获奖项目简介
2025年中国分析测试科学奖二等奖:不锈钢增材制造件缺陷激光超声检测技术研究与应用
完成单位:广东科技学院、广州中检科技有限公司
完成人:张南峰、姜炳春、董莹、刘培华、阮洁珊、徐彬彬、陈龙凤、张艳喜、金标、朱文燕
成果简介:
本项目针对不锈钢增材制造件中中微小缺陷、特别是次表面和内部缺陷的非接触、高精度、高效率检测等难题,成功突破了传统无损检测方法受限于复杂几何形状、高表面粗糙度及接触耦合失效的局限,创新性地构建了集激光激发、非接触超声接收与智能信号处理于一体的激光超声检测技术体系。提出互补集合经验模态分解结合小波半软阈值的自适应去噪方法,使信噪比提升;基于表面波与缺陷相互作用,利用反射与透射表面波到达时间差实现表面缺陷深度的定量检测;创新地将双向移动扫描与透射横波检测结合,能识别内部缺陷,定位误差低;并研制光电鼠标与惯性导航融合的定位系统,实现超声探头短时高精度定位。项目构建了国产增材制造件质量控制的关键技术壁垒,相关技术成果已在广汽、深圳优界等多家单位成功实施应用,显著提升了检测效率,降低了人工成本。
创新点及科学价值:
本项目的主要创新包括:一是提出并验证了互补集合经验模态分解结合小波半软阈值的去噪流程,有效解决激光超声信号的模态混叠与有用信息丢失问题,提升检测灵敏度与稳定性;二是系统揭示了表面波与缺陷耦合机理,首次将两类表面波到达时间差作为缺陷深度的定量表征手段;三是提出基于双向同步移动扫描的透射横波检测方法,突破了底面反射衰减与衍射回波弱的限制,实现对内部微小孔洞的高精度识别;四是开发了轻便的光电鼠标与惯性导航数据融合定位方案,为移动扫查过程中的实时位置标定提供可行路径。上述贡献在理论建模、信号处理和工程实施三方面形成相互支撑,具有重要的技术价值和推广价值。
社会经济效益:
技术经企业验证并在多家单位推广应用,能够实现对三维复杂焊缝及增材制造零件的在线快速检测与自动评估,显著提高检测效率、降低人工强度与误判率。工程化应用已在生产线上用于焊缝质量监测和零部件缺陷筛查,提升产品一致性与可靠性,减少返工检修与质量风险。按技术应用后每件维修成本下降等保守估算,规模化推广将产生明显经济效益;同时,提升关键部件安全保障能力,对航空航天、汽车与大型装备等领域的生产安全具有重要的社会效益。
应用前景:
随着增材制造在航空航天、汽车、轨道交通、能源与精密制造等领域的广泛应用,对高可靠性无损检测的需求持续增长。本成果兼顾理论与工程实现,既适用于生产线在线检测,也便于集成到移动检验工站与质量控制流程,具备良好的产业化条件。未来可沿着提高检测速度、扩展材料与结构适配性、与自动化控制系统深度集成等方向优化,推动激光超声检测技术在高端制造质量控制中的广泛应用。