Page 21 - 2024中国无损检测年度报告
P. 21
局限性，能够有效表征材料微观结构的变化，成 （2）非线性相控阵超声成像技术
为突破材料早期损伤检测难题的研究热点。然而， 结构损伤可视化检测技术是装备健康状态快
目前基于非线性超声的材料损伤评价仍主要依赖 速检测与监测预警的关键支撑技术。受限于半波
于单一非线性参量，对非线性超声响应挖掘不充 长衍射极限，目前工业界广泛使用的超声成像检
分，难以解耦损伤过程非线性超声响应变化与损 测技术的损伤尺寸检测极限一般在毫米级，对结
伤多元结构特征的映射关系，因此对结构微损伤 构失效断裂常见的闭合微裂纹损伤无能为力。针
的表征大多停留在定性描述阶段。提出了基于深 对微损伤定位成像难题，团队开发了非线性超声
度学习框架的微损伤非线性超声智能量化技术（见 导波相控阵成像技术，通过混合阵元相控阵、谐
图 8），利用深度网络方法探索微损伤非线性超 波增强信号处理和基于时间反转的谐波场聚焦实
声表征物理机制的数据空间表达，建立了非线性 现。混合阵列设计用于基波和谐波的高效传输和
超声多级时频特征感知的深度网络方法，用于直 捕获，采用脉冲反转技术和连续小波变换滤波器
接处理非线性超声响应以自动建模潜在非线性动 提取和增强二次谐波响应，通过时域拓扑能量成
力学，从而建立非线性超声信号与多维损伤特征 像算法获得图像。非线性相控阵超声成像技术突
之间的复杂映射，成功实现了微裂纹、晶粒分布 破了相控阵超声成像极限，实现了结构中微米级
等结构微损伤的定量评价，建立了多种关键装备 闭合微裂纹的精准定位成像和扩展可视化监测。
材料蠕变、疲劳、热老化、塑性等损伤演化与超 线性与非线性相控阵超声技术的成像结果比较如
声非线性参量的映射关联（见图 9），推动非线 图 10 所示，线性相控阵超声只能对宏观孔洞进
性超声检测理论与技术由定性分析向定量评价发 行成像，而非线性相控阵超声可有效对结构中闭
展。与此同时，团队建立了多种材料多种失效模 合微裂进行成像。
式损伤的试样库和数据库，牵头制定了非线性超
声领域的首个国家标准，这也是全国无损检测标
准化技术委员会（SAC/TC 56）归口的首个组织
结构无损检测国家标准，作为无损检测标委会的
委员单位，推动了无损检测国家标准体系的革新，
增设了材料物理性能评价标准分支。
图 10 线性与非线性相控阵超声技术的成像结果比较
图 8 基于深度学习框架的微损伤非线性超声智能量化
（3）非线性超声检测装备研发及工程应用
技术原理示意
开发了多通道高电压相控超声编码激励和高
增益谐波放大提取技术，研发了具有自主知识产
权的承压设备微损伤非线性超声检测装备，如图
11 所示，并得到机械工业无损检测中心校准认证
（国家认可委 CNAS 认证）。该检测装备具备的
功能和特点包括：➀多通道超声自动化灵活激发
和测量，配合相控阵超声增强成像算法软件，可
实现大型结构宏观损伤的监检测和精准成像；②
有限振幅超声可控激发，配合非线性超声智能评
价分析软件，可实现结构微损伤的定量评价。研
图 9 材料损伤微观组织特征的定量评价结果
发的技术与检测装备解决了结构服役损伤表征从
13
