加工和制造。而钛合金材料进行扩散焊时,其内部可能会产生未焊合、紧贴型、微孔等缺陷,威
学位
粉末高温合金作为先进航空发动机的关键构件材料,在长期服役过程中因受到机械交变载荷作用导致疲劳、滋生微裂纹、裂纹扩展直至构件断裂失效。因此,对关键构件材料的无损评价将对损伤监测和剩余寿命预测起着关键性作用。本文采用非线性Rayleigh波技术对粉末高温合金微裂纹损伤进行评价研究,并跟踪疲劳微裂纹萌生及扩展过程。主要研究内容如下:首先,对疲劳损伤的超声非线性响应机理进行了研究,分析了Rayleigh波
学位
多分量测力和高精密测量技术主要应用于动力监测、精密制造、航空航天研发领域,并且发挥着关键作用。压电式六分量测力台可以同时准确测量三个力和三个力矩,针对力学测量存在的精度不足,耦合误差和漂移现象,本文在分析压电式六分量测力台工作原理基础上,设计数据采集系统,以某型压电式六分量测力台为研究对象,进行静态特性、动态特性和模态分析,减小了测量误差,评估了测力台静动态性能,主要从几个方面展开工作:(1)结构
学位
随着钢丝绳在交通、桥梁、和建筑工程等行业的应用愈加广泛,其作为起重机械中的重要构件,常常担负着承载主要载荷的重任。由于工作环境恶劣等因素,严重影响钢丝绳的健康状态,威胁人民的生命财产安全,因此对于钢丝绳损伤的动态监测意义重大,声发射技术为实现动态监测提供了一种可行途径。本次研究针对起重机械钢丝绳安全监测需要,通过分析钢丝绳中损伤声发射信号的传播特性与规律,并对钢丝绳试件进行力学拉伸试验,采用声发射
学位
锥束CT技术可以在不损伤被检物体的情况下获取物体内部的横截面信息,在成像速度、空间分辨率以及射线利用率等方面具有明显的优势,成为增材制造、航空航天等领域无损检测环节中的关键解决方案。FDK算法作为锥束CT三维重建中的主流算法,由于锥束CT系统中旋转中心定位不准确,严重影响了FDK重建算法的重建质量,同时,锥束CT扫描产生的海量投影数据导致重建时间急剧增多,无法在CPU上实现实时重建,降低了锥束CT
学位