本發(fā)明涉及一種金屬構(gòu)件中夾雜缺陷的檢測(cè)方法，特別是涉及一種用相對(duì)頻移量表征金屬構(gòu)件中夾雜缺陷的檢測(cè)方法，屬于無損檢測(cè)
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：作為大型成套設(shè)備的核心零部件，大型鍛件在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防裝備發(fā)展和現(xiàn)代尖端科技重大裝備建設(shè)中，發(fā)揮著非常重要的作用，廣泛應(yīng)用于核電站關(guān)鍵部件、火電機(jī)組、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、葉片、發(fā)電機(jī)軸以及重型機(jī)械等設(shè)備中。受冶金行業(yè)發(fā)展水平及相關(guān)工藝的限制，在鑄鍛件內(nèi)部往往存在與基體材質(zhì)相異的夾雜缺陷。夾雜缺陷的存在直接導(dǎo)致金屬的連續(xù)性和完整性遭到破壞，影響鋼的機(jī)械性能，特別是降低塑性、韌性及疲勞極限。嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)使金屬在熱加工與熱處理時(shí)產(chǎn)生裂紋或使用時(shí)突然脆斷。此外，夾雜缺陷也促使在金屬內(nèi)部形成熱加工纖維組織與帶狀組織，使材料具有各向異性，使得材料的沖擊韌性大大降低。因此，有必要對(duì)關(guān)鍵零部件所用大鍛件內(nèi)部夾雜缺陷進(jìn)行檢測(cè)?，F(xiàn)有的金屬構(gòu)件夾雜缺陷檢測(cè)方法主要可分為宏觀評(píng)定法和顯微組織法兩類。其中，宏觀評(píng)定法包括：低倍酸蝕檢驗(yàn)法、斷口檢驗(yàn)法、塔形試驗(yàn)法和磁粉檢驗(yàn)法等。顯微評(píng)定法包括：標(biāo)準(zhǔn)圖譜法，手工定量法和圖像分析儀法等。此外，脈沖鑒別分析光譜測(cè)量法(OES-PDA)、化學(xué)成分分析法近年來也得到一定程度的應(yīng)用。除磁粉檢測(cè)法外，其他檢測(cè)方法均通過觀察組織宏觀及微觀結(jié)構(gòu)的變化來表征鑄鍛件的質(zhì)量，需要對(duì)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行取樣。而磁粉檢測(cè)法對(duì)內(nèi)部缺陷不敏感，主要用于構(gòu)件表面和近表面的缺陷檢測(cè)。超聲波檢測(cè)技術(shù)作為應(yīng)用范圍最廣的無損檢測(cè)技術(shù)之一，與其他常規(guī)無損檢測(cè)技術(shù)相比，具有檢測(cè)深度大，被測(cè)對(duì)象范圍廣，缺陷定位準(zhǔn)確，檢測(cè)靈敏度高，對(duì)人體無危害、對(duì)環(huán)境無污染等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)構(gòu)件的無損檢測(cè)領(lǐng)域。在不損害工件的前提下，根據(jù)超聲波在介質(zhì)中傳播特性以及超聲波與缺陷的相互作用機(jī)理，該技術(shù)不僅可以準(zhǔn)確識(shí)別工件的表面缺陷(如裂紋、腐蝕等)，還可發(fā)現(xiàn)其人眼不可見的內(nèi)部缺陷(如孔洞、夾雜等)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用超聲檢測(cè)方法對(duì)金屬構(gòu)件中夾雜缺陷的辨識(shí)進(jìn)行了相關(guān)研究。研究表明，不同材料夾雜物能夠通過超聲檢測(cè)方法進(jìn)行區(qū)別，且在對(duì)其回波分析的基礎(chǔ)上能夠進(jìn)行定量識(shí)別[KananenV,EskelinenJ,HaeggstromE.Ultrasonicinclusionandporeclassificationinrolledandunrolledsteelsamples[J].2009:2545-2548]。