張 博,張寶俊,張 登,鄭 赟

(1.中國科學(xué)院金屬研究所，遼寧沈陽 110016；2. 中國特種飛行器研究所結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)與控制航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北荊門 448035；3. 德國弗勞恩霍夫協(xié)會無損檢測研究所，薩爾布呂肯，薩爾州 66123)

金屬材料點(diǎn)蝕缺陷的無損檢測方法綜述

張 博1,張寶俊1,張 登2,鄭 赟3

(1.中國科學(xué)院金屬研究所，遼寧沈陽 110016；2. 中國特種飛行器研究所結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)與控制航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北荊門 448035；3. 德國弗勞恩霍夫協(xié)會無損檢測研究所，薩爾布呂肯，薩爾州 66123)

點(diǎn)蝕缺陷會直接影響金屬材料的使用性能與服役壽命，對其進(jìn)行有效的無損檢測與評估為預(yù)測疲勞壽命提供數(shù)據(jù)支撐具有重要意義。通過闡述點(diǎn)蝕缺陷的特點(diǎn)，指出了點(diǎn)蝕缺陷參數(shù)與疲勞性能之間的對應(yīng)關(guān)系。通過介紹以漏磁、脈沖渦流和超聲導(dǎo)波為主的點(diǎn)蝕缺陷無損檢測基本原理，總結(jié)了這些方法用于點(diǎn)蝕缺陷無損檢測的現(xiàn)狀，對比分析了多種無損檢測方法從理論模型、信號分析到工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過分析點(diǎn)蝕缺陷檢測時(shí)不同無損檢測方法在信號處理方面的特殊性，指出了點(diǎn)蝕缺陷的可視化成像結(jié)合圖像處理與信號分析是準(zhǔn)確提取點(diǎn)蝕缺陷信息和定量化分析的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題，積極開展非接觸式點(diǎn)蝕無損檢測方法研究對提升檢測精度與工業(yè)應(yīng)用推廣具有重要意義。

金屬材料其他學(xué)科；金屬材料；點(diǎn)蝕；無損檢測；評估

金屬材料結(jié)構(gòu)受到介質(zhì)的作用而發(fā)生狀態(tài)改變形成新相從而產(chǎn)生腐蝕損傷，而腐蝕損傷對國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的危害十分嚴(yán)重，不僅會導(dǎo)致生產(chǎn)停頓、材料結(jié)構(gòu)失效、資源損耗、有害物質(zhì)泄漏等，而且可能導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失甚至災(zāi)難性后果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年因腐蝕而報(bào)廢的金屬量相當(dāng)于金屬年產(chǎn)量的20%～40%，發(fā)達(dá)國家年均解決腐蝕損傷的費(fèi)用占國民經(jīng)濟(jì)的2%～4%，而且成逐年增加的趨勢[1]。世界各國每年都要投入大量人力和物力進(jìn)行腐蝕檢測與防護(hù)，腐蝕檢測己成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究的重要領(lǐng)域之一，及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)腐蝕損傷并評估其損傷程度對于金屬材料結(jié)構(gòu)的安全性與經(jīng)濟(jì)性具有重要意義[2-3]。

1 點(diǎn)蝕損傷的特點(diǎn)

點(diǎn)蝕作為腐蝕損傷的初始階段，是由于金屬表面在拉應(yīng)力或化學(xué)物質(zhì)作用下,因保護(hù)層遭到破壞并出現(xiàn)局部穿透,使金屬基體直接暴露在腐蝕環(huán)境中形成局部腐蝕小孔并向縱深發(fā)展的一種腐蝕破壞形式[4]。點(diǎn)蝕的發(fā)生與擴(kuò)展可以分為2個階段,即點(diǎn)蝕成核與生長。關(guān)于點(diǎn)蝕成核的原因有2種說法[5]：一是當(dāng)金屬表面上氧的吸附點(diǎn)被氯離子所取代時(shí)就發(fā)生了點(diǎn)蝕；二是由于氯離子半徑小，可穿過鈍化膜進(jìn)入膜內(nèi),產(chǎn)生的導(dǎo)電感應(yīng)離子造成了膜在特定點(diǎn)上維持較高的電流密度，使陽離子隨機(jī)運(yùn)動,當(dāng)膜-溶液界面的電場達(dá)到某一臨界值時(shí),就發(fā)生點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕核形成之后會繼續(xù)生長，至臨界尺寸時(shí),便出現(xiàn)宏觀蝕坑。對于蝕坑擴(kuò)展機(jī)理有很多學(xué)說,比較公認(rèn)的一種學(xué)說認(rèn)為是蝕坑內(nèi)發(fā)生的自催化閉塞電池作用過程[6]。

