本發(fā)明涉及一種金屬構件中夾雜缺陷的檢測方法，特別是涉及一種用相對頻移量表征金屬構件中夾雜缺陷的檢測方法，屬于無損檢測
技術領域：
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背景技術：
：作為大型成套設備的核心零部件，大型鍛件在國民經濟建設、國防裝備發(fā)展和現代尖端科技重大裝備建設中，發(fā)揮著非常重要的作用，廣泛應用于核電站關鍵部件、火電機組、汽輪機轉子、葉片、發(fā)電機軸以及重型機械等設備中。受冶金行業(yè)發(fā)展水平及相關工藝的限制，在鑄鍛件內部往往存在與基體材質相異的夾雜缺陷。夾雜缺陷的存在直接導致金屬的連續(xù)性和完整性遭到破壞，影響鋼的機械性能，特別是降低塑性、韌性及疲勞極限。嚴重時，還會使金屬在熱加工與熱處理時產生裂紋或使用時突然脆斷。此外，夾雜缺陷也促使在金屬內部形成熱加工纖維組織與帶狀組織，使材料具有各向異性，使得材料的沖擊韌性大大降低。因此，有必要對關鍵零部件所用大鍛件內部夾雜缺陷進行檢測?，F有的金屬構件夾雜缺陷檢測方法主要可分為宏觀評定法和顯微組織法兩類。其中，宏觀評定法包括：低倍酸蝕檢驗法、斷口檢驗法、塔形試驗法和磁粉檢驗法等。顯微評定法包括：標準圖譜法，手工定量法和圖像分析儀法等。此外，脈沖鑒別分析光譜測量法(OES-PDA)、化學成分分析法近年來也得到一定程度的應用。除磁粉檢測法外，其他檢測方法均通過觀察組織宏觀及微觀結構的變化來表征鑄鍛件的質量，需要對檢測對象進行取樣。而磁粉檢測法對內部缺陷不敏感，主要用于構件表面和近表面的缺陷檢測。超聲波檢測技術作為應用范圍最廣的無損檢測技術之一，與其他常規(guī)無損檢測技術相比，具有檢測深度大，被測對象范圍廣，缺陷定位準確，檢測靈敏度高，對人體無危害、對環(huán)境無污染等特點，因而被廣泛應用于工業(yè)構件的無損檢測領域。在不損害工件的前提下，根據超聲波在介質中傳播特性以及超聲波與缺陷的相互作用機理，該技術不僅可以準確識別工件的表面缺陷(如裂紋、腐蝕等)，還可發(fā)現其人眼不可見的內部缺陷(如孔洞、夾雜等)。國內外學者采用超聲檢測方法對金屬構件中夾雜缺陷的辨識進行了相關研究。研究表明，不同材料夾雜物能夠通過超聲檢測方法進行區(qū)別，且在對其回波分析的基礎上能夠進行定量識別[KananenV,EskelinenJ,HaeggstromE.Ultrasonicinclusionandporeclassificationinrolledandunrolledsteelsamples[J].2009:2545-2548]。不同屬性夾雜物對超聲波的敏感頻率不同[陳丹,肖會芳,黎敏,等.金屬材料內部非金屬夾雜超聲檢測的數值模擬[J].北京科技大學學報,2015,37(7):942-949.]。以上研究為金屬構件中夾雜缺陷的檢測提供了新的思路，但均處于初步階段，尚無不同夾雜缺陷的統(tǒng)一表征指標，需要尋求一個用于判斷不同夾雜缺陷的特征表征指標用于判別不同材料屬性的夾雜缺陷。技術實現要素：本發(fā)明是為了完善上述問題而完成的，其目的在于提供一種用相對頻率偏移量表征金屬構件中夾雜缺陷的檢測方法，使用了夾雜缺陷檢測裝置、檢測數據信息提取方法。夾雜缺陷回波的峰值頻率會因其材料屬性的不同而發(fā)生不同程度的偏移，若直接以該峰值頻率作為夾雜缺陷材料屬性的表征參數，則峰值頻率會隨著激勵信號頻率發(fā)生改變。因此，將超聲回波峰值頻率的相對頻移量作為不同材料屬性夾雜缺陷的表征指標，由公式(1)計算得到，從而對夾雜缺陷類型進行判別。其中，fdrive為激勵信號頻率，fecho為夾雜缺陷回波峰值頻率?？紤]在進行夾雜缺陷檢測前，如果能夠通過仿真軟件建立夾雜缺陷的激勵信號頻率與相對頻移量的關系曲線，則可在實際檢測中利用該曲線判定夾雜缺陷類型。本發(fā)明是根據上述內容而完成的。S1.建立已知夾雜缺陷的相對頻移量關系曲線；利用仿真軟件，建立模型，使夾雜缺陷的尺寸和空間位置相同，改變材料屬性，建立已知材料屬性夾雜缺陷超聲回波峰值頻率的相對頻移量關系曲線圖。