Page 80 - 无损检测 2021年第六期

黎文超, 等:

基于深度重采样叠加的不锈钢焊缝 TOFD 检测信号降噪技术

探头研制方面, 郑中兴 [ 3 ] 通过研制纵波斜入射双晶探
头, 对厚度较大的奥氏体不锈钢焊缝进行检测, 使用
频率为1MHz的大晶片探头检测工件较深部位的缺

陷, 可以获得较高的 信 噪 比。信 号 处 理 方 面, 孙 旭
等 [ 4 ] 将自回归谱外推技术应用到 TOFD 检测信号处
理中, 有效提高了信号的纵向分辨力。图像后处理方
面, 刚铁等 [ 5 ] 根据缺陷端部和换能器之间的几何关
系, 建立了基于图像合成孔径聚焦成像技术( SAFT )
的数学模型, 实现了 B 扫描图像的 SAFT 重建, 有效
降低了缺陷回波的甩弧现象, 提高了 TOFD 检测图
像的横向分辨力。上述方法在实施过程中存在一定
的局限性。探头研制、 小波分析等处理方法需要依靠
人工经验确定参数, 可靠性相对较低, 且短时间内难
以实现自动化识别。尽管特定的探头研制和信号处 图 1 TOFD 检测原理及检测信号特征示意
理可以提高检测信号的信噪比, 但只能应用于特定检
式中: d 2 为缺陷深度; t 为 A 扫信号对应的时间; t 0
测工件和弱散射介质中。上述几类方法仍然无法有
为直通波到达接收探头的时间; v 为检测对象中的
效克服结构噪声问题 [ 6-8 ] 。
纵波声速。
针对奥氏体不锈钢焊缝 TOFD 检测信号信噪
在 TOFD 检测中, 缺陷端部辐射的衍射波扩散
比低、 检测图像中缺陷特征识别困难的问题, 提出了
角很大, 接收探头在较大的 P CS 范围内均可接收到
基于深度重采样叠加的奥氏体不锈钢 TOFD 检测
缺陷衍射波信号。在不同的 P CS 下, TOFD 检测信
方法, 相比于上述方法, 深度重采样 TOFD 是一种
号的直通波、 缺陷衍射波、 底波的相位具有相对一致
基于相 位 相 干 的 叠 加 重 构 算 法。 研 究 发 现, 不 同
的特征; 相对而言, 特定深度的焊缝柱状晶的散射波
( 探头中心距) 的 A 扫描信号中, 在同一缺陷深
P CS
的 变 化 可 能 出 现 随 机 变 化。
幅度和相 位 均 随 P CS
度的缺陷回波处相位分布一致, 即相位的相干程度
据此, 笔者提出了 TOFD 检测技术的深度重采样叠
结构噪声处检测信号的
较高。相比而言, 不同 P CS
加降噪方法。
相位分布散乱, 即相位的相干程度较低。基于此, 提
首先, 采集某位置多个不同 P CS 下的 TOFD 检
出将深度重采样算法应用于奥氏体不锈钢 焊缝的
测信号; 其次, 对检测信号进行深度重采样, 即将检
TOFD 检测中, 分析其可行性, 并探究其信 噪比和 测信号的时间轴转换为深度轴, 根据式( 1 ) 将时域信
分辨力增强能力。
号转换为深度域信号, 并采用插值方法提高深度采
1 深度重采样 TOFD 检测原理 样精度, 使各 P CS 下的检测信号在差异很小的深度
范围内具有叠加点; 最后, 对各深度域检测信号按深
TOFD 检测的发射和接收探头对称布 置于检
度进行叠加, 缺陷衍射波相位相同则叠加增强, 而柱
测区域中心线两侧, 发射探头声束发射点与接收探
状晶散射信号由于相位差异而发生削弱。该方法可
。若检测对象内部存在
头声束入射点的间距为 P CS
提高检测信号的信噪比。深度重采样叠加原理框图
缺陷, 则检测信号由直通波、 缺陷衍射波以及底波构
如图 2 所示。某位置检测信号经深度重采样叠加后
成, 且各信号特征存在一 定的相位关系, TOFD 检
的输出信号 S ( d ) 可表示为
测原理及检测信号特征如图 1 所示, 1 为直通波信
号, 2 为缺陷上端衍射波信号, 3 为缺陷下端衍射波
信号, 4 为底面回波信号。通过衍射波上下端的时
间差可对缺陷长度和位置进行定量检测。
测量衍射波与直通波及底波的时间差, 可由式
( 1 ) 计算缺陷的深度( 位置)。
2
)] )
[ v ( t- t 0 +2P CS v ( t- t 0
d 2 = ( 1 ) 图 2 深度重采样叠加原理框图
2
4
2
2021 年 第 43 卷 第 6 期

无损检测