焊缝超声波检测时DAC曲线的制作与应用之欧阳道创编

焊缝超声波检测时ＤＡＣ曲线的制作与应用

时间：2021.03.06 创作：欧阳道 摘要

在超声波检测时，为了避免漏检，超声检测人员通常用较高的灵敏度（二次波或三次波的灵敏度）作为扫查灵敏度。当在扫查过程中发现缺陷时，根据缺陷波距一次波、二次波（三次波）的水平位置远近选用水平差值最小的波次的灵敏度对缺陷进行定量。因此在超声波检测时应用DAC曲线，不仅可灵敏的监测出缺陷的位置所在，而且简单方便。

本文分析了超声波检测在检测时对检测结果的分析，应用DAC曲线和DAC曲线的多种制作方法，并对比分析了各种DAC曲线的制作方法优缺点如：直线连接法；最小二乘拟合法；拉格朗日拟合曲线法等，并且还介绍了增益型波检测DAC曲线与衰减型检测DAC曲线。

DAC曲线在实际工程中的应用很是广泛。其中本文以TC4大直径钛合金棒材超声波探伤为例证明DAC曲线可以对保证准

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确的灵敏度及建立曲线进行声程补偿，可有效解决材料探伤杂波较高的问题，保证大直径棒材的有效检测，以保证探伤结果的准确性、可靠性。

关键词超声波检测；DAC曲线；缺陷定量；评定依据

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Production and Application of DAC Curve

in Ultrasonic Testing of Welds

Abstract

In ultrasonic testing, in order to avoid detection, ultrasonic testing personnel usually with high sensitivity (sensitivity of two times wave or three times the wave ) as the scanning sensitivity. When the find defects during scanning process, according to the distance of defect wave from a wave, the two wave (the three wave) level location select the least level difference between wave sensitivity as the quantify defects. The application of DAC curve in ultrasonic testing, not only can sensitively detect the location of defects,but also be simple and convenient. This paper analyzed the ultrasonic testing in the detection of the analysis on the test results, making a wide variety of applications of DAC curve and DAC curve, and analyzed the advantages and disadvantages of various methods of DAC curve analysis such as: linear connection method; least squares fitting; Lagrange fitting curve method, and also introduces the gain wave detection of DAC curve and DAC curve of attenuation measurement.

Application of DAC curve in engineering

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practice is very extensive. Which based on the TC4 large diameter titanium alloy bars-ultrasonic testing as an example to demonstrate that DAC curve can be used for acoustic sensitivity to ensure the accuracy of compensation and establishment of curve, which can effectively solve the problem of high material testing noise, ensure the effective detection of large diameter bars, in order to guarantee the accuracy, reliability of testing results.

Keywords Ultrasonic testing; DAC curve; Defect quantitative; Assessment basis

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目录

摘要I AbstractII

第1章 绪论- 1 -

1.1 课题背景- 1 -

1.2 超声波检测时应用曲线- 2 -

1.2.1 焊缝超声波检测时DAC曲线- 3 -

1.2.2 焊缝超声波检测时AVG曲线- 4 -

1.3 我国超声波检测时曲线的现状及发展- 7 -

1.4 本文主要研究内容- 8 -

第2章 超声波检测DAC曲线的制作- 9 -

2.1 DAC曲线分类- 10 -

2.1.1 dB-S曲线（实测DAC曲线）- 10 -

2.1.2 DAC面板- 10 -

2.2 各种绘制方法在标准中的使用- 11 -

2.2.1 直接连线法- 11 -

2.2.2 最小二乘法曲线拟合- 12 - 2.2.3 拉格朗日插值法- 14 - 2.2.4 结论- 15 -

2.3 衰减型和增益型探伤DAC曲线绘制- 16 -

2.3.1 衰减型DAC曲线的绘制- 16 -

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2.3.2 增益型数字超声探伤仪DAC曲线的绘制- 20 -

2.4 绘制DAC曲线注意事项- 21 - 2.5 本章小结- 22 -

第3章 DAC曲线在大直径钛合金棒材超声检测中的应用- 23 -

3.1 简介- 23 -

3.2 探伤原理- 24 -

3.3 探伤工艺的选择- 25 -

3.3.1 探伤仪- 25 - 3.3.2 探头- 25 -

3.3.3 对比试块- 25 - 3.3.4 扫查- 26 - 3.4 试验过程- 27 -

3.4.1 前期试验- 27 -

3.4.2 不同探头对比试验- 27 - 3.4.3 DAC曲线试验- 30 - 3.4.4 实验结果- 31 - 3.5 本章小结- 31 - 结论- 31 - 致谢- 33 -

参考文献- 34 - 附录- 35 -

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第1章 绪论

1.1 课题背景

无损检测即NDT（Non-destructive testing），就是利用声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，进而判定被检对象所处技术状态（如合格与否、剩余寿命等）的所有技术手段的总称。

常用的无损检测方法：射线照相检验（RT）、超声检测(UT）、磁粉检测(MT）和液体渗透检测(PT) 四种。其他无损检测方法：涡流检测(ET）、声发射检测（AT）、热像\\红外（TIR）、泄漏检测（LT）、交流场测量技术（ACFMT）、漏磁检验（MFL）、远场测试检测方法（RFT）等。

在工业中，超声检测(UT）是常用无损检测的方法之一。超声波在媒质中传播会产生衰减、反射、声阻抗等，而超声检测技术就是利用超声波在媒质中的这些传播特性对被测对象进行浓度、密度、强度、硬度、温度和缺陷等这些非声学量的测定。超声波因其波长短、分辨率高，所以能探测到0.02毫米以下的内部缺陷，材料内部缺陷的声学性质对超声波的传播具有一定的影响，而超声检测就是利用者一点，在不破坏原材料或元件的前提下，探测材料内部如裂纹、夹渣、气泡等这些内部和表面缺陷，并探测出它们的大小、形状和分布情况，以及测定材料的性质。超声波检测所用到的设备比较简单，价格低廉，使用条件和安全性能也很好[1]。

超声波检测是无损检测的主要方法之一。它因灵敏度高、穿透力强、检测速度快、成本低、设备简单轻便和对人体无害等一系列优点广泛应用于工业实

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际。近年来，超声无损检测技术的广泛应用和计算机技术的飞速发展，对超声检测技术提出了一些新的要求。一方面制造业中结构件的组合化，要求把可检性预测和检测工艺设计应用于早期的结构设计，在设计周期短和成本降低的同时提高质量水平；另一方面，超声无损检测的数学模型由于广泛的工业应用兴趣正发展为一个方兴未艾的学科分支，大容量高速度的个人计算机也逐步普及，这些都为选择合适的模型进行超声无损检测的模拟仿真和可视化研究提供了可能和方便。

超声波检测技术由于其自身的检测手段和方法的优势，在焊缝探伤中得到了成功的应用。不仅在中厚板焊缝探伤中，而且现在在薄板焊缝探伤中，缺陷定量的曲线也广泛使用。因此，在焊缝探伤前，必须完成绘制缺陷定量曲线。由于电脑超声波探伤仪具有记忆功能，所以制作缺陷定量曲线更加简单方便。同时，借助于微处理器的计算和处理，缺陷定量曲线的绘制也有多种方法.本文将简要介绍使用广泛的缺陷定量曲线的绘制方法。