S2.建立實際夾雜缺陷的相對頻移量關系曲線；利用夾雜缺陷檢測裝置對檢測對象進行檢測，并通過信號處理方法對檢測數據進行信息提取。得到實際夾雜缺陷超聲回波峰值頻率的相對頻移量關系曲線圖。S3.夾雜缺陷類型的判定；利用已建立的夾雜缺陷曲線判定該夾雜缺陷類型。根據本方法檢測夾雜缺陷得到相對頻移量關系曲線，根據已建立的夾雜缺陷曲線進行判定，能夠判別不同材料屬性的夾雜缺陷。附圖說明圖1是本發(fā)明實施所采用的夾雜缺陷檢測裝置說明圖；圖2是本發(fā)明金屬構件中夾雜缺陷檢測方法的實施流程圖；圖3是碳夾雜缺陷和錫夾雜缺陷的仿真相對頻移量關系曲線；圖4是碳夾雜缺陷和錫夾雜缺陷的實驗相對頻移量關系曲線；具體實施方式本發(fā)明方法的流程圖如圖2所示。1.建立已知夾雜缺陷的相對頻移量關系曲線首先，對采用仿真軟件建立已知夾雜缺陷的仿真模型進行說明。步驟一：仿真模型參數設置1)根據待檢測的實際對象設置基體的材料、形狀及尺寸；2)設置檢測探頭的類型、頻率、尺寸參數；3)設置激勵信號的調制方式、信號周期數；4)配置檢測及耦合方式；5)設定夾雜缺陷的尺寸與位置。步驟二：針對不同夾雜缺陷材料屬性參數進行仿真1)設置夾雜缺陷材料屬性；2)運行仿真模型，保存仿真數據；3)更改夾雜缺陷材料屬性，重復設置夾雜缺陷材料屬性、運行仿真模型并保存仿真數據。其次，對仿真數據的信息提取進行說明。1)對所有數據進行頻域分析，進行傅里葉變換；2)對傅里葉變換結果取包絡；3)提取頻域分析結果中的峰值頻率。最后，建立已知夾雜缺陷的相對頻移量關系曲線。其步驟為：1)匯總全部峰值頻率數據；2)計算相對頻移量；3)繪制相對頻移量關系曲線圖。2.建立實際夾雜缺陷的相對頻移量關系曲線首先，對圖1所示的本實施方式的夾雜缺陷檢測裝置進行說明。夾雜缺陷檢測裝置包括檢測單元1、脈沖發(fā)射接收單元2、計算機控制單元3以及數據顯示存儲單元4。各單元的功能為：檢測單元1被輸入脈沖發(fā)射接收單元2產生的激勵脈沖信號，監(jiān)測被檢測對象內部情況，將接收到的脈沖回波信號輸出至脈沖發(fā)射接收單元2；脈沖發(fā)射接收單元2被輸入由計算機控制單元3設置的激勵信號參數，產生相應的激勵脈沖信號輸入至檢測單元1，并接收檢測單元1所監(jiān)測到的信號將其輸入至數據顯示存儲單元4；計算機控制單元3對檢測單元1進行頻響特性測試，選取響應極大值處頻率作為檢測單元1的激勵頻率，與激勵信號幅值、相位、周期數、信號調制方式以及激勵延時參數一同輸入至脈沖發(fā)射接收單元2；數據顯示存儲單元4被輸入脈沖發(fā)射接收單元2接收的監(jiān)測信號，顯示監(jiān)測信號并存儲。其次，對利用上述夾雜缺陷檢測裝置的操作進行說明。步驟一：檢測前的參數配置；1)脈沖發(fā)射接收單元預熱；2)硬件設備初始化，衰減器置于最大衰減位，雙工器置于輸出位，前置放大器置于20dB位，信號選擇器通道1置于“INTEGRATORGATEMON”位、通道2置于“RFSIGNALMON”位；3)打開計算機控制單元、數據顯示存儲單元；4)計算機控制單元操作軟件參數設置，設置的參數包括激勵信號頻率、幅值、相位、周期數、信號調制方式以及延時參數；5)布置檢測單元，將檢測單元置于標準件上；6)打開脈沖發(fā)射接收單元輸出，打開操作軟件輸出按鈕；7)初始化數據顯示存儲單元設置，autoset后調節(jié)標度到能夠恰當顯示檢測信息為止；8)調節(jié)計算機控制單元操作軟件積分門(GatedIntegrator)的延時，使其能夠取到完整的波形；9)對探頭進行掃頻。以探頭設計的標稱參數，設置掃頻的上下截止范圍進行一定范圍的初掃，然后根據掃頻結果調整掃頻范圍，進行終掃，確定探頭最適宜的工作頻率。步驟二：檢測對象的實驗檢測1)調節(jié)衰減器和數據顯示存儲單元參數，在待檢測區(qū)域表面均勻涂抹耦合劑，對該區(qū)域進行手動掃查，尋找缺陷回波，記錄缺陷位置，并使缺陷回波恰當的顯示，對回波數據進行存儲；2)更換探頭后按照檢測對象的實驗檢測中的步驟1)對檢測對象的進行檢測。