不同屬性?shī)A雜物對(duì)超聲波的敏感頻率不同[陳丹,肖會(huì)芳,黎敏,等.金屬材料內(nèi)部非金屬夾雜超聲檢測(cè)的數(shù)值模擬[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),2015,37(7):942-949.]。以上研究為金屬構(gòu)件中夾雜缺陷的檢測(cè)提供了新的思路，但均處于初步階段，尚無不同夾雜缺陷的統(tǒng)一表征指標(biāo)，需要尋求一個(gè)用于判斷不同夾雜缺陷的特征表征指標(biāo)用于判別不同材料屬性的夾雜缺陷。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明是為了完善上述問題而完成的，其目的在于提供一種用相對(duì)頻率偏移量表征金屬構(gòu)件中夾雜缺陷的檢測(cè)方法，使用了夾雜缺陷檢測(cè)裝置、檢測(cè)數(shù)據(jù)信息提取方法。夾雜缺陷回波的峰值頻率會(huì)因其材料屬性的不同而發(fā)生不同程度的偏移，若直接以該峰值頻率作為夾雜缺陷材料屬性的表征參數(shù)，則峰值頻率會(huì)隨著激勵(lì)信號(hào)頻率發(fā)生改變。因此，將超聲回波峰值頻率的相對(duì)頻移量作為不同材料屬性?shī)A雜缺陷的表征指標(biāo)，由公式(1)計(jì)算得到，從而對(duì)夾雜缺陷類型進(jìn)行判別。其中，fdrive為激勵(lì)信號(hào)頻率，fecho為夾雜缺陷回波峰值頻率?？紤]在進(jìn)行夾雜缺陷檢測(cè)前，如果能夠通過仿真軟件建立夾雜缺陷的激勵(lì)信號(hào)頻率與相對(duì)頻移量的關(guān)系曲線，則可在實(shí)際檢測(cè)中利用該曲線判定夾雜缺陷類型。本發(fā)明是根據(jù)上述內(nèi)容而完成的。S1.建立已知夾雜缺陷的相對(duì)頻移量關(guān)系曲線；利用仿真軟件，建立模型，使夾雜缺陷的尺寸和空間位置相同，改變材料屬性，建立已知材料屬性?shī)A雜缺陷超聲回波峰值頻率的相對(duì)頻移量關(guān)系曲線圖。S2.建立實(shí)際夾雜缺陷的相對(duì)頻移量關(guān)系曲線；利用夾雜缺陷檢測(cè)裝置對(duì)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)，并通過信號(hào)處理方法對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行信息提取。得到實(shí)際夾雜缺陷超聲回波峰值頻率的相對(duì)頻移量關(guān)系曲線圖。S3.夾雜缺陷類型的判定；利用已建立的夾雜缺陷曲線判定該夾雜缺陷類型。根據(jù)本方法檢測(cè)夾雜缺陷得到相對(duì)頻移量關(guān)系曲線，根據(jù)已建立的夾雜缺陷曲線進(jìn)行判定，能夠判別不同材料屬性的夾雜缺陷。附圖說明圖1是本發(fā)明實(shí)施所采用的夾雜缺陷檢測(cè)裝置說明圖；圖2是本發(fā)明金屬構(gòu)件中夾雜缺陷檢測(cè)方法的實(shí)施流程圖；圖3是碳夾雜缺陷和錫夾雜缺陷的仿真相對(duì)頻移量關(guān)系曲線；圖4是碳夾雜缺陷和錫夾雜缺陷的實(shí)驗(yàn)相對(duì)頻移量關(guān)系曲線；具體實(shí)施方式本發(fā)明方法的流程圖如圖2所示。1.建立已知夾雜缺陷的相對(duì)頻移量關(guān)系曲線首先，對(duì)采用仿真軟件建立已知夾雜缺陷的仿真模型進(jìn)行說明。步驟一：仿真模型參數(shù)設(shè)置1)根據(jù)待檢測(cè)的實(shí)際對(duì)象設(shè)置基體的材料、形狀及尺寸；2)設(shè)置檢測(cè)探頭的類型、頻率、尺寸參數(shù)；3)設(shè)置激勵(lì)信號(hào)的調(diào)制方式、信號(hào)周期數(shù)；4)配置檢測(cè)及耦合方式；5)設(shè)定夾雜缺陷的尺寸與位置。