1.2 超声波检测时应用曲线

在超声波检测探伤过程中，对缺陷当量大小取值方法，目前主要应用两类方法：DAC曲线和AVG曲线为主的两种方法。

对焊缝的超声波横波探伤中，通常会用到 DAC曲线，对缺陷当量大小常用 DAC+＿dB或者SL+＿dB的方法来表示（SL线为定量线）。而对锻、铸件的超声波纵波探伤中，通常会用到AVG（DGS）曲线，于是，很多人认为DAC曲线就是横波斜探头制作的曲线，而AVG（DGS）曲线就是纵波直探头制作的曲线。其实，这种看法并不全面，比如：铸钢件探伤

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中，也需要用直探头制作DAC曲线的方法来调整灵敏度。为此在这里分别简单介绍一下DAC曲线和AVG曲线。

1.2.1 焊缝超声波检测时DAC曲线

1.2.1.1 DAC概念

DAC（distance amplitude curve ）距离－波幅曲线是描述某一确定反射体回波高度随距离变化的关系曲线。因此，AVG 曲线和 DAC 曲线都有纵波、横波制作的曲线，并不是简单地由纵波、横波来划分何为 AVG曲线、何为 DAC曲线，更不是由直探头、斜探头来划分的。 1.2.1.2 制作方法

DAC曲线以横坐标表示距离（斜探头通常表示深度，直探头通常表示声程），纵坐标表示规则反射体波幅。DAC曲线只是一种特定尺寸规则反射体的曲线，如图1-1所示。

波幅 / dB DAC曲线（φ3*40） Ⅲ 判废线（RL） Ⅱ 定量线（RLSL） 评定线（Ⅰ 图1-1φ3mm的横孔 DAC曲线 距离/mm φ3mm的横孔 DAC曲线规则反射体有很多种，例如，斜探头常用横孔做DAC曲线，直探头常用平底孔、大平底制作 DAC曲线。而某些特殊构件，如钢板、钢锻件超声横波检测、无缝钢管轴向横波检测、奥氏体钢锻件斜探头检测通常需要制作 V形槽对比试块，DAC曲线通过V 形槽的反射波来制作。 1.2.1.3 DAC曲线的实际应用

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DAC曲线应用非常的广泛，例如：在大型铸铁件进行超声波检测时应用DAC曲线进行缺陷定量；大型直径棒状材料超声波检测；船体全焊透T型接头超声波检测应用DAC曲线进行缺陷定量；铸钢件应用DAC曲线进行缺陷修正；铝制母线焊接接头超声波检测DAC曲线；石油化工管道焊缝超声检测DAC修正以及不锈钢超声检测时DAC曲线的应用。所以，在大多数的超声波检测都会应用到DAC曲线。

1.2.2 焊缝超声波检测时AVG曲线

1.2.2.1 AVG的概念

A、V、G 是德文距离、增益和大小字头的缩写，其英文缩写为 DGS（distance gain size）。AVG 曲线是描述规则反射体的距离、回波高度及当量大小之间关系的曲线。AVG曲线按照通用性分为通用AVG和实用 AVG；按照波型不同分为纵波 AVG和横波 AVG；按照反射体不同分为平底孔 AVG 和横孔 AVG等。 1.2.2.2 AVG曲线的制作

AVG曲线有通用AVG曲线和实用AVG曲线不同的制作方法。通用 AVG曲线采用归一化距离A和归一化缺陷当量大小G来表示。规则反射体以平底孔为例，如图1-2所示。

图1-2 平底孔通用 AVG曲线

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当A<1时，由于波的干涉，使平底孔回波声压出现极大极小值；在A<3的区域内，由于理论公式不适用，因此该区域内的曲线一般不绘出或由实测得到。由公式可以看出，A与反射体至探头距离x、近场区距离 N有关；G与反射体直径Df、波源直径Ds有关。因此，通用 AVG 可以适用于不同规格的探头，通用性好。 实用 AVG曲线以横坐标表示实际声程，纵坐标表示规则反射体相对波高，用来描述距离、波幅、当量大小之间的关系，以平底孔为例，图1-3右上角标出了探头型号、尺寸。实用 AVG 曲线与通用 AVG 曲线 一样，X≥3N 部分，可用理论公式计算得到；而x<3N的部分需要通过实际测得。由于实用 AVG曲线是由特定探头实测和计算得到的，实用 AVG 曲线也只适用于特定探头，因此，一定要在实用 AVG 曲线中要注明探头的尺寸和频率[2]。

图1-3 平底孔实用 AVG曲线

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1.2.2.3 AVG曲线的应用

AVG曲线，即：DGS曲线。以KK的探头和仪器为例，KK 的探头都会附带一张实用 DGS曲线图。该曲线是此探头对各种尺寸反射体（各种孔径的平底孔和大平底）的 DAC曲线的综合，这些曲线是该探头在多种尺寸的反射体上实测出来，并通过大量的数据归纳总结，最终得出代表性的[3]，如图1-4～图1-5所示。

图1-4 直探头 MB2 S（E）

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图1-5斜探头 MWB4 5－4（E）

1.3 我国超声波检测时曲线的现状及发展

目前，国外超声波检测对于缺陷当量的绘制主要以模拟和仿真研究一方面集中在以解析方法为主开发工业应用的软件系统，进行超声波检测工艺及可行性、可靠性分析，以降低检测成本，提高效率；另一方面是采用数值方法进行模拟和仿真，针对现代工业广泛使用的各向异性材料和特殊结构件进行超声检测研究，以提高检测精度，拓宽超声波检测的应用范围。

八十年代以来，计算机技术在我国超声检测中得到了广泛的应用，主要集中在超声信号的采集、量化和处理及超声成像系统和自动超声探伤系统的研制上。九十年代以来浙江大学还开发出了无损检测工艺

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制定专家系统（CAPPNDT），冶金部压力容器检测站研制了无损检测专用软件NDTS。但新技术的研究和开发中计算机技术的应用是我国无损检测的薄弱环节，目前我国超声波检测模拟和仿真方面的研究进行的很少。在加入WTO后的今天，我国超声检测要实现跨越式发展，就必须加紧自主研究和开发，加快超声波检测模拟和仿真研究。

随着超声检测技术的不断发展，超声检测过程的模拟成为研究热点。超声波声场关系到缺陷的定位定量以及检测精度和灵敏度，了解声场结构及分布特征对于提高检测可靠性、准确性以及提高检测效率至关重要，所以超声波焊缝检测DAC曲线技术具有重要地位。

科学计算可视化（简称可视化），是计算机图形学的一个新领域，指的是运用计算机图形学和图像处理技术，将科学计算过程中产生的数据及计算结果转换成图形或图像，并在屏幕上显示出来等一系列交互处理的理论、方法和技术。由于电脑超声波探伤仪具有记忆功能于，此同时借助于微处理器的计算和处理技术使得制作DAC曲线更加简单方便快捷。

1.4 本文主要研究内容

在超声波声场中声压随距离的增大而减小，因而当被探对象的距离变化时，须作距离(Distance)一波一隔(Amplitude)校正(Correction)，以获得相同的当量灵敏度。所以在许多锻件和焊缝探伤标准中都使用DAC曲线。