再次，對實驗數據的信息提取進行說明。采用整體平均經驗模態(tài)分解(EEMD)分析方法提取檢測信息中的本征模態(tài)信號，然后對該本征模態(tài)信號進行頻域分析并提取峰值頻率。步驟一：本征模態(tài)信號提取1)讀入數據；2)混入噪聲信號；3)尋找極值點，通過三次樣條曲線擬合出信號的上下包絡并對包絡求平均，得到均值序列；4)去除均值序列，檢測信號是否為本征模態(tài)函數，若不滿足，重復本征模態(tài)信號提取中的步驟3)處理待檢信號，直至滿足本征模態(tài)函數條件；5)計算剩余信號；6)將剩余信號作為待處理信號，重復本征模態(tài)信號提取中的步驟3)、4)，依次獲得全部本征模態(tài)函數；7)對本征模態(tài)信號提取中的步驟2)中獲得的下一個混入噪聲信號同樣經過本征模態(tài)信號提取中的步驟3)～6)，獲得各自的本征模態(tài)函數；8)將上述對應的本征模態(tài)函數進行整體平均，消除混入的白噪聲對真實本征模態(tài)函數的影響。步驟二：提取峰值頻率1)選取本征模態(tài)函數中幅值最大者確定為待分析的本征模態(tài)函數；2)進行傅里葉變換；3)提取頻域分析結果中的峰值頻率。最后，建立被檢測夾雜缺陷的相對頻移量關系曲線。其步驟為：1)匯總全部峰值頻率數據；2)計算相對頻移量；3)繪制相對頻移量關系曲線圖。3.夾雜缺陷類型的判定對比仿真曲線與實驗關系曲線，通過其變化趨勢以及偏移量來判定夾雜缺陷的類型。實施例制作夾雜物材料屬性分別為錫和碳的鋁基試件，錫和碳夾雜均為圓柱體，直徑為3mm，作為實驗中的檢測對象。利用上述實施方式建立關于錫和碳的仿真相對頻移量關系曲線，探頭置于夾雜缺陷正上方，仿真參數如表1-3所示，對仿真數據進行提取后的峰值頻率如表4所示。表1為仿真時基體與夾雜缺陷的參數。表1基體與夾雜缺陷的參數表2為仿真時的探頭參數設置表2探頭參數設置表3為仿真時的信號參數設置。表3信號參數設置表4為對仿真數據進行提取后的峰值頻率。表4錫和碳夾雜仿真數據的峰值頻率激勵頻率(MHz)錫的峰值頻率(MHz)碳的峰值頻率(MHz)2.50662.22882.23283.01302.67462.6765.26664.69374.6933圖3是利用本實施方式所得到的位于深度50mm處的錫和碳的相對頻移量仿真關系曲線圖。然后，利用上述實施方式建立關于錫和碳的實驗相對頻移量關系曲線。首先對試件進行掃查，然后將探頭置于缺陷回波幅值最大處進行數據采集，實驗參數如表5所示。表5為夾雜缺陷檢測裝置實驗參數。表5夾雜缺陷檢測裝置實驗參數激勵頻率(MHz)調制方式信號周期數輸出級延時(μs)衰減(dB)2.5066Hanning3502.5μs313.0130Hanning3502.5μs315.2666Hanning3502.5μs15采用EEMD方法對實驗信號進行處理時，選取白噪聲標準差為0.001，白噪聲總體數量為10。表6為對實驗數據進行提取后的峰值頻率。表6錫和碳夾雜實驗數據的峰值頻率激勵頻率(MHz)錫的峰值頻率(MHz)碳的峰值頻率(MHz)2.50662.35292.41703.01302.75882.77405.26665.09035.1392圖4是利用本實施方式所得到的位于深度50mm處的錫和碳的相對頻移量實驗檢測關系曲線圖。如圖3、4所示，實驗檢測得到的相對頻移量關系曲線的變化趨勢與仿真的到的相對頻移量關系曲線趨勢相同。同時，由仿真可知碳的相對頻移量較錫的相對頻移量要小，因此推斷實驗檢測得到的相對頻移量關系曲線圖中A為碳，B為錫。該結果與實際情況相符。由此，證實了本實施方式所采用的相對頻率偏移量指標能夠用于夾雜缺陷的類型的表征，進行夾雜缺陷類型的識別。以上是本發(fā)明的一個典型實施例，本發(fā)明的實施不限于此。根據本發(fā)明，能夠判定存在于金屬構件中夾雜缺陷的類型。因此，能夠用于工業(yè)生產中金屬構件質量的控制，對被檢測金屬構件的下一步處理提供指導。同時，該方法無需對金屬構件進行取樣，能夠節(jié)約時間成本，為企業(yè)提高產品的檢測效率。當前第1頁1 2 3