步驟二：針對(duì)不同夾雜缺陷材料屬性參數(shù)進(jìn)行仿真1)設(shè)置夾雜缺陷材料屬性；2)運(yùn)行仿真模型，保存仿真數(shù)據(jù)；3)更改夾雜缺陷材料屬性，重復(fù)設(shè)置夾雜缺陷材料屬性、運(yùn)行仿真模型并保存仿真數(shù)據(jù)。其次，對(duì)仿真數(shù)據(jù)的信息提取進(jìn)行說明。1)對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域分析，進(jìn)行傅里葉變換；2)對(duì)傅里葉變換結(jié)果取包絡(luò)；3)提取頻域分析結(jié)果中的峰值頻率。最后，建立已知夾雜缺陷的相對(duì)頻移量關(guān)系曲線。其步驟為：1)匯總?cè)糠逯殿l率數(shù)據(jù)；2)計(jì)算相對(duì)頻移量；3)繪制相對(duì)頻移量關(guān)系曲線圖。2.建立實(shí)際夾雜缺陷的相對(duì)頻移量關(guān)系曲線首先，對(duì)圖1所示的本實(shí)施方式的夾雜缺陷檢測(cè)裝置進(jìn)行說明。夾雜缺陷檢測(cè)裝置包括檢測(cè)單元1、脈沖發(fā)射接收單元2、計(jì)算機(jī)控制單元3以及數(shù)據(jù)顯示存儲(chǔ)單元4。各單元的功能為：檢測(cè)單元1被輸入脈沖發(fā)射接收單元2產(chǎn)生的激勵(lì)脈沖信號(hào)，監(jiān)測(cè)被檢測(cè)對(duì)象內(nèi)部情況，將接收到的脈沖回波信號(hào)輸出至脈沖發(fā)射接收單元2；脈沖發(fā)射接收單元2被輸入由計(jì)算機(jī)控制單元3設(shè)置的激勵(lì)信號(hào)參數(shù)，產(chǎn)生相應(yīng)的激勵(lì)脈沖信號(hào)輸入至檢測(cè)單元1，并接收檢測(cè)單元1所監(jiān)測(cè)到的信號(hào)將其輸入至數(shù)據(jù)顯示存儲(chǔ)單元4；計(jì)算機(jī)控制單元3對(duì)檢測(cè)單元1進(jìn)行頻響特性測(cè)試，選取響應(yīng)極大值處頻率作為檢測(cè)單元1的激勵(lì)頻率，與激勵(lì)信號(hào)幅值、相位、周期數(shù)、信號(hào)調(diào)制方式以及激勵(lì)延時(shí)參數(shù)一同輸入至脈沖發(fā)射接收單元2；數(shù)據(jù)顯示存儲(chǔ)單元4被輸入脈沖發(fā)射接收單元2接收的監(jiān)測(cè)信號(hào)，顯示監(jiān)測(cè)信號(hào)并存儲(chǔ)。其次，對(duì)利用上述夾雜缺陷檢測(cè)裝置的操作進(jìn)行說明。步驟一：檢測(cè)前的參數(shù)配置；1)脈沖發(fā)射接收單元預(yù)熱；2)硬件設(shè)備初始化，衰減器置于最大衰減位，雙工器置于輸出位，前置放大器置于20dB位，信號(hào)選擇器通道1置于“INTEGRATORGATEMON”位、通道2置于“RFSIGNALMON”位；3)打開計(jì)算機(jī)控制單元、數(shù)據(jù)顯示存儲(chǔ)單元；4)計(jì)算機(jī)控制單元操作軟件參數(shù)設(shè)置，設(shè)置的參數(shù)包括激勵(lì)信號(hào)頻率、幅值、相位、周期數(shù)、信號(hào)調(diào)制方式以及延時(shí)參數(shù)；5)布置檢測(cè)單元，將檢測(cè)單元置于標(biāo)準(zhǔn)件上；6)打開脈沖發(fā)射接收單元輸出，打開操作軟件輸出按鈕；7)初始化數(shù)據(jù)顯示存儲(chǔ)單元設(shè)置，autoset后調(diào)節(jié)標(biāo)度到能夠恰當(dāng)顯示檢測(cè)信息為止；8)調(diào)節(jié)計(jì)算機(jī)控制單元操作軟件積分門(GatedIntegrator)的延時(shí)，使其能夠取到完整的波形；9)對(duì)探頭進(jìn)行掃頻。