本文的主要研究内容有：

1. 学习各种DAC曲线的制作方法，并分析。 2. 描述DAC曲线的在实际过程中的具体应

用。

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第2章 超声波检测DAC曲线的制作

在焊缝超声波探伤中，对于性质和大小相同的缺陷，由于深度（声程)的不同，缺陷反射的回波高度也不同。

对于传统的灵敏度调节方法是根据探头K值和工件厚度计算一次波、二次波水平位置（因为钢管壁厚小，通常采用水平调节法调整扫描比例，工件厚度较小时还需计算三次波水平位置），在它们对应的水平位置附近找N5刻槽或直径1.6mm竖通孔的最高波，分别记下一次波、二次波达到基准波高（满屏的80%）时的幅值。为了避免漏检，超声检测人员通常用较高的灵敏度（二次波或三次波的灵敏度）作为扫查灵敏度。当在扫查过程中发缺陷时，根据缺陷波距一次波、二次波（三次波）的水平位置远近选用水平差值最小的波次的灵敏度对缺陷进行定量。这种传统灵敏度调节方法在对缺陷定量的过程中存在两个不足，一、因为怕漏检，超声检测人员通常用较高的二次波灵敏度（工件厚度较小时用三次波灵敏度）作为扫查灵敏度，这样不仅示波屏上杂波增多，而且增大了近场区尤其是紧邻始波后面一段区域缺陷漏检的几率。因为在高灵敏度下始波占宽变大，再加上近场区声压极大值、极小值的影响，使一些缺陷回波湮没在始波中，导致不能识别造成漏检。二、传统灵敏度调节和缺陷定量方法操作步骤繁多，每发现一处可疑回波就得把仪器增益调至相近位置的灵敏度进行比较，无形中增大了超声检测人员的工作量[4]。

因此采用曲线DAC缺陷定量，该方法克服了传统灵敏度调节方法的不足，使不同声程处的缺陷回波都有自己的灵敏度评定依据，而且简化了超声检测人员的操作过程，不用每发现一处可疑回波就调一次仪器，大大减小超声检测人员的工作量。

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2.1 DAC曲线分类

DAC曲线中的纵坐标(幅度)可以用线性值或对数值dB表示。本文将纵坐标为dB的实测DAC曲线特称为dB-S曲线。而把纵坐标为波高线性值的DAC曲线特称为DAC面板。由于：dB-S曲线纵坐标是dB值，与波高不成线性关系，在实际探伤时使用回波为墓准波高时的dB值更方便，从而在实际操作上与DAC面板法(曲线可直接画在萤光屏面板上)有明显区别。

2.1.1 dB-S曲线（实测DAC曲线）

dB-S曲线的制作可以有计算法和实测法两种。而实际测定可以分为现场测定和按种类测定。现场测定指每次探伤前用所使用的仪器和探头等作现场测定，按种类测定是指一种规格的探头和仪器组合，一般只作一次测定。探伤人员在每次探伤时，只要探头和仪器规格不变，可使用原先测定的dB-S曲线。其关键差别是按类测定承认同类仪器和同规格探头可有互换性。忽略其差异及随时I时间的变化。对这点许多标准(如JDll52-81，GB11345-89等)并未作明确规定。

2.1.2 DAC面板

DAC面板的制作也可有计算法和实测法两种。德国Krautkramer在70年代和80年代初供应的超声探伤仪可以提供不同探头的DAC面板，我国汕头超声仪器厂也曾提供过部分DAC面板，它们都由计算所得。由于计算的DAC面板得到多数标准的采用，同的随数字化超声探伤仪的出现，仪器的距离-波幅补偿功能已非常完善，不同声程的同当量回波幅度可以完全相同，因此现在仪器厂提供DAC面板已经没有必要。至于现场测定法则直接将测得的DAC曲线画在仪器显示面板上(以下简称DAC面板法)[5，6]。 从而可得以下分类结果：

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理论的AVG曲线 计算法 部分修正的计算的DAC曲线 其他计算法（TOCT14782-86使用另外的计算公式 计算的DAC面板 实际测定的dB-S曲线（A）—现场测定 实测法 实际测定的dB-S曲线（B）—按种类测定 DAC面板 2.2 各种绘制方法在标准中的使用

DAC曲线的绘制也有多种方法，本文将主要介绍使用在电脑探伤仪上三种DAC曲线的绘制方法。

2.2.1 直接连线法

直接连线是最简单的绘制DAC 曲线方法。它将采样后记录在电脑的采样点，按照距离远近和幅度大小次序用直线连接起来。虽然在国标、部标和行业标准中，DAC曲线都是光滑的曲线，但是，由于人工徒手绘制时，很难绘制出一条光滑的DAC 曲线，因此使用直接连线的DAC曲线绘制方法更容易掌握和实行。图2-1 是使用直接连线法绘制的DAC曲线，从图上可以明显地发现直接连线法造成的折线痕迹和标准的DAC 曲线相距甚远，误差较大。虽然如此，由于这种方法的简便易行，因此，在许多手工情况下，这种方法依然得到广泛应用[7]。

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0.0 19.4 38.8 58.377.6 图2-1直接连线法绘制DAC 曲线

2.2.2 最小二乘法曲线拟合

曲线拟合有许多种方法，，通过最小二乘准则，可以将测量的离散点用一条光滑的曲线来代替。这条光滑曲线并非经过所有测量点，而是使得该曲线能够尽可能地靠近所有的测量点。在超声检测中，声波幅度和传播距离存在一定的函数关系。在理想状态下，声波幅度在传播过程中呈指数衰减，但是，由于实际材料内部结构的影响。这种规律遭到破坏，我们假定其幅度已双曲线规律衰减，选择方程为：Y=k/X-b 其中Y代表超声波振幅；X代表距离；k和b表示待确定系数。

设有n组测量值，分别为： X1、X2、…Xn Y1、Y2、…Yn

设定n组第i个测量点的测量误差为Vi，则有

Vi=k/Xi-b-Yi

全部n个测量点的误差平方和为

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Vi2i1n

由最小二乘法原理可知，通过选择最佳参数k和b。可能使得ψ值最小。此时两个参数值满足

0 k0 b解出方程求出k和b，后根据原始方程Y=k/X-b求出曲线各点的数据。图2-2表示曲线拟合法所得到的DAC曲线结果。从图2-2不难发现，虽然拟合后的DAC曲线比较光滑，但是你和后的DAC曲线不能兼顾到五个采样点，他们和DAC曲线间存在较大的误差。 0.0 19.4 38.8 58.377.6 图2-2 双曲线拟合法绘制DAC曲线

出现这种情况的原因是由于曲线拟合方法的限制。虽然最小二乘法能够实现各采样点距离曲线的误差平方和最小，但是如果曲线本身选择的不够精确，其结果就会带来很大的误差。从最终曲线拟合效果看。这种方法有一定的缺陷。尽管如此，当采样点的最高波寻找出现误差时，最小二乘法可以帮助修正由

