基于超声Lamb波的焊缝缺陷检测过程仿真及方法研究

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1、硕士学位论文基于超声Lamb波的焊缝缺陷检测过程仿真及方法研究RESEARCHONSIMULATIONANDMETHODOLOGYOFWELDDEFECTTESTINGBASEDONULTRASONICLAMBWAVE齐聪成哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG115.28学校代码：10213国外图书分类号：621.791.16密级：公开工程硕士学位论文基于超声Lamb波的焊缝缺陷检测过程仿真及方法研究硕士研究生：齐聪成导师：迟大钊副教授申请学位：工程硕士学科、专业：材料工程所在单位：材料

2、科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG115.28U.D.C:621.791.16，DissertationfortheMastersDegreeinEngineeringRESEARCHONSIMULATIONANDMETHODOLOGYOFWELDDEFECTTESTINGBASEDONULTRASONICLAMBWAVECandidate：QiCongchengSupervisor：AssociateProf.ChiDazhaoA

3、cademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MaterialsEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsSci.&Eng.DateofDefence：June，2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要常规超声波法在检测大型环直焊缝时存在着近表面盲区、检测效率低等问题。与常规超声波法不同，

4、超声Lamb波衰减慢，传播距离长，从而克服常规超声波法需要逐点扫描的弊端，同时无需大面积清除和复原防腐漆面和防寒包覆层，极大的提高检测效率，并且使得检测费用大大降低。本文采用LS-DYNA对超声Lamb波在焊缝中的传播及与缺陷的作用过程进行了数值仿真。激励信号中心频率为0.5MHz，铝板厚度为4mm。首先，研究了焊缝截面形状变化对超声Lamb波传播过程的影响。当焊缝余高增加时，声场峰值能量先增加后减少，在焊缝余高1.2mm时达到最高。当余高达到2.0mm时，回波波包时域宽度变宽。当焊缝宽度增加时，声

5、场峰值能量先增加后减少，在焊缝宽度15mm时达到最高，焊缝宽度不影响回波模态。其次，研究了铝板曲率对Lamb波传播过程的影响，发现曲率变化对Lamb波传播过程及回波信号影响较小。最后，利用布尔操作构造了不同位置的横向槽状缺陷、孔状缺陷，并采用A0和A1模态Lamb波对其检测过程进行了仿真研究。结果表明：A0模态入射的Lamb波与缺陷作用的回波幅值与缺陷尺寸线性相关，可用以表征缺陷尺寸。A1模态缺陷回波幅值与缺陷尺寸不呈正相关关系，但对微小缺陷敏感。在Lamb波检测实验中，在板厚4mm，焊缝余高1.6

6、mm，宽度12mm的试件上制作了不同种类、尺寸的人工缺陷，并对其进行检测研究。横向槽状人工缺陷实测信号与仿真结果有较好的一致性，从而证实了仿真的正确性。为了提高对缺陷的辨识能力，研究了探头频率对Lamb波回波信号的影响，确定了最佳检测频率为1.5MHz，A2模态可有识别孔径3.0mm、孔深4.0mm的底面孔状缺陷，检测距离500mm，波高占满屏12%。采用了短时傅立叶变换（STFT）及小波变换（WT）对Lamb波回波信号进行时频分析，确定了最优的HAMMING窗口尺寸以及CMOR小波基的小波中心频率

7、因子。结果表明：WT时频分析结果中无关频率干扰较少，回波信号频带窄。通过WT时频分析，有效识别了高大于满屏2%的缺陷，提高了杂波干扰下目标信号的辨识能力。关键词：超声Lamb波；模拟仿真；缺陷检测；时频分析-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThereareproblemssuchasnear-surfaceblindzoneandlowefficiencyinthetestingofLargegirthandstraightweldbyconventionalultrasonicm

8、ethod.Differentfromgeneralultrasonictesting,ultrasonicLambwavehassmallattenuationandlongpropagationdistance,anditcanovercomethedrawbacksofconventionalultrasonictestingrequiringpoint-by-pointscanning,anddoesnotrequiretimeandefforttoclear