點(diǎn)蝕的發(fā)生部位具有較強(qiáng)的隨機(jī)性，通常在點(diǎn)蝕發(fā)生區(qū)域易形成疲勞源[7-8]。點(diǎn)蝕在結(jié)構(gòu)表面形成腐蝕坑改變了結(jié)構(gòu)的表面狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致了局部或全面的損傷，這取決于點(diǎn)蝕坑深度、應(yīng)力水平和材料疲勞裂紋等因素的綜合影響[9]。點(diǎn)蝕-疲勞交互作用時(shí)，一般把點(diǎn)蝕當(dāng)作表面裂紋由點(diǎn)蝕動力學(xué)控制裂紋增長速率建立模型，當(dāng)點(diǎn)蝕增長到臨界尺寸(應(yīng)力強(qiáng)度因子達(dá)到疲勞裂紋的門檻值)，或者是疲勞裂紋增長速率超過點(diǎn)蝕增長速率時(shí)，在點(diǎn)蝕坑處萌生疲勞裂紋。疲勞裂紋在點(diǎn)蝕坑處成核，繼而經(jīng)過點(diǎn)蝕增長、點(diǎn)蝕向疲勞裂紋形成的過渡階段、短裂紋擴(kuò)展、長裂紋擴(kuò)展直至金屬結(jié)構(gòu)的破壞。PAO等[10]對點(diǎn)蝕坑處成核的裂紋起始階段進(jìn)行了研究，通過掃描電鏡進(jìn)行疲勞斷口觀測以分析裂紋成核過程。SANKARAN等[11]提出點(diǎn)蝕坑平均深度是評價(jià)鋁合金結(jié)構(gòu)壽命的重要標(biāo)準(zhǔn)之一,并對不同腐蝕坑形貌對壽命影響的不同進(jìn)行了對比分析。JONES等[12]對兩種不同厚度的鋁合金試驗(yàn)件進(jìn)行了試驗(yàn)研究,根據(jù)從蝕坑到裂紋的轉(zhuǎn)變過程提出了蝕坑表面積、鄰近蝕坑、蝕坑深度是決定裂紋從何處、何時(shí)形成的重要因素。ROKHLIN等[13]對不同深度的點(diǎn)蝕坑處的裂紋成核及擴(kuò)展進(jìn)行了分析,對點(diǎn)蝕坑等效為三維表面裂紋的可行性進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。DOLLEY等[14]通過預(yù)腐蝕試驗(yàn)形成不同的點(diǎn)蝕坑后進(jìn)行疲勞試驗(yàn),研究了不同腐蝕程度的點(diǎn)蝕對壽命的影響,獲得了結(jié)構(gòu)疲勞壽命的概率分布與蝕坑尺寸的概率分布具有較強(qiáng)的相關(guān)性的結(jié)果。

2 點(diǎn)蝕缺陷的無損檢測方法研究現(xiàn)狀

點(diǎn)蝕缺陷與金屬結(jié)構(gòu)壽命緊密相連，及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)點(diǎn)蝕部位與可靠評估金屬結(jié)構(gòu)壽命對保障裝置安全運(yùn)行具有至關(guān)重要的作用。點(diǎn)蝕作為腐蝕缺陷的一種，常用的無損檢測方法包括：漏磁、脈沖渦流以及超聲導(dǎo)波無損檢測。