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此而造成的DAC曲线偏差，这是该方法的优点。

2.2.3 拉格朗日插值法

为了更好地拟合DAC曲线，是曲线既能兼顾各个采样点，又能够光滑，采用拉格朗日插值法。

拉格朗日插值法根据已有若干测量点，采用外插或内插求的任意的波幅值，它的基本特点是精度高，通过所有的采样点，拟合曲线光滑，曲线走势考虑整体采样点的分布。

设有（n+1）个测量数据

X1、X2、…Xn、Xn+1 Y1、Y2、…Yn、Yn+1

则通过这些点的多项式可以表达为：

xL0xY0L1xYLnxYn

=LixYi

其中Li（x）为n次多项式 所以DAC曲线方程为：

Y=L0（x）Y0+L1（x）Y1+L2（x）Y2 欧阳道创编 2021.03.06

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图2-3拉格朗日插值法拟合曲线

在电脑超声波探伤仪上一般采用三点拉格朗日插值法。三点拉格朗日插值法考虑了插值区域前后采样点，曲线比较光滑，同时，在拟合曲线时，计算比较简便。图2-3表示使用拉格朗日插值法曲线拟合结果。

从图2-3可以知道，使用拉格朗日插值法的曲线拟合结果比较好，和实际情况比较吻合。图2-4表示根据:JB4730-94超声波检测标准绘制的测长线、定量线和判废线。其中测长线DAC-9dB 定量线为DAC-3dB 判废线为DAC-5dB

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图2-4拉格朗日播值法绘制的定量线、测长线和判废线

2.2.4 结论

在电脑超声波探伤仪上. 由于使用了微处理器，它可以进行相当复杂的运算，因此可以选择比较好的方法来克服人工绘制造成的误差。比较上面三种绘制DAC曲线方法后，可以发现，拉格朗日插值法是比较好的绘制方法，使用这种方法绘制的DAC曲线不仅光

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滑，而且经过各个采样点，是比较理想的曲线拟合方法[8]。

2.3 衰减型和增益型探伤DAC曲线绘制

2.3.1 衰减型DAC曲线的绘制

2.3.1.1 在坐标纸上绘制DAC曲线

采用衰减型超声波探伤仪(如CTS-22型)在坐标纸上绘制DAC曲线。当检测厚度T=15 mm的对接焊缝时，DAC曲线绘制方法如下：

1．先测定探头的入射点(前沿长度)和K值，根据检测板厚选择按照水平方式调节扫描速度。

2．将探头置于CSK-IIIA试块上，调节增益旋钮，使深度为10 mm的<1 mmφ6 mm孔的最高回波显示为满屏的80%以此作为基准波高，记录衰减器读数。保持增益不变，调节衰减器，记录不同深度的<1 mmφ6 mm孔在最高回波为80%满刻度时的衰减器读数。 3．JB/T 4730.3—2005标准要求对表面耦合损失和材质衰减进行补偿。此处不考虑材质衰减，仅补偿表面耦合损失4 dB。

4．以孔深为横坐标，幅值为纵坐标，按照表2-1规定的灵敏度在坐标纸上绘出评定线、定量线和判废线，标出I区、II区和III区，注明所用探头的编号、频率、晶片尺寸和K值(图2-1)。

60 40 2.5P10*10K2 t=30mm Ⅲ区 Ⅱ区 Ⅰ区 幅值 /mm

判废线 定量线 评定线 判废线 定量线 评定线 欧阳道创编 2021.03.06

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20 0 10 20 30 40 50 距离/mm

图2-1 衰减型探伤仪DAC曲线

2.3.1.2 在显示器面板上绘制DAC曲线

实际工作中，在使用模拟式衰减型超声波探伤仪时，因为将DAC曲线直接绘制在仪器显示器面板上的方法简单、直观、使用方便、定量准确且不受外界环境的影响，因而应用较多。

1．工件厚度在8~15 mm时，将探头置于CSK-IIIA试块上，使主声束对准10 mm深的<1 mmφ6 mm短横孔，波幅达到最高时，调节衰减器和增益旋钮，使回波幅度最高点达满屏的100%，用彩色笔在面板上标记最高点，记录此时dB值。保持灵敏度和dB值不变，分别测试不同深度的<1 mmφ6 mm短横孔，在屏幕上用色笔记录最高幅值。最后将各点连接成一条曲线。以此为基础，调节衰减器，根据需要制作评定线(表面耦合补偿4 dB)、定量线和判废线，并进行分区[9]

(图2-2)。

AdB-4dB-12dB

100 幅值 /mm Ⅰ区 欧阳道创编 2021.03.06

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0 20 40 60 80 100 距离/mm

距离/mm （a）评定线

A dB-4dB-6dB

100 幅值 /mm

Ⅰ区 Ⅱ区 0 20 40 60 80 100 距离/mm

距离/mm (b)定量线

A dB-4dB+2dB

100 幅值 /mm 欧阳道创编 2021.03.06 欧阳道创编 2021.03.06

Ⅱ区 Ⅲ区 0 20 40 60 80 100 距离/mm

(c)判废线

图2-2 面板DAC曲线

2．当工件厚度>15 mm时，绘制出的一条曲线不一定能全部覆盖半波程和全波程，且JB/T4730.3—2005标准第5.1条规定：如果DAC曲线绘制在荧光屏上，则在检测范围内不低于荧光屏满刻度的20%。因而需要采用分段绘制的方法，在面板上绘制两段或多段曲线(图2-3)。

A dB-4dB-6dB

100 幅值 /mm

0 20 40 60 80 100 距离/mm

图2-3 T>40~120 mm时多段面板曲线

3．在荧光屏上直接绘制DAC曲线时，应注意达到基准波高后，每次均应使衰减器调节到原基准灵敏度。

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2.3.2 增益型数字超声探伤仪DAC曲线的绘制

增益型数字式超声波探伤仪已经越来越多地应用于无损检测工作中。由于不同制造厂家设计的操作界面和软件不同，所以DAC曲线的绘制方法也不尽相同。使用国产数字式超声波探伤仪在坐标纸上绘制DAC曲线时，需要遵循以下步骤： 2.3.2.1

