不銹鋼常識
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                    基于經驗模態分解方法的高頻薄壁鋁焊管渦流探傷初探

                    來源:至德鋼業 日期:2021-07-10 12:35:48 人氣:17

                    通過分析對比幾種常見的無損檢測技術,提出用渦流探傷檢測高頻薄壁鋁焊管焊縫質量的新方法,并針對輸出的檢測信號非線性、非平穩的特點,探討了幾種現代信號分析方法,并分析了它們的優缺點和經驗模態分解(EMD)方法在檢測渦流探傷信號上的應用優勢,指出經驗模態分解方法的應用前景。

                    中冷器用高頻薄壁鋁焊管是在高速運轉的生產線上生產的,如何準確、高效地檢測焊縫的質量是整條生產線的關鍵一環。渦流探傷作為一種無損檢測技術,利用交流電磁線圈在金屬構件表面感應產生的渦流遇到缺陷會產生變化的原理,檢測時不要求線圈與構件緊密接觸,易實現檢驗高速自動化。

                    1幾種常用的無損檢測技術的比較

                    常用的可對焊縫進行無損檢測技術有射線檢測、超聲波檢測和渦流檢測等,在高頻薄壁鋁焊管的高速生產過程中采用哪種方法在此進行分析與討論。

                    1.1射線檢測技術

                    常用的X射線和γ射線檢測,在基本原理上是相同的,其可通過檢測透過被檢測對象后的射線強度的差異,來判斷被檢測對象中是否存在缺陷。一方面,射線會對人體產生傷害,必須考慮生產線上的輻射防護問題,因此增加了危險性和工業成本;另一方面,射線檢測主要檢查工件的內部缺陷,最適宜體積型缺陷,對于表面氣孔、表面夾雜等,在底片上和內部缺陷的影像是沒有什么區別的,檢測結果須進一步對比分析,實時性較差,故不適合高頻薄壁鋁焊管的焊縫質量檢測要求。

                    1.2超聲波檢測技術

                    超聲波是頻率高于20 kHz的聲波,方向性好,穿透能力強,其實質是以波動形式在彈性介質中傳播的機械振動。超聲波檢測是使超聲波與被檢測對象相互作用,根據超聲波的反射、透射和散射的行為,對被檢測對象進行缺陷檢測、幾何特性測量、組織結構和力學性能變化的檢測和表征,進而對其應用性進行評價的一種技術,廣泛應用于工業生產、醫療器械和海洋探測等領域。

                    超聲波檢測適應面廣,對人體和環境無害,但是,一方面,如何對缺陷進行準確的定性、定量仍缺乏深入的研究;另一方面,為使聲源進入試件,必須使用耦合劑對檢測探頭進行耦合。故其也不適合高頻薄壁鋁焊管的焊縫檢測要求。

                    1.3渦流檢測技術(渦流探傷)

                    渦流檢測技術是一種表面或近表面的檢測方法,利用電磁感應原理,通過測定渦流的大小和分布可檢測出鐵磁性或非鐵磁性材料的缺陷。由于渦流因電磁感應而生,因此進行渦流檢測時,檢測線圈不必與被檢測對象緊密接觸,不用耦合劑,且檢測速度快,檢測靈敏度高,適合采用在連續性、速度高的高頻薄壁鋁焊管的生產線上檢測焊縫質量。

                    渦流探傷技術的檢測信號,是一種非線性、非平穩的信號,具有速度快、變化快的特點。渦流探傷的信號處理技術,要求提高信號的信噪比和抗干擾能力,實現信號的實時識別、分析和診斷,以得出最佳的信號特征和檢測結果。

                    通過對渦流探傷儀器采集到的信號進行分析與處理,可確定檢測對象是否符合工藝要求,而對檢測信號的分析與處理,獲取各種信息特征,是渦流探傷技術中的重要環節。近年來,研究者在傅里葉變換的基礎上,提出了許多新的分析信號的理論,如:短時傅里葉變換、魏格納分布、小波變換、EMD分析方法等。

                    2幾種現代信號分析方法比較

                    2.1短時傅里葉變換(STFT

                    短時傅里葉變換是在傅里葉變換的基礎上,將信號劃分成許多小的時間間隔,并用傅里葉變換分析每個時間間隔,以確定在時間間隔內存在的頻率。為研究信號在時間t的特性,將待分析信號S(τ)乘以窗函數ht),使圍繞時間t的信號得到加強。在窗函數ht)寬度足夠窄時,將信號看作是平穩的。

                    采用STFT方法時,為得到某一時刻信號的頻譜,要求窗口的寬度非常窄,但時域加窗時,時窗窗口的寬度越窄,在提高時間分辨率的同時,會降低頻率分辨率;同理,頻域加窗時,頻窗窗口的寬度越窄,在提高頻率分辨率的同時,會降低時間分辨率,也就是說時間分辨率與低頻率分辨率之前存在互相矛盾、互相制約的關系。

                    2.2小波變換

                    通過伸縮(膨脹)和平移等運算功能,對信號進行多尺度化分析,是空間(時間)和頻率的局部變換,能有效地將信息從信號中提取出來。

                    小波分析由于能自動調節時間窗口,因而其時間分辨率高、頻率分辨率低,但也有許多不足,比如最常用的Morlet小波的基函數長度有限,會導致能量泄漏;再者它不具備自適應性,小波基函數一旦選定,在整個分析過程中只能使用這一個基函數,導致分析效果不理想。

                    2.3經驗模態分解(EMD)方法

                    經驗模態分解方法是由美國國家宇航局的N EHuang1998年提出的一種分析非線性非平穩時間序列的新方法,其利用EMD方法求得信號的本征模態函數(IMF),并對其進行希爾伯特變換,求得時頻分析結果。

                    3 EMD方法在渦流探傷信號檢測中初探本節用MatlabEMD方法在信號檢測中應用進行模擬仿真。設信號Xt=2e ti+e 3ti+0.5t,由此得到信號的時域圖。

                    1)原序列的變化信息集中在少數幾個IMF分量上,提高了分解的效率,增強了在實際應用中的便捷性,提高了分解的精度和效率。

                    2)可以揭示出一個復雜的信號序列是由那些不同時間尺度的內在振蕩構成,以及振蕩模態的相對重要性。

                    經驗模態分解通過對非線性、非穩定信號進行逐層分解,獲取若干個本征模態函數(IMF),并通過提取每個分量的瞬時特征,完成復雜信號的特征提取,為進一步分析和處理打下了良好的基礎,因此,經驗模態分解方法適宜分析渦流探傷技術采集的復雜檢測信號。

                    4結論

                    EMD方法在渦流探傷信號檢測中的應用,具有便捷性、高精度、高效率的優點,它是當前迅速發展并廣泛使用的研究時間序列的方法。近年來,不斷有學者在改進瞬時頻率的計算方法、改善EMD算法的穩健性、探索二維EMD方法等方面,對EMD方法進行著發展和完善,相信在不遠的未來,EMD方法必將得到更加廣泛的應用。

                    本文標簽:焊管 

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