2.1 點(diǎn)蝕缺陷的漏磁無損檢測研究現(xiàn)狀

漏磁無損檢測方法的原理是對鐵磁性材料施加磁場進(jìn)行磁化處理，如果被磁化的鐵磁材料存在缺陷，會引起缺陷區(qū)域及其附近區(qū)域的磁導(dǎo)率降低而磁阻增加，通過磁敏檢測元件測量磁通溢出到工件表面形成漏磁場的大小，建立漏磁場和缺陷之間的量化關(guān)系以實(shí)現(xiàn)缺陷檢測。漏磁無損檢測的3個主要研究方向分別是漏磁檢測理論分析、漏磁檢測儀器研制和漏磁檢測信號處理。

1)漏磁檢測理論分析

ATHERTON[15-16]利用二維有限元分析方法研究了管道壓力對磁導(dǎo)率的影響，通過對漏磁場分布的分析建立了漏磁信號與裂紋集合參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系。李路明等[17-18]通過理論仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析了輸油管壁的點(diǎn)蝕缺陷的差異，研究結(jié)果表明仿真計(jì)算得出的徑向磁通密度異常峰值與實(shí)驗(yàn)獲得的真實(shí)測量值具有較強(qiáng)的線性相關(guān)性。李路明等[19]還研究了鐵鑄件缺陷的漏磁探傷方法，采用有限元法分析了磁體幾何尺寸對磁化效果的影響以及解釋了漏磁檢測中各種參量之間的關(guān)系。戴光等[20]建立了不同尺寸的管道腐蝕有限元模型，通過分析漏磁場疊加的影響獲得了漏磁場參數(shù)隨缺陷尺寸變化的規(guī)律，研制了掃描范圍為55 mm×3 mm×(4～12.5)mm的三磁化單元管道外檢測儀，通過檢測實(shí)驗(yàn)對不同位置、尺寸的腐蝕缺陷和內(nèi)外壁缺陷的檢測效果進(jìn)行了驗(yàn)證。

2)漏磁檢測儀器研制

英國Silverwing 公司研制適用于管道內(nèi)腐蝕檢測的Pipescan 管道腐蝕漏磁檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用3種形式的掃面探頭，檢測厚度的范圍為6～15 mm，檢測直徑為2.4～48 mm[21]。加拿大BJ管道公司將三維漏磁傳感器技術(shù)應(yīng)用于管道腐蝕檢測中，檢測缺陷最小誤差可達(dá)6～7 mm，缺陷深度檢測精度±10%的置信水平高于80%[22]。廈門愛德森公司研制的MFL-4000漏磁檢測系統(tǒng)具有8個檢測通道，檢測厚度范圍6～12 mm，可覆蓋管徑45～60 mm，對于6 mm壁厚的工件最大檢測精度為壁厚20%的腐蝕坑[23]。楊理踐等[24-26]針對高精度管道漏磁檢測研發(fā)了Φ720 mm長輸管道內(nèi)檢測儀器，并成功進(jìn)行了120 km的工業(yè)性試驗(yàn)。

3)漏磁檢測信號處理

趙乃卓等[27]利用脈沖漏磁技術(shù)對輸油管道進(jìn)行腐蝕檢測，由于利用脈沖激勵所產(chǎn)生多種頻率的信號提高了對管道深層缺陷的檢測能力。李訸[28]將管道漏磁檢測的健康數(shù)據(jù)、缺陷數(shù)據(jù)和非缺陷數(shù)據(jù)整合，考慮到每個傳感器采集數(shù)據(jù)的相關(guān)性，采用一階差分預(yù)處理方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行了前值處理，提出基于漏磁檢測數(shù)據(jù)重要性的動態(tài)范圍閾值判斷方法，以將健康數(shù)據(jù)和缺陷數(shù)據(jù)分離，并實(shí)現(xiàn)漏磁檢測數(shù)據(jù)的分類壓縮。張國光[29]基于漏磁信號特征提出了缺陷定量化方法，分析了橫向缺陷尺寸、走向和極靴距離與信號的對應(yīng)關(guān)系。