使用自动增益或增益按钮，使不同深度孔的最高反射波幅均达到某一基准波高(如满屏的80%)，分别记录示波屏上显示的幅值。 2.3.2.2

考虑表面补偿4 dB，计算出评定线、定量线和判废线值，由此绘制出如图2-4所示DAC曲线。

80 60 40

判废线 Ⅰ区 Ⅲ区 Ⅱ区 评定线 幅值

/mm

定量线 0 10 20 30 40 50 距离/mm

图2-4 增益型探伤仪DAC曲线

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20 40 幅值

60 /mm

80

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2.3.2.3

将坐标纸反转，形成图2-5曲线。

距离/mm

判废线 Ⅲ 区 定量线 Ⅱ 区 Ⅰ 区 评定线 2.5P10*10K2 T=30mm

图2-5 反转曲线

比较图2-1，2-4和2-5可见，经过以上转换，增

益型数字式超声波探伤仪显示的DAC曲线与衰减型数字式超声探伤仪绘制出的DAC曲线走向相同[10，11]。

2.4 绘制DAC曲线注意事项

1．绘制DAC曲线时的探头应与实际探伤时用的探头一致，且探头移动的压力和使用的耦合剂，应与实际检测时相同。

2．采用直接绘制还是分段绘制方法，应根据被检焊缝厚度而定。当采用单面双侧检测时需满足全波程检测覆盖要求，当采用双面双侧检测时需满足半波程

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检测覆盖要求。

3．应根据检验标准对仪器和探头进行复核，每次检测前对DAC曲线的校核不应少于3点，当误差超过要求时，必须进行灵敏度修正或重新绘制。

4．DAC曲线绘制在荧光屏上时，在检测范围内的曲线幅度不得低于荧光屏满刻度的20%。

5．衰减型超声探伤仪的DAC曲线的表面补偿为负值，增益型为正值；且两种探伤仪的灵敏度数值相反，因此在坐标纸上显示的区域也存在很大的区别。

6．因增益型与衰减型DAC曲线区域的不同，所以在工作中读出的缺陷波幅值应与DAC曲线的区域相对应。

2.5 本章小结

本章通过与传统缺陷定量方法对比引入DAC曲线方法。DAC曲线在超声波领域的曲线当量灵敏度很是实用。由于电脑超声波探伤仪具有记忆功能，同时，借助于微处理器的计算和处理，DAC曲线的绘制也有多种方法。例如：直线连接法、最小二乘曲线拟合法、拉格朗日插值法。由于超声波数字探伤仪主要分为增益型和衰减型，因此又对增益型和衰减型的DAC曲线制作方法进行分别的介绍。

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第3章 DAC曲线在大直径钛合金棒

材超声检测中的应用

超声波检测技术由于其自身的检测手段和方法的优势，在焊缝探伤中得到了成功的应用。焊缝探伤DAC曲线在中厚板和薄板广泛使用。例如：DAC曲线在大直径钛合金棒材超声检测中的应用。

TC4大直径钛合金棒材超声波探伤时若以全声程探测方法调节灵敏度，杂波水平一般较高，有时杂波水平信号幅度大于标准所规定的平底孔当量回波幅度，此时当量平底孔反射信号被湮没在杂波中，无法实施探伤。为了解决TC4大直径棒材检测时杂波水平过高的问题，我们通过探头对比试验，合理选择了探伤工艺参数，确定了最佳检测工艺，针对水浸聚焦探头制作了DAC曲线，减少了杂波对探伤结果的影响，提高了检测信噪比[12]。

3.1 简介

大规格棒材由于曲率影响，在直接接触法探伤时探头与工件呈线性接触，使探伤灵敏度比平面工件下降很多，同时接触法探伤受人为因素影响较大，无法保证产品质量。近年来为了满足客户需求，建立了φ100mm以上大直径棒材水浸自动探伤系统，为保证产品质量起到了一定作用。但在检测工艺技术上，仍采用了国内较为流行的方法，即用一个探头进行全区域扫查，该方法易造成棒材不同检测区域的灵敏度有较大差异。实际检测时，为了提高大声程处的检测灵敏度不得不采用提高增益的方法，此方法造成信噪比下降，直接影响了探伤效果。近年来随着棒材规格尺寸的不断加大，解决大规格棒材探伤信噪比带来的不利因素，寻求合理的检测工艺，就成为我们急需解决的

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问题。

3.2 探伤原理

由于棒材加工经过锻造变形，产生的缺陷一般具有一定的方向性。通常冶金缺陷的分布和方向与锻造流线方向有关，棒材的变形流线是沿着轴线方向的，产生缺陷方向与轴线平行。因此为了得到最好的检测效果，棒材检测时一般要求超声声束从圆周面垂直入射，扫查需沿着圆周面进行。我们采用水浸法实现自动检测，棒材原地旋转，探头沿轴向直线移动。检测扫查图见图3-1

图3-l棒材扫查示意图

国外一般采用分区检测解决该问题。而现有系统为两通道，故要进行分区扫查检测还需选购更先进的探伤仪器，探伤通道增加为四通道。该解决方法成本很高，所以试验阶段我们采用了制作DAC曲线的方法。在使用一定的频率和晶片直径及规定的探伤灵敏度情况下，测得某个反射体在不同距离时产生回波的高度变化所构成的曲线，称为距离-波幅曲线，亦称DAC曲线。DAC曲线的制作需把适当的标准试块或对比试块中的人工缺陷或底面回波高度调整至预定值。通常可用一定规格的探头探测一组试块，将不同声程时规定的平底孔。回波高度画成距离一幅度曲线或进行时间一增益补偿修正，供现场探伤时使用。根据缺陷回波高度与用试块法取得的DAC曲线上相应高度之比的dB值，按波高与缺陷大小对应的关系可得出缺陷当量大小。但需进行试块与工件表面粗糙度及材

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质不同而引起的衰减修正。试验中采用了水浸聚焦纵波法[13]。

3.3 探伤工艺的选择

3.3.1 探伤仪

方法试验时，水浸自动探伤我们采用了进口德国KK公司的USD15型及美国SONIN138型探伤仪。

3.3.2 探头

方法试验中采用了频率为5MHz、2.5MHz；晶片尺寸为φ10mm、φ14mm、φ20mm的直探头和带有不同曲率的线聚焦探头做了大量对比试验。

3.3.3 对比试块

对比试块采用同规格同材质的棒材加工制作而成。前期试验中无对比试块的棒料检测一直采用大平底计算法。试验后期，根据被检棒材的尺寸，结合相关检测方法，设计制作了几种大规格对比试块。试块中平底孔埋深分别为l/4D、1/2D、3/4D(D为棒材直径)，不同深度处制作三个平底孔，孔径分别为小φ1.2mm、φ2.0mm、φ3.2mm。对比试块的外型尺寸见图3-2。平底孔的埋深及尺寸见表3-1。

水浸聚焦纵波法试块l/4D、1/2D、3/4D埋深处

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不同直径的试块

Ⅰ Ⅱ Ⅲ 3-φ3.2 3-φ2.0 3-φ1.2 15 相同孔深不同孔径的试块

图3-2对比试块外形示意图 表3-1对比试块标准孔的有关数值 试块直径（mm） 210 250 孔深（mm） 15 15 孔径（mm） 1.2 1.2 2.0 2.0 3.2 3.2 埋深（mm） 55 63 105 125 195 235

3.3.4 扫查

检测扫查中应注意保证声轴线通过圆心，扫查间距不能大于有效声束的一半或至少不大于探头直径，

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并应注意全周面360度扫查以保证发现各种取向的缺陷。实际应用时，可根据被检棒材直径大小，探头声束有效直径，选择合适的传动辊旋转速度与探头小车运行速度，以满足声束100%扫查要求。

3.4 试验过程

实验过程包括：前期试验、不同探头对比试验、DAC曲线试验。

3.4.1 前期试验

前期试验中的检测系统采用了美国STAVELEY公司生产的SONIC138P/VFD型超声波探伤仪，探头主要以5Pφ14的直探头为主。针对大直径棒材检测时杂波水平过高的问题，分别采用全声程法和半声程法进行了有关对比试验。实验结果表明：采用半声程法杂波水平明显低于全声程法，信噪比好。故试验确定在满足信噪比要求的情况下，对于不大于φ150mm的棒材探伤采用全声程法，而对φ150mm以上的棒材探伤，为有效发现棒材中的缺陷，提高信噪比，则采用半声程法。此系统建立后，已完成批量供货。

