热喷涂涂层厚度的超声无损检测方法研究

论文摘要

表面热喷涂涂层厚度的超声测量是涂层质量评价研究的热点之一,也是超声无损测量技术中的难点之一。因此对热喷涂涂层厚度超声无损检测方法的研究是很有意义的。本研究针对涂层超声回波信号在时域内不能识别涂层与基体界面处多次反射回波对应的被探头接收的时间,采用小波变换模极大值法的数字信号处理技术对超声时域信号进行变换和分析,试图从中挖掘出蕴含的有效表征涂层厚度的特征参量信息,并利用特征参量来计算涂层的厚度值,进而评价超声无损检测涂层厚度方法的适用性及其精确度。本课题的研究对象是热喷涂试样的表面喷涂涂层。本文首先建立了超声波在涂层试样中传播的回波模型,在此基础上分析得到了要提取的表征涂层厚度的特征参量——涂层与基体界面多次反射回波被探头接收的时刻。由于超声波在涂层与基体界面处反射的回波带有奇异性,基于小波变换良好的时频局部分析特性和小波变换模极大值法检测信号奇异点的优势,选用小波变换模极大值法对涂层超声时域信号进行数字信号处理,进而在模极大值图中挖掘有关涂层厚度的有用特征信息,计算涂层厚度。对环氧树脂层厚度的超声检测试验表明,采用小波变换模极大值法能有效检测涂层信号中的奇异点——涂层与基体界面多次反射回波到达探头的时间,且超声计算厚度值与测厚仪的实测结果一致,验证了小波变换模极大值法用于涂层厚度的超声无损检测亦是适用的。在对热喷涂涂层厚度的超声无损检测研究中,选取铝涂层、不锈钢非晶涂层、羟基磷灰石涂层的多个试样进行多采样点的涂层厚度超声检测,采用超声直接接触法提取涂层超声A信号,利用Mexh小波进行连续小波变换并求其模极大值的方法进行涂层信号处理提取特征参量。试验表明,铝涂层、不锈钢非晶涂层、羟基磷灰石涂层各试样的涂层厚度计算值与金相测量值基本相符,相对误差均在16%以内。针对涂层厚度超声无损检测的误差结果,选取四个主要影响因素进行超声测厚精确度分析。试验研究表明,不同涂层厚度、不同采样频率、不同信号提取方式以及不同小波基的选取均对涂层厚度的超声测量精确度有较大影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 无损检测方法概述
• 1.2 涂层测厚的研究意义和存在的问题
• 1.2.1 涂层厚度检测的研究意义
• 1.2.2 涂层测厚中存在的问题
• 1.3 超声检测涂层厚度的技术优势与发展
• 1.3.1 超声无损测厚技术的优势
• 1.3.2 超声检测涂层厚度技术的研究发展
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 超声测厚原理及检测方法系统实现
• 2.1 超声检测涂层厚度的原理及检测方法
• 2.2 超声检测系统介绍
• 2.3 超声检测信号的数字化实现
• 2.4 涂层超声信号的数字处理方法介绍
• 2.5 本章小结
• 第3章 小波分析理论基础
• 3.1 小波分析方法理论基础
• 3.1.1 小波分析概述
• 3.1.2 小波分析在检测数字信号奇异性方面的优势
• 3.2 小波变换理论基础
• 3.2.1 小波变换的分类及过程理解
• 3.2.2 小波函数的种类及特性
• 3.2.3 多尺度分析
• 3.3 MATLAB 软件及小波变换工具箱介绍
• 3.4 本章小结
• 第4章 小波变换在涂层超声测厚中的实现
• 4.1 涂层超声信号中特征信息提取分析
• 4.1.1 从涂层超声回波模型找特征信息
• 4.1.2 涂层信号奇异性检测的方法介绍
• 4.2 小波变换模极大值法检测信号奇异点的原理
• 4.3 WTMM 法在涂层A 信号中的应用
• 4.3.1 小波基函数的选取
• 4.3.2 小波变换具体方法的选择
• 4.3.3 WTMM 法在涂层信号中的应用
• 4.4 本章小结
• 第5章 涂层厚度的超声检测及精确度评价
• 5.1 试验方法介绍
• 5.2 热喷涂涂层试样的制备与选取
• 5.3 涂层超声原始信号的提取
• 5.4 涂层厚度的超声无损检测
• 5.4.1 WTMM 法在涂层A 信号中的实现
• 5.4.2 涂层厚度计算
• 5.5 金相试验验证
• 5.6 涂层测厚结果分析及试验影响因素分析
• 5.6.1 不同厚度及不同涂层条件下试样的超声无损检测
• 5.6.2 不同采样频率下的涂层厚度超声无损检测
• 5.6.3 不同信号提取方式下的涂层厚度超声无损检测
• 5.6.4 不同小波基选取条件下的涂层厚度超声无损检测
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