2.2 點(diǎn)蝕缺陷的脈沖渦流無損檢測研究現(xiàn)狀

常規(guī)渦流無損檢測技術(shù)以單一頻率的正弦信號作為激勵，通過分析感應(yīng)信號的幅值和相位等穩(wěn)態(tài)信息以實(shí)現(xiàn)缺陷檢測，但無法進(jìn)行定量分析。與常規(guī)渦流無損檢測技術(shù)相比，脈沖渦流無損檢測技術(shù)由于脈沖寬頻譜包含了豐富的結(jié)構(gòu)信息，僅需要一次性掃描就可以檢測出表面、近表面缺陷并包含缺陷深度，通過對瞬態(tài)時(shí)域信號進(jìn)行分析，可以進(jìn)一步對金屬結(jié)構(gòu)及缺陷進(jìn)行定量評價(jià)。脈沖渦流檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在2個方面，即脈沖渦流的理論依據(jù)和檢測模型與脈沖渦流檢測信號特征提取技術(shù)。

1) 脈沖渦流的理論依據(jù)和檢測模型

美國Iowa State University無損評估中心利用脈沖渦流技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對飛機(jī)多層結(jié)構(gòu)缺陷的定量檢測，研究結(jié)果表明峰值與腐蝕程度有關(guān)，過零時(shí)間與缺陷深度信息密切相關(guān)[30-31]。加拿大國防部飛行器研究中心認(rèn)為當(dāng)腐蝕量不變時(shí)脈沖渦流感應(yīng)信號強(qiáng)度與提離無關(guān)，基于此現(xiàn)象提出了提離交叉點(diǎn)的方法以消除提離效應(yīng)對檢測結(jié)果的影響，同時(shí)即使在有提離存在的情況下，有研究人員對機(jī)身結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的腐蝕缺陷進(jìn)行了成像檢測[32-33]。英國QinetiQ公司和澳大利亞航空與航海研究實(shí)驗(yàn)室-AMRL研制了針對飛機(jī)機(jī)身復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測的脈沖渦流檢測系統(tǒng)TRECSCAN，與線圈傳感器相比，采用霍爾傳感器直接測量磁場提高了渦流的滲透深度和磁場空間分辨率，對缺陷信號采用時(shí)間分割方法以獲取特征幅值，通過單通道C掃描實(shí)現(xiàn)了對多層金屬結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的腐蝕和裂紋缺陷進(jìn)行定量分析[34]。美國通用電氣公司研究與發(fā)展中心分析了激勵參數(shù)對脈沖渦流成像結(jié)果的影響，研究結(jié)果表明，對于特定的脈沖渦流探頭，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)激勵脈沖的形狀可以得到理想的檢測結(jié)果[35]。

2) 脈沖渦流檢測信號特征提取技術(shù)

周德強(qiáng)等[36-38]采用磁傳感器對多層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行了試驗(yàn)分析,通過主成分分析法提取信號特征量以實(shí)現(xiàn)表面、近表面的缺陷的分類識別，結(jié)果表明該分類算法優(yōu)于傳統(tǒng)的峰值、峰值時(shí)間以及過零時(shí)間的特征分類。楊賓峰等[39-40]對脈沖渦流檢測信號進(jìn)行FFT變換后比較了頻譜與參考信號的分離點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)對不同深度裂紋的分類，提高了缺陷分類識別的準(zhǔn)確率，并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所采用方法的正確性。高軍哲等[41-42]結(jié)合脈沖渦流檢測信號的頻譜特點(diǎn)，提出基于譜相對變化量以實(shí)現(xiàn)不同類型缺陷的分類。