3.4.2 不同探头对比试验

在用普通的水浸平直探头检测时，由于水中声速显著低于金属棒材中的声速，因此声束从水中通过凸曲面进入棒材时将严重发散，不但使声能分散，而且容易产生干扰。聚焦探头有利于声能高度集中，从而明显提高穿透性，指向性和分辨率以及信噪比。为了寻求更好、更稳定的实验结果，我们分析相关探头参数，选择聚焦探头及平直探头进行了不同型式探头的对比试验，其试验结果见表3-2。 试验条件：

仪器：Sonic138

探头：5pφ10(直探头)、5P20xJ(线聚焦)、5P14xJ(线聚焦)

被检材料： φ220mmTc4棒

灵敏度校准：大平底计算法针对φ2.0mm平底孔

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需增加32.3dB。

表3-2不同型式探头比对试验 底波φ2.0mmφ2.0mm（半声程） 80% （全声0~60mm 60~90mm 90~120mm 120~220m程） m 69.2 101.2 89.2 5P14XJ 增益（dB） 杂波水平 增益（dB） 杂波水平 增益（dB） 杂波水平 80%φ2.0+0 79.6 60%~70% 40%~50% 20% 10%~20% φ2.0—2~—6dB 67.6 5P20XJ 47.6 30%~60%φ2.0—3~—9dB 87.5 30%~60% 20%~40% 20% 10%~20% φ2.0—6~—9dB 76.5 5Pφ10 56.3 60%φ2.0—3dB 40%~70% 30%~50% 30%~50% 20%~30% φ2.0—3~9dB 注:增益量均为孔反射波高达80%时的灵敏度。 通过试验可以得出：使用5P20XJ探头检测结果较好，杂波水平为半声程中φ2.0-6dB~9dB。SP20XJ探头比5P14xJ探头灵敏度高出20dB，探伤显示信噪比明显变好。采用高灵敏度仪器、高灵敏度探头(带一定聚焦)可使检测信噪比提高3dB。在合适水距下，聚焦探头的不同曲率造成焦点在棒材中的位置不同，导致声场分布不同，探伤结果有所差异，故又做了不同焦距的聚焦探头比对试验，试验结果见表3。 试验条件：

仪器：USD15

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探头：2.5Pφ20 R50、2.5Pφ20R100、2.5Pφ30R150、2.5Pφ30R200、5P20XJ

被检材料：φ180试块(编号TA15(BT20)-180-01)其中平底孔埋深为165mm、90mm、45mm孔径为φ3.2mm、φ2.0mm、φ1.2mm

表3-3不同焦距的聚焦探头比对试验 埋深165mm 埋深90mm φ3.2 70 φ2.0 / φ1.2 / φ3.2 φ2.0 63 埋深45mm φ1.2 62 70% 51.5 40% 57 40% 58 40% 72 30% 2.5P 20R50 2.5P 20R100 2.5P 20R150 2.5P 20R200 2.5P XJ 增益（dB） 40% / / 20% 40% 杂波水平 58 63 67 47 54 增益（dB） 20% 40% 50% 10% 25% 杂波水平 65 69 71.5 53 58 增益（dB） 20% 40% 60% 15% 40% 杂波水平 64 67.5 / 51 55.5 增益（dB） 30% 40% / 10% 20% 杂波水平 / / / 72 76 增益（dB） / / / 20% 35% 杂波水平 注:增益量均为孔反射波高达80%时的灵敏度。 φ1.2 φ3.2 φ2.0 66.5 50.5 56 50% 61.5 60% 66.5 60% 64.5 40% 78 40% 10% 33.5 5% 41 5% 42.5 5% 61 5% 35% 42 20% 45.5 20% 48 10% 66 15% 通过试验得出:使用聚焦探头时，不同的焦距探测结果不同，针对φ180mm棒材焦距选择在100mm~150mm范围内，检测效果较好。选择合适的焦距和水距，聚焦探头发射的聚焦声束经水耦合进入棒材，水中焦点落在棒材圆心或圆心以下位置，使进入棒材的声束有一定的发散以保证必需的覆盖区域，可使最佳声束处于整个探伤区域，通过探头相对于棒材的旋转和移动，达到对棒材100%探伤的目的。故选择合适的焦距范围可提高检测灵敏度。

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3.4.3 DAC曲线试验

探伤时如工件中自然缺陷回波与试块上的人工平底孔缺陷回波比较，同声程处的自然缺陷回波与平底孔回波高度相等时，则该平底孔的大小就是该缺陷的当量大小。使用大平底计算法或试块比较法检测，对不同深度处的缺陷进行评定时，如没有同声程处的平底孔进行当量，需根据探头的声场分布情况利用公式进行计算，由于近场区内声束中的声压变化不规则，采用公式计算，对评定结果会产生较大误差。为了消除该误差，通常使用DAC曲线进行缺陷当量大小评定，它描述同一反射体在不同声程时，其反射回波幅值的关系。它的优点是：对同一反射体在不同深度处进行了补偿，有利于不同深度缺陷的正确评定；消除了近场区的影响。为此，特利用下述条件进行了DAC曲线制作对比试验：DAC曲线：针对φ130mmTil023棒材、φ50mmTC4棒材在水浸自动检测法时的对比试验，结果见表3-4。 试验条件：

仪器：美国SONIC138探伤仪; 探头：5Pφ10直探头

试块：TC4-φ150-042 TC4φ125-041

表3-4DAC曲线制作比对实验 5Pφ10直探头 φ1.2mmφ1.2mm（全声（全声程）使DAC曲程） 线） 50.1+DAC φ150block 增益70.4 （dB） -12dB -12dB~-15dB 杂波水平 61.4+DACφ150mm TC4bar 增益80.8 （Compensate （dB） 11dB for back reflection） +5dB Local+2dB 杂波水平 Greater part-1dB 53.8+DAC φ125block 增益74 （dB） 欧阳道创编 2021.03.06

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杂波水平 增益（dB） -12dB 80 -12dB 60.8+DAC（compensate 7dB for back reflection） -3dB~-1dB φ130mmTi1023bar +0dB 杂波水平 注：增益量均为孔反射波高达80%时的灵敏度。调整工件灵敏度时，对试块与工件进行了表面补偿。

通过以上试验可以得出：对于大直径钛合金棒材超声波探伤，不同检测区域的灵敏度差别很大，若实际检测时，采用提高增益势必造成信噪比下降，影响探伤效果。使用DAC曲线法能够较好的解决这一难题[14]

。

3.4.4 实验结果

大直径棒材探伤时，由于声束扩散和材料衰减等原因，不同深度相同当量大小的缺陷，反射回来的缺陷波波幅不同。为了准确判定棒材中的缺陷大小，必须保证不同深度处相同当量大小缺陷的反射回波显示的一致性，制作相应的对比阶梯试块，采用高灵敏度高分辨力聚焦探头，保证准确的灵敏度及建立DAC曲线进行声程补偿，可有效解决材料探伤杂波较高的问题，保证大直径棒材的有效检测，以保证探伤结果的准确性、可靠性[15，16]。