以探頭設(shè)計(jì)的標(biāo)稱參數(shù)，設(shè)置掃頻的上下截止范圍進(jìn)行一定范圍的初掃，然后根據(jù)掃頻結(jié)果調(diào)整掃頻范圍，進(jìn)行終掃，確定探頭最適宜的工作頻率。步驟二：檢測(cè)對(duì)象的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)1)調(diào)節(jié)衰減器和數(shù)據(jù)顯示存儲(chǔ)單元參數(shù)，在待檢測(cè)區(qū)域表面均勻涂抹耦合劑，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行手動(dòng)掃查，尋找缺陷回波，記錄缺陷位置，并使缺陷回波恰當(dāng)?shù)娘@示，對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；2)更換探頭后按照檢測(cè)對(duì)象的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)中的步驟1)對(duì)檢測(cè)對(duì)象的進(jìn)行檢測(cè)。再次，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的信息提取進(jìn)行說明。采用整體平均經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EEMD)分析方法提取檢測(cè)信息中的本征模態(tài)信號(hào)，然后對(duì)該本征模態(tài)信號(hào)進(jìn)行頻域分析并提取峰值頻率。步驟一：本征模態(tài)信號(hào)提取1)讀入數(shù)據(jù)；2)混入噪聲信號(hào)；3)尋找極值點(diǎn)，通過三次樣條曲線擬合出信號(hào)的上下包絡(luò)并對(duì)包絡(luò)求平均，得到均值序列；4)去除均值序列，檢測(cè)信號(hào)是否為本征模態(tài)函數(shù)，若不滿足，重復(fù)本征模態(tài)信號(hào)提取中的步驟3)處理待檢信號(hào)，直至滿足本征模態(tài)函數(shù)條件；5)計(jì)算剩余信號(hào)；6)將剩余信號(hào)作為待處理信號(hào)，重復(fù)本征模態(tài)信號(hào)提取中的步驟3)、4)，依次獲得全部本征模態(tài)函數(shù)；7)對(duì)本征模態(tài)信號(hào)提取中的步驟2)中獲得的下一個(gè)混入噪聲信號(hào)同樣經(jīng)過本征模態(tài)信號(hào)提取中的步驟3)～6)，獲得各自的本征模態(tài)函數(shù)；8)將上述對(duì)應(yīng)的本征模態(tài)函數(shù)進(jìn)行整體平均，消除混入的白噪聲對(duì)真實(shí)本征模態(tài)函數(shù)的影響。步驟二：提取峰值頻率1)選取本征模態(tài)函數(shù)中幅值最大者確定為待分析的本征模態(tài)函數(shù)；2)進(jìn)行傅里葉變換；3)提取頻域分析結(jié)果中的峰值頻率。最后，建立被檢測(cè)夾雜缺陷的相對(duì)頻移量關(guān)系曲線。其步驟為：1)匯總?cè)糠逯殿l率數(shù)據(jù)；2)計(jì)算相對(duì)頻移量；3)繪制相對(duì)頻移量關(guān)系曲線圖。3.夾雜缺陷類型的判定對(duì)比仿真曲線與實(shí)驗(yàn)關(guān)系曲線，通過其變化趨勢(shì)以及偏移量來判定夾雜缺陷的類型。實(shí)施例制作夾雜物材料屬性分別為錫和碳的鋁基試件，錫和碳夾雜均為圓柱體，直徑為3mm，作為實(shí)驗(yàn)中的檢測(cè)對(duì)象。利用上述實(shí)施方式建立關(guān)于錫和碳的仿真相對(duì)頻移量關(guān)系曲線，探頭置于夾雜缺陷正上方，仿真參數(shù)如表1-3所示，對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行提取后的峰值頻率如表4所示。