焊縫典型缺陷的超聲TOFD-D掃成像技術研究.pdf

1、焊縫結構是重要的金屬連接部件，廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)中。但由于受到焊接工藝本身的限制，焊縫中可能產生各類缺陷。為了保障焊接結構的安全，必須對焊縫進行無損檢測。超聲衍射時差法(TOFD，Time of Flight Diffraction)，是一種常用的焊縫缺陷檢測手段，該方法檢測速度快、成本低且對人體無危害，可現(xiàn)場對缺陷作定性、定量的評價。
　　本文針對焊縫典型缺陷的超聲TOFD-D掃描圖像特征及其自動識別技術開展研究工作，首先對超聲

2、TOFD檢測過程進行了計算仿真，根據(jù)仿真結果分析了超聲TOFD檢測的超聲波傳播機理及缺陷形態(tài)對檢測結果的影響；制備大量含自然缺陷的對接焊縫試樣并對其進行超聲TOFD-D掃描成像，深入分析了各類焊縫典型缺陷D掃描成像圖的特征；最后，根據(jù)分析得到的焊縫典型缺陷成像圖的特征設計了缺陷自動識別分類網絡，并通過改變試驗參數(shù)獲得大量訓練和識別樣本對分類網絡進行訓練。具體研究內容如下：
　　第一，本文采用有限元法對鋼板對接焊縫的超聲TOFD檢測

3、過程進行了仿真模擬。模擬了焊縫中存在的各種形態(tài)的圓孔、開口槽、深埋槽缺陷，并分析了各類缺陷類型、深度、尺寸、面型缺陷取向對檢測信號幅度的影響。仿真結果表明：有限元仿真能很好地模擬體積型、面型缺陷的衍射波形成機理；通過對比仿真結果發(fā)現(xiàn)，缺陷衍射波幅度分布特征與缺陷的形態(tài)具有一定的對應關系。
　　第二，對含各類典型缺陷的鋼板焊縫進行超聲TOFD-D掃成像，并分析了各類缺陷的成像圖特征。通過對比分析圖像特征發(fā)現(xiàn)，焊縫典型缺陷的D掃描圖像

4、大多為拋物線型、直線型條紋狀，可用于區(qū)分缺陷類型的重要圖像特征主要為拋物線的開口方向、形狀的連續(xù)性、端部的平滑程度。
　　最后，基于Faster R-CNN算法設計對超聲TOFD-D掃圖像的缺陷進行自動識別與分類，獲得了較高的自動識別率。針對超聲TOFD-D掃描成像的特點，對Faster R-CNN算法進行了優(yōu)化配置。在對網絡進行訓練時采用了數(shù)據(jù)擴充方法，擴充了訓練集、避免欠擬合，增強了識別系統(tǒng)的抗噪聲能力和魯棒性。通過識別試驗，