3.5 本章小结

本章主要介绍了DAC曲线在实际工程中的应用，并且以TC4大直径钛合金棒材超声波探伤为例证明DAC曲线可以对保证准确的灵敏度及建立曲线进行声程补偿，可有效解决材料探伤杂波较高的问题，保证大直径棒材的有效检测，以保证探伤结果的准确性、可靠性。

结论

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通过本课题的研究，可以得到以下结论：

1．在超声波声场中声压随距离的增大而减小，因而当被探对象的距离变化时，须作距离(Distance)一波一隔(Amplitude)校正(Correction)，以获得相同的当量灵敏度。所以在许多锻件和焊缝探伤标准中应用DAC曲线。

2．与传统缺陷定量方法对比引入DAC曲线方法。DAC曲线在超声波领域的曲线当量灵敏度很是实用。由于电脑超声波探伤仪具有记忆功能，同时，借助于微处理器的计算和处理，DAC曲线的绘制也有多种方法。例如：直线连接法、最小二乘曲线拟合法、拉格朗日插值法。由于超声波数字探伤仪主要分为增益型和衰减型，因此又对增益型和衰减型的DAC曲线制作方法进行简述。

3.DAC曲线在实际工程中的应用很是广泛。其中本文以TC4大直径钛合金棒材超声波探伤为例证明DAC曲线可以保证准确的灵敏度及建立曲线进行声程补偿，可有效解决材料探伤杂波较高的问题，保证大直径棒材的有效检测，以保证探伤结果的准确性、可靠性。

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致谢

本论文是在导师郭立伟的悉心指导和帮助下完成，老师博学的知识、严谨的学术作风、宽以带人的处世态度和勤勉的敬业精神都给我留下了深刻的印象，并将成为我以后工作和学习的行动指南。在此，非常感谢郭立伟老师为我的设计过程中提供了良好的科研环境。

在学习和研究过程中，我还得到了硕士研究生武翠师姐的大力支持和帮助，在此表示诚挚的谢意。

最后，对在我课题及论文完成过程中提供帮助的所有老师和同学致以真诚的谢意。

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附录

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在自动检测中先进的神经模糊与图像处理技术和利用超声波的衍射

时间解释焊接缺陷

C’Shekhar N. Shitole， O. Zahran and W. Al-Nuaimy

电机工程系&电子， 利物浦大学，

Brownlow Hill，利物浦 L69 3GJ

英国

电话: +44 151 794 4580，传真: +44 151 794 4540

电子邮件: cshekhar@liverpool.ac.uk

摘要

超声波检测可以准确的检测出钢结构中缺陷的尺寸和位置，因此超声波检测技术在无损检测中获得重要的地位。因为它的可靠性、方便性和高效性，这种技术在自动检测和数据获取中被很广泛的应用。尽管超声波检测技术还存在三个关键的问题。当全自动TOFD解释系统检测焊缝缺陷时，在TOFD数据中不能获得明显的缺陷特征，因此不能获得确切的缺陷分类；不能对焊缝近表面进行检测的缺陷和缺少标准的数据解释指导。但是TOFD系统利用先进图片处理、信号处理和人工智能技术做到一个全面的自动检测，可以确定焊缝缺陷的尺寸、缺陷的位置以及缺陷的类型，这使得在钢结构焊缝检测中即省时又省力且精确无误。

1 引言

焊接是两个金属的连接在一起的操作。通常是通过融化母材和填充材料形成熔池，熔池冷却后可以形成的强度很高的的结合体又称焊缝。然而，不正确的焊接方法可能导致在焊缝和组织自身形成缺陷，因此在

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给定的钢组织中任何焊缝都可能存在潜在的缺陷。如图1所示，焊缝横截面内含缺陷

图1焊缝缺陷未熔合

超声波TOFD技术有两个探头，一个探头用于发射传播信号另一个用于接收信号，利用信号的衍射能量来确定焊缝缺陷。TOFD技术利用已存在的数据检索工具自动读取数据并提供大量数据信息。然而，关键的数据操作和解释仍然要依靠离线人工操作，需要大量操作技巧、操作经验、筛选和专业人员的总结。只有这样的数据结果才可以精确无误，特别是在处理海量数据的时候尤为重要。目前，面对工业因素的压力，全面、准确和循环应用的自动化的TOFD数据分析系统是一种趋势。它具有先进的凸显处理技术和人工智能技术，可以判断分析一些数据性能上的细微的变化，节约了一切计算在内的时间、能量和成本。 通过对TOFD技术试验[3][4][5][7][12][14][19][20]的总结，得出：TOFD技术是一种方便，快速，可靠，准确，经济的检测和扫描缺陷的方法。除次之外，还可以进行半自动或全自动[3][5][15][19]对金属结构进行检测。其它的无损检测方法例如:超声波脉冲回波的方法使用振幅记录缺陷特征。在TOFD技术中使用的衍射回波飞行时间确认的焊接缺陷的存在和位置。

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D-扫描图像提供了所检测到缺陷的不同的纹理图案。自动纹理调查统计，光谱分割和多分辨率技术改善对焊缝缺陷检测和分类。

本文介绍了用于焊接缺陷TOFD数据自动检测和分类的一些先进的方法。模式转换波技术也对研究检测近表面缺陷有所提升。规定[2]：焊接缺陷类型包括平面缺陷，体积缺陷，线状缺陷和点缺陷等不同的缺陷。先进的信号和图像处理技术被再次分割，焊缝缺陷的分类和缺陷特征类型的判断。在分类阶段，三个不同的分类技术：基于人工神经网络分类器；模糊基于逻辑的分类；混合神经模糊分类器。人工神经网络分类可以借鉴的数据，但输出本身不适合直接的解释。另一方面的模糊分类由可解释的语言规则，但它们不能分析。一个神经模糊分类是基于3 - 层前馈神经网络。第一层是为输入变量，中间层（隐藏）为模糊规则和第三层为输出变量。因此，使用的混合分类器是一种先进的具有人工智能的方法兼有神经网络和模糊逻辑的优点。 神经模糊分类器在合理的计算时间内具有较高的水平的准确性、一致性和可靠性，在全自动焊缝检测领域上是一种很有前途的新发展方向。图2显示出了在实现全自动过程的TOFD系统。

图2：TOFD数据处理与解释

2超声波TOFD无损检测焊接缺陷

TOFD第一次描述了丝绸silk[12]在检测缺陷的尺寸

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和位置。简单的TOFD系统是由两个探头的构成的：一个单独的超声波发射器和超声波接收器，如图3所：

图3：（a）两个探头发射器，记录接收器超声波飞行时间衍

射技术。

（b）A-扫描显示衍射回声。

当纵波发射后，所述的第一信号到达接收机通过上表面的横向波。在没有缺陷的情况下第二信号到达接收机碰壁产生回波，衍射信号在信号到达缺陷的尖端产生。随着每次路径的飞行时间和超声波速度，两个探头的空间位置关系已知，这样缺陷的位置和尺寸可以非常精确地计算出来。它有独立的缺陷取向器并且