表1為仿真時(shí)基體與夾雜缺陷的參數(shù)。表1基體與夾雜缺陷的參數(shù)表2為仿真時(shí)的探頭參數(shù)設(shè)置表2探頭參數(shù)設(shè)置表3為仿真時(shí)的信號(hào)參數(shù)設(shè)置。表3信號(hào)參數(shù)設(shè)置表4為對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行提取后的峰值頻率。表4錫和碳夾雜仿真數(shù)據(jù)的峰值頻率激勵(lì)頻率(MHz)錫的峰值頻率(MHz)碳的峰值頻率(MHz)2.50662.22882.23283.01302.67462.6765.26664.69374.6933圖3是利用本實(shí)施方式所得到的位于深度50mm處的錫和碳的相對(duì)頻移量仿真關(guān)系曲線圖。然后，利用上述實(shí)施方式建立關(guān)于錫和碳的實(shí)驗(yàn)相對(duì)頻移量關(guān)系曲線。首先對(duì)試件進(jìn)行掃查，然后將探頭置于缺陷回波幅值最大處進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表5所示。表5為夾雜缺陷檢測(cè)裝置實(shí)驗(yàn)參數(shù)。表5夾雜缺陷檢測(cè)裝置實(shí)驗(yàn)參數(shù)激勵(lì)頻率(MHz)調(diào)制方式信號(hào)周期數(shù)輸出級(jí)延時(shí)(μs)衰減(dB)2.5066Hanning3502.5μs313.0130Hanning3502.5μs315.2666Hanning3502.5μs15采用EEMD方法對(duì)實(shí)驗(yàn)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，選取白噪聲標(biāo)準(zhǔn)差為0.001，白噪聲總體數(shù)量為10。表6為對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取后的峰值頻率。表6錫和碳夾雜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的峰值頻率激勵(lì)頻率(MHz)錫的峰值頻率(MHz)碳的峰值頻率(MHz)2.50662.35292.41703.01302.75882.77405.26665.09035.1392圖4是利用本實(shí)施方式所得到的位于深度50mm處的錫和碳的相對(duì)頻移量實(shí)驗(yàn)檢測(cè)關(guān)系曲線圖。如圖3、4所示，實(shí)驗(yàn)檢測(cè)得到的相對(duì)頻移量關(guān)系曲線的變化趨勢(shì)與仿真的到的相對(duì)頻移量關(guān)系曲線趨勢(shì)相同。同時(shí)，由仿真可知碳的相對(duì)頻移量較錫的相對(duì)頻移量要小，因此推斷實(shí)驗(yàn)檢測(cè)得到的相對(duì)頻移量關(guān)系曲線圖中A為碳，B為錫。該結(jié)果與實(shí)際情況相符。由此，證實(shí)了本實(shí)施方式所采用的相對(duì)頻率偏移量指標(biāo)能夠用于夾雜缺陷的類型的表征，進(jìn)行夾雜缺陷類型的識(shí)別。以上是本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例，本發(fā)明的實(shí)施不限于此。根據(jù)本發(fā)明，能夠判定存在于金屬構(gòu)件中夾雜缺陷的類型。因此，能夠用于工業(yè)生產(chǎn)中金屬構(gòu)件質(zhì)量的控制，對(duì)被檢測(cè)金屬構(gòu)件的下一步處理提供指導(dǎo)。同時(shí)，該方法無需對(duì)金屬構(gòu)件進(jìn)行取樣，能夠節(jié)約時(shí)間成本，為企業(yè)提高產(chǎn)品的檢測(cè)效率。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3