Page 44 - 无损检测2024年第十二期
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吴 琪，等：
GH4169 合金微观组织结构的超声评价与扩散生成方法
图 4 超声评价作用下的反向扩散过程示意
在U-Net架构的扩散模型中，超声评价数据通 4 基于超声评价的扩散生成试验与结果
过条件卷积机制整合到模型中。在生成图像的每一
该试验旨在验证基于超声评价的扩散生成
个去噪步骤中，超声几何数据通过卷积核对特征进
模型的效果，研究对象为经过特定热处理工艺的
行调整。该数据通过专门的条件编码器（τ）进行处
GH4169 合金锻件。首先，对 GH4169 合金原始锻
理后，将提取的几何特征嵌入到U-Net的不同层次
件按以下工艺进行热处理：在960 ℃下保温 60 min
中。这些几何信息作为额外的输入通道，作用于卷
后空冷，温度梯度为 20 ℃；然后在 720 ℃下保温
积层的权重，使卷积操作不仅依赖于当前的图像特 − 1
8 h，再以 50 ℃ · h 的速率炉冷至 620 ℃，最后保
征，同时也受制于超声检测获取的几何参数。
温 8 h后空冷。对热处理后的合金试样使用自建的
在每一层的卷积过程中，超声几何数据通过调
超声C扫描系统进行超声检测，采集A扫描信号并
整卷积核的权重，影响特征提取的方向和强度。这 提取关键超声特征参数，包括纵波声速、衰减系数
种基于条件卷积的机制确保了扩散模型在逐步去噪 和频率偏移。
过程中生成的图像细节与超声检测获取的微观组织 根据现有的超声评价方法，利用提取的超声特
特征相一致。卷积层通过卷积核的调整，能够有效 征参数计算合金的超声评价数据，包括晶粒尺寸、圆
捕捉到晶粒形状特征，从而使生成的图像能够更好 度及长短轴比。将这些几何数据作为输入条件导入
地反映材料的真实微观结构。 基于超声评价的扩散生成模型中，用于生成微观组
通过这一机制，超声检测获取的几何数据在每 织结构图像；为了验证生成的虚拟金相图与真实微
个去噪步骤中与图像的生成过程深度结合，确保了 观组织结构在形貌上的一致性，笔者进行了金相试
微观组织结构图像的真实性和精度。这种卷积条件 验并采集了合金的真实金相图像（见表2）。
约束为扩散生成模型提供了强大的控制能力，使得 通过对比分析虚拟和真实微观组织结构图像，
生成的微观结构图像在细节和整体形态上都能符合 可以发现虚拟生成的微观组织结构图像在晶粒形态
实际材料的特性。 和分布上与实际的微观组织具有高度一致性，能够
表2 智能生成模型以及金相检测获取的合金内部信息对比
超声检测数据 超声评价数据
项目
纵波声速/m · s −1 衰减系数/dB · mm −1 频率偏移/MHz 晶粒尺寸/μm 圆度 长短轴比
超声评价 5 848.829 0.263 0.891 14.132 0.572 1.867
生成的微观组织图像
生成模型 14.512±1.391 0.585±0.038 1.841±0.113
真实的微观组织图像
金相试验 13.893 0.608 1.867
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2024 年 第 46 卷 第 12 期
无损检测