2.3 點(diǎn)蝕缺陷的超聲導(dǎo)波無損檢測研究現(xiàn)狀

超聲導(dǎo)波在金屬材料內(nèi)部傳播過程中遇到損傷或缺陷時(shí)與其發(fā)生相互作用，發(fā)生反射和透射現(xiàn)象以及產(chǎn)生新的導(dǎo)波模態(tài)，可對由傳感器采集的導(dǎo)波信號進(jìn)行有效分析與特征提取，結(jié)合有效的缺陷辨識方法以實(shí)現(xiàn)金屬材料損傷缺陷程度的評估。與常規(guī)超聲波技術(shù)相比，超聲導(dǎo)波的優(yōu)勢在于傳播距離遠(yuǎn)及聲場遍布整個金屬材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部。由于超聲導(dǎo)波的聲場遍及整個金屬材料內(nèi)部，接收到的超聲導(dǎo)波信號不僅包含了有關(guān)激勵和接收兩點(diǎn)間結(jié)構(gòu)整體性的信息，而且意味著可以檢測構(gòu)件的內(nèi)部缺陷與表面缺陷。針對點(diǎn)蝕缺陷檢測，超聲導(dǎo)波無損檢測技術(shù)的研究方向集中在導(dǎo)波傳播理論模型與數(shù)值分析和導(dǎo)波信號處理兩個方面。

1) 導(dǎo)波傳播理論模型與數(shù)值分析

LOWE等[43-44]通過實(shí)驗(yàn)分析了不同位置、不同長度缺陷信息與其反射系數(shù)的關(guān)系，研究了導(dǎo)波在周向刻槽缺陷管道中的模態(tài)轉(zhuǎn)換以及長距離管道中的頻散特性，并通過對導(dǎo)波信號進(jìn)行FFT分析了導(dǎo)波模態(tài),結(jié)果表明有限元分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。CAWLEY等[45]利用有限元方法對不同直徑的管道進(jìn)行導(dǎo)波數(shù)值模擬分析，總結(jié)了L(0,2)導(dǎo)波反射系數(shù)與缺陷軸向、周向和徑向尺寸擴(kuò)展的變化趨勢規(guī)律。DEMMA等[46-47]研究了缺陷沿管道軸向擴(kuò)展對L(0,2)導(dǎo)波反射的影響，L(0,2)導(dǎo)波反射系數(shù)隨缺陷軸向擴(kuò)展而呈現(xiàn)類周期性半正弦趨勢變化，其原因在于具有一定軸向長度的缺陷具有前、后兩個導(dǎo)波反射截面，兩截面反射的導(dǎo)波由于相位差異使得疊加后的導(dǎo)波幅值相比單一截面時(shí)增大或減小。NISHINO等[48-49]利用寬帶激光超聲系統(tǒng)在彎管中激發(fā)導(dǎo)波并利用小波分析研究了導(dǎo)波在彎管中的傳播特性，發(fā)現(xiàn)L(0,1)模態(tài)在彎管中傳播時(shí)發(fā)生了模態(tài)轉(zhuǎn)換，出現(xiàn)了F(1,1)模態(tài)，而且V(1,1)模態(tài)的幅度與管彎曲角度正相關(guān)。HAYASHI等[50]使用半解析有限元法模擬了導(dǎo)波在管中的傳播過程，并生成專用應(yīng)用軟件以仿真各種模態(tài)導(dǎo)波在管中的傳播特性。董為榮等[51]對T(0,1)和L(0,2)模態(tài)導(dǎo)波在管中的傳播過程進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬，給出了缺陷回波反射系數(shù)與缺陷橫截面積之間的關(guān)系曲線。何存富等[52]利用ANSYS軟件對彎管的缺陷損傷進(jìn)行了數(shù)值模擬，數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果基本相符，證明了彎管內(nèi)的腐蝕缺陷檢測可以用超聲導(dǎo)波技術(shù)實(shí)現(xiàn)。鄧菲等[53-54]利用傳感器環(huán)形陣列研究了管道導(dǎo)波檢測中的位移圓周分布調(diào)制聚焦技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了將檢測能量聚焦于缺陷所在圓周的任一位置。孫欽蕾等[55]研究了磁致伸縮導(dǎo)波技術(shù)對輸氣和輸液鋼管缺陷的無損檢測能力，驗(yàn)證了磁致伸縮導(dǎo)波技術(shù)對輸氣和輸液管道無損檢測的可行性。

2) 導(dǎo)波信號處理分析技術(shù)

