Акустические методы обнаружения и визуализации микродефектов в металлах

• Автор: Корх, Юлия Владимировна
• Шифр специальности: 05.02.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 158 с. : ил.

1. МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И ВИЗУАЛИЗАЦИИ МИКРОДЕФЕКТОВ

1.1. Описание микродефектов

1.2. Металлографический метод выявления микродефектов

1.3. Акустические методы

1.3.1. Измерение скорости упругих волн и их затухания в материалах

1.3.2. Исследование акустических шумов рассеяния

1.3.3. Визуализация акустического поля

1.4. Магнитные, электромагнитные, вихретоковые, радиационные,

каппилярные методы детектирования микродефектов

Выводы к главе

2. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

2.1. Лазерное детектирование ультразвуковых полей и сигналов
2.2. Основные виды представления акустической информации
2.3. Ультразвуковой дефектоскоп
2.4. Обработка акустических сигналов
2.5. Алгоритм обработки акустических изображений с помощью
преобразования Хафа
Выводы к главе
3. ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УПРУГИХ ВОЛН В СРЕДЕ С МИКРОПОРАМИ
3.1. Исследуемые образцы
3.2. Результаты металлографического анализа
3.3. Анализ одномерных разверток типа А
3.4. Визуализация акустических шумов рассеяния
3.5. Вейвлет-анализ акустических шумов рассеяния

3.6. Динамика распространения ультразвуковых волновых фронтов в среде с микропорами
3.7. Чувствительность метода выявления микроповрежденности при лазерном детектировании акустических полей
3.8. Разработка методики выявления микропор с помощью
пьезоэлектрических преобразователей
Выводы к главе
4. ОСОБЕННОСТИ АКУСТИЧЕСКОГО ПОЛЯ ВБЛИЗИ ТРЕЩИНОПОДОБНЫХ ДЕФЕКТОВ
4.1. Исследуемый образец и методика лазерного детектирования акустического поля
4.2. Обработка и анализ результатов экспериментов
4.3. Математическое моделирование поля дифракции ультразвуковых волн на ребре плоскостного дефекта
4.4. Вейвлет-анализ сигналов от трещиноподобного дефекта
Выводы к главе
5. МЕТОД АКУСТИЧЕСКОЙ МИКРОСКОПИИ ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ МИКРОДЕФЕКТОВ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ
5.1. Описание экспериментальной установки
5.1.1. Акустическая линза
5.1.2. Автоматизация акустического микроскопа
5.2. Исследование трещиноподобных дефектов с помощью акустического микроскопа
5.3. Акусто-микроскопическое исследование сред с различной степенью
микропористости
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность темы. В настоящее время для повышения надежности эксплуатации различных систем и конструкций, предотвращения аварий и техногенных катастроф необходима своевременная оценка технического состояния материалов и объектов, находящихся в эксплуатации. Неразрушающий контроль и диагностика материалов и изделий физическими методами — одно из приоритетных направлений обеспечения промышленной и технологической безопасности.
Одним из эффективных методов выявления существующих повреждений материалов, получения информации о дефектах в среде является ультразвуковой метод неразрушающего контроля. Использование ультразвуковых волн обеспечивает хорошую разрешающую способность, а возможность ультразвука проникать на большие расстояния вглубь металла дает данному методу в ряде случаев существенные преимущества перед другими методами физических исследований. Информативность и способность выявления дефектов различного типа и размеров в материалах различных классов обеспечивает широкое применение акустических методов для контроля металлов.
В последние годы все больший интерес проявляется к свойствам неоднородных и микронеоднородных упругих сред, структура которых характеризуется наличием совокупности включений очень малых размеров от единиц до десятков микрометров. Распространение акустических волн и сигналов в таких средах отличается специфическими особенностями, такими как многократное рассеяние упругих волн на микронесплошностях среды, рефракция и дифракция вблизи краев микронеоднородностей [1, 2]. Интерес к изучению данных явлений в области физической акустики проявился только в последние годы, однако исследование особенностей волновых процессов в

Ввйвлет-филыпрация сигналов ультразвукового лазерного интерферометра Фильтрация сигналов и повышение отношения сигнал/шум на основе использования дискретного вейвлет-преобразования позволяет эффективно выделять как узкополосные, так и широкополосные полезные сигналы на фоне широкополосных шумов. Методика фильтрации сигналов ультразвуковых дефектоскопов подробно рассмотрена в [94]. Алгоритм вейвлетной фильтрации двумерных акустических сигналов, выбор типа и порядка вейвлетобразующих функций, минимально необходимого числа уровней фильтрации описан в [95].
Основной алгоритм вейвлет-преобразования дискретных сигналов носит название быстрого вейвлет-преобразования (БВП) [89-92], основной принцип которого заключается в делении частотной области, в которой определен анализируемый сигнал, на 2 равные части таким образом, что из исходного сигнала формируется 2 новых вектора, один из них является низкочастотной частью исходного сигнала (называется набором аппроксимирующих коэффициентов), а другой - его высокочастотной частью (называется набором детализирующих коэффициентов). Число раз повторения этой процедуры - это и есть число уровней разложения алгоритма БВП [94].
На рис. 2.7 приведен пример использования вейвлет-фильтрации для выделения из шумов широкополосных сигналов [96]. На рис. 2.1а показано два полезных сигнала, имеющих вид пиков очень малой ширины, которые наблюдаются на фоне интенсивных широкополосных помех. В результате однократного применения вейвлет-фильтрации с использованием вейвлета Бут8 при числе уровней разложения 5 получен сигнал, представленный на рис. 2.16. Видно, что шумовая компонента существенно подавлена.
Аналогичный эффект наблюдается и при использовании вейвлет-фильтрации для обработки пространственных распределений акустических полей. На рис. 2.8а приведен типичный С-скан, полученный с помощью лазерного интерферометра для образца, содержащего микропоры [97]. Частота ультразвуковой волны / = 5 МГц, временное окно, в течение которого фиксировались амплитуды принятого сигнала, соответствует первому