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操作简单，因此TOFD技术被广泛的应用，。但是回波振幅不是通过这个技术对定量缺陷尺寸的测定[2] [12]：其数据信息是用A-扫描，B-扫描或D-扫描从探测器获得的。B扫描的应用是在传感器向缺陷移动与缺陷方向垂直时。D扫描应用是在传感器的移动方向和成像长度方向一致时。B扫描可以提供准确的尺寸而D扫描可以在检测焊缝缺陷时提供更高的分辨率。这种模式转换技术[22]是针对表面缺陷应用。

3 不同类型的焊接缺陷及其特性

有许多标准[2][14][15]接受TOFD技术用于检测焊缝缺陷。这些标准的分歧主要是在缺陷的大小，缺陷的位置，却体现在相位关系和参考信号（横向波或回波信号），对于判断缺陷的特征波的振幅可以提供重要的线索。不同类型的焊缝缺陷：有平面的缺陷，体积缺陷，如缺陷的线程和它可以进一步分为孔隙度子类别。

由于若干原因的存在，在TOFD中有几种具体的缺陷如未熔合、未焊透、夹渣等。TOFD 扫描图像归纳为几个原因[14]。图4显示了不同的复杂性和由于缺少熔透的焊接缺陷。涉及的复杂性验收标准[13]研究。这个验收标准和标准在达成协议之前必须有一个具体的方法可以应用。一些标准[2][14]可以允许更多的离散信息使得缺陷描述更精确。在一些欧洲标准要求验收标准中，这样检测的缺陷归类为：嵌入式缺陷和表面缺陷。然而，一个严格的标准和验收标准必须正规和导致的缺陷准确原因，这样就演变为曲线，在未来的焊接领域中可以避免焊接缺陷。

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图4:(一)未焊透。(b)缺乏未焊透

4 TOFD数据处理

在对焊缝缺陷检测、分级和分类的之前TOFD数据处理需要原始数据收集。这涉及到噪声抑制、漂移校正、扫描定位、背景去除和估算横向与后壁回波位置。如图5所示

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图5:在超声TOFD初步处理数据。

4.1噪声抑制

用于放大衍射增益，从极端的缺陷获得的能量同样也放大噪声的影响。然而，噪声一般具有零均值和信噪可以提高平均相邻的扫描。

4.2漂移校正

数据采集设备一般倾向于引入的漂移校正，这往往在处理偏斜直方图过程中将产生歧义进而删除。

4.3扫描定位

在收集的数据时，可能往往得到一个不对称数据扫描，这可能是由于若干原因造成的，如：耦合剂或表面的不规则性，探头分离或探头发射存在误障。使用横向和后壁信号作为参考扫描对齐是为了准确地描述实现焊接缺陷。图6显示了扫描定位给予背景去除在很多场合缺陷特征短缺是由于噪声或横向和背壁区域。删除这些地区改善缺陷描述。

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图6：（a）在扫描定位。 （b）在扫描对齐。

5自动纹理分割、缺陷检测和分类

由于心理物理学的研究[11]研究视觉让人类有了单独的图像纹理的线索功能，

如果一组局部统计或其他地方图片的功能特性是恒定的或近似周期性[ 17 ]那么它的图像区域中就会有一个恒定的纹理。纹理分割是采用了统计、光谱和多分辨率技术。在光谱的方法中，纹理图像转化到频率域由傅里叶变换。因此，纹理特征通过分析功率谱推断。扎赫兰[14]使用局部方差的检测缺陷。然而，提高检测和分类的缺陷数结构方法

[1][6][10][11][16][17][18]调查并实现更大的成功。扎赫兰[14]的范围方法用于推断结构措施自相关，第一个订单统计、二阶统计数据(空间灰度级矩阵)、边缘频率、原始长度、法律节能措施和段基于纹理特征。Haralick[18]的基于矩阵特性广泛应用于计算结构措施。一个新颖的方法，分段纹理测度算法提供了有效的方法判定缺陷。该方法考虑的形状和一个检测缺陷在计算均匀性特征。但是这种方法不能分辨体积缺陷，如：夹渣和未焊透，因此并不是一个理想的检测方法。该算法是计算速度快和第一顺序统计为

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同现矩阵提供更多的结构信息作。规则[10]提供了有效的计算方法结构措施，计算速度比基于共生矩阵纹理措施快速。使用一个数字图像的卷积核，然后应用非线性窗口操作。二维卷积核通常用于纹理歧视是从下面的一组生成长度为五的一维卷积核 L5 = [ 1 4 6 4 1 ] E5 = [ -1 -2 0 2 1 ] S5 = [ -1 0 2 0 -1 ] W5 =[ -1 2 0 -2 1 ] R5 =[ 1 -4 6 -4 1 ]

级别(L5)，边缘(E5)、位置(S5)，波(5)和波纹(R5)内核是零和除了级别(L5)。请注意，除了L5是零和所有的内核。在总的25种不同的二维卷积核利用一维卷积估计通过卷积的垂直一维核与核水平分割和一维的内核。分类是通过比较每个实现在这些方法所产生的混合特征。这个纹理特征相结合的信号特征提供了非常精确的和可靠的自动检测资料解释系统。

图7：在TOFD数据的自动分割。

6神经网络和模糊逻辑分类

在本研究中，三个不同的人工智能方法被用于焊缝缺陷的分类。

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图8:焊缝缺陷分类

由神经网络的能力，可以从复杂的和不准确的数据信息中检测和提取模式，复杂化了简单的系统。教授提出的模糊逻辑，扎德[8] [9]是一种本质问题的描述，语言方面可以用数值求解。

模糊逻辑分类器是最简单的设计，运算速度是非常快并且可以用于95％缺陷分类。然而，随着会员功能与规则和逻辑运算符强大的分类，优化会员大量功能被证明是其唯一的缺点。一种模糊神经网络分类器是一种混合型的分类器具有神经网络和模糊逻辑的共同功能。这个分类器使用三种层中间层的模糊的反馈网络规则。混合分类的计算快速和取得分类优于其他两个分类器。这是分类器的学习数据和解释性运用模糊逻辑规则。图8显示了一个多层的神经模糊模型和图9一个分类器是一个典型的输出给缺陷的特点。精度

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和训练模糊神经分类器的可靠和可重复性。

图8:多层模糊网络模型

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图9:自动检测、分级和焊接缺陷的分类。

7结论

TOFD技术提供了一个完全自动化检测检验体系，解释焊接缺陷的分类。模式转换技术可用于表面缺陷的存在，但仍然是掩盖在侧壁或后壁信号。使用统计，光谱和多分辨率技术给出了改进的结果具有广泛的其他无损检测数据，如地面穿透上浮雷达数据。在合理的计算时间内所开发的神经模糊分类器显示出非凡的可靠性，并且取得的成果具有高水平的精度，一致性和可靠性。模糊神经分类器提供了更好的性能和结合神经网络和模糊逻辑的好处。因此，不同的先进纹理分割和分类方法被用来设置标准的指导方针和描述焊接缺陷。

8致谢

作者想表达自己的感激之情和感谢卡尔·夸克的检

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验系统有限公司和蒂姆·阿米特国际无损检测提供了TOFD数据指导TOFD数据的解释。

时间：2021.03.06 创作：欧阳道 欧阳道创编 2021.03.06