SIQUEIRA等[56]通過頻率帶通濾波器和小波分析來提高導(dǎo)波信號的信噪比。NUNEZ等[57]利用時(shí)間反轉(zhuǎn)法研究了多模態(tài)的導(dǎo)波傳播特性。鄧菲[58]在理論上證明了時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦效應(yīng)可用于管道導(dǎo)波缺陷的檢測和定位，同時(shí)對含有裂紋及孔型小缺陷的管道進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬。HAYASHI等[59]將接收信號分解為單一模態(tài)的波形信號，利用時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)對任意時(shí)間的管道表面上的空間波形圖像進(jìn)行重構(gòu)，進(jìn)而確定缺陷位置。DAVIES等[60-61]提出了管道超聲導(dǎo)波快速聚焦方法，并對其進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，極大提高了成像效率。HYEON等[62-63]對鋼管進(jìn)行了超聲導(dǎo)波檢測，通過對導(dǎo)波信號進(jìn)行加窗FFT和時(shí)頻局部化處理提高了回波信號的信噪比。CHO等[64]通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了混合邊界元技術(shù)，利用局部掃頻技術(shù)獲得了更多的缺陷信息，并以此作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)缺陷分類器的信息源,同時(shí)指出模態(tài)選擇是決定管中Lamb波進(jìn)行缺陷分類和定征成功與否的關(guān)鍵因素。

3 點(diǎn)蝕缺陷無損檢測的特殊性

點(diǎn)蝕缺陷將引起金屬材料產(chǎn)生應(yīng)力集中，使裂紋很快從點(diǎn)蝕坑處萌生。點(diǎn)蝕與裂紋萌生不存在對應(yīng)關(guān)系，點(diǎn)蝕只是增大發(fā)生疲勞斷裂的概率。當(dāng)金屬材料表面出現(xiàn)大量點(diǎn)蝕缺陷時(shí)，從統(tǒng)計(jì)學(xué)觀點(diǎn)看發(fā)生疲勞裂紋萌生的概率接近1。與金屬材料的其他類型缺陷相比(如裂紋、夾雜等)，點(diǎn)蝕缺陷是一種典型的早期、微型缺陷，其隱蔽性強(qiáng)、萌生期長短不一、受環(huán)境影響大等特征造成了點(diǎn)蝕缺陷無損檢測的難點(diǎn)在于早期點(diǎn)蝕缺陷損傷并不是集中分布的，其聚集度很難引起常規(guī)無損檢測技術(shù)的特征響應(yīng)。

由于點(diǎn)蝕缺陷與裂紋型突變性缺陷不同，其深度淺、形狀復(fù)雜的特征會導(dǎo)致缺陷漏磁場十分微弱，因而傳感器的輸出信號將十分微弱，這對采集傳感器的靈敏度提出了很高要求，此外，漏磁信號特征簡單，對缺陷信號特征量進(jìn)一步分析造成較大困難。此外，如果漏磁檢測速度較快，磁力線密度減小會嚴(yán)重影響檢測精度。利用脈沖渦流技術(shù)檢測點(diǎn)蝕缺陷其本質(zhì)特征是反映被測工件的磁導(dǎo)率、電阻率、壁厚和傳感器提離等信息，由于上述信息耦合在一起，從一維信號檢測出相關(guān)信息的難度很大，因此，一方面要對信號進(jìn)行預(yù)處理，抑制噪聲以提高檢測信號信噪比，另一方面要尋找特征量以實(shí)現(xiàn)信息分離。裂紋缺陷在某一截面損失量不大，點(diǎn)蝕缺陷與裂紋缺陷類似，由于點(diǎn)蝕缺陷變化緩慢難以造成金屬材料在橫截面積的損失，因此不會產(chǎn)生很強(qiáng)的超聲導(dǎo)波反射信號。厚度減薄的點(diǎn)蝕區(qū)域表現(xiàn)出不對稱性，使得入射聲波的散射可能在一定程度上附加到反射波中，同時(shí)，發(fā)生一定的模態(tài)轉(zhuǎn)換導(dǎo)致多模態(tài)導(dǎo)波相互干擾，影響了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 研究展望

以漏磁、脈沖渦流和超聲導(dǎo)波技術(shù)為主的點(diǎn)蝕缺陷無損檢測方法，從理論模型構(gòu)建與數(shù)值分析到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與儀器研發(fā)都取得了重大成果，但是點(diǎn)蝕缺陷的定量化分析是各個研究方法中都亟待解決的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題。通過可視化成像技術(shù)結(jié)合圖像處理與信號分析為解決點(diǎn)蝕缺陷的定量化分析提供了解決思路：基于無損檢測方法將點(diǎn)蝕缺陷進(jìn)行可視化成像，通過圖像處理與信號分析提取檢測圖像的特征信息，實(shí)現(xiàn)定量化表征點(diǎn)蝕缺陷。利用高階譜分析、小波分析與盲源分離技術(shù)等現(xiàn)代信號處理方法準(zhǔn)確分析與提取特征信號，利用超分辨率重建技術(shù)對特征信號進(jìn)行2D或3D圖像重構(gòu)不僅是點(diǎn)蝕無損檢測的重要研究方向，也是提升其他無損檢測方法檢測可靠性與準(zhǔn)確性的必由之路?；邳c(diǎn)蝕缺陷的特征信息，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)等先進(jìn)模式識別方法進(jìn)行處理與分析對于預(yù)測點(diǎn)蝕缺陷的發(fā)生具有重要現(xiàn)實(shí)意義。此外，目前對點(diǎn)蝕缺陷的無損檢測方法大多是接觸式檢測，耦合劑通常會影響檢測結(jié)果分析的準(zhǔn)確性，積極開展非接觸式的點(diǎn)蝕缺陷無損檢測方法研究勢在必行。雖然激光超聲、電磁超聲等典型非接觸式無損檢測方法已在金屬材料缺陷檢測中發(fā)揮了重要作用，但檢測信號的靈敏度不高是制約非接觸式無損檢測方法應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的重要因素，如何提高檢測信號接收靈敏度是突破非接觸式點(diǎn)蝕缺陷無損檢測瓶頸的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題，通過數(shù)值解析或者仿真分析激光超聲、電磁超聲在金屬材料內(nèi)形成的復(fù)雜聲場與多模態(tài)超聲波是有針對性地構(gòu)建非接觸式接收系統(tǒng)以提高檢測靈敏度的先決條件。

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Research process of nondestructive testing pitting corrosion in metal material

ZHANG Bo1, ZHANG Baojun1, ZHANG Deng2, ZHENG Yun3

(1.Institute of Metal Research，Chinese Academy of Sciences, Shenyang, Liaoning 110016, China; 2. Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Structural Corrosion Prevention and Control, China Special Vehicle Research Institute, Jingmen, Hubei 448035, China; 3. Fraunhofer IZFP, Saarbrücken, Saarland 66123, Germany)

Pitting corrosion directly affects the usability and service life of metal material, so the effective nondestructive testing and evaluation on pitting corrosion is of great significance for fatigue life prediction because of data supporting. The features of pitting corrosion are elaborated, and the relation between the pitting corrosion parameters and fatigue performance is pointed out. Through introducing the fundamental principles of pitting corrosion including mainly magnetic flux leakage inspection, pulsed eddy current and guided waves, the research status of nondestructive testing technology for pitting corrosion is summarized, and the key steps of nondestructive testing technologies are compared and analyzed from the theoretical model, signal processing to industrial applications. Based on the analysis of the signal processing specificity of different nondestructive testing technologies in detecting pitting corrosion, the visualization combined with image processing and signal analysis are indicated as the critical problems of accurate extraction of pitting defect information and quantitative characterization for pitting corrosion. The study on non-contact nondestructive testing technologies is important for improving the detection precision and its application in industries.

other subjects of metal material; metal material; pitting corrosion; nondestructive testing; evaluation

1008-1542(2017)06-0507-08

10.7535/hbkd.2017yx06001

TH878

A

2017-04-28；

2017-06-10；責(zé)任編輯：馮 民

國家自然科學(xué)基金(51605468)；中國科學(xué)院金屬研究所創(chuàng)新基金(2015-PY07)

張 博(1984—)，男，遼寧撫順人，助理研究員，博士，主要從事材料無損檢測與評估方面的研究。

E-mail:zb@imr.ac.cn

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