与铸造、铸造、机械加工等传统钛合金造作技术相比，激光溶解沉积技术拥有复杂部件急剧成型、无需开模、资料利用率高档怪异优势，已逐步利用于压力容器、起沉设备等特种设备关键构件的一体化造作中[1]。由于激光溶解沉积钛合金造作涉及复杂的资料溶解物理过程，不仅成型工艺参数复杂多样，并且对原资料和成型设备的要求很高，即便严格节造钛合金部件的成型工艺参数，在出产过程中仍会出现孔隙、裂纹、同化物等缺点[2-4]。

超声检测能够检测出钛合金中孔隙、孔洞、裂纹等缺点[5]。由于激光溶解沉积技术造备迪胙合金部件拥有显著的各向异性、多晶体高散射等特点，且通常用于特种设备领域迪胙合金结构尺寸和厚度较大[6-7]，故声波在钛合金中传布时会产生严沉的畸变和衰减，超声检测信噪比力差，缺点鉴别能力显著降落[8]。由于其复杂的声学个性，选取传统的距离振幅校对步骤来赔偿分歧深度的回波信号难以获得梦想的成效[9]。激光溶解沉积造作钛合金中存在粗壮的柱状晶体结构，固然在分歧地位和深度的超声波入射方向上，缺点回波的振幅不拥有一致的法规[10-11]，但是缺点回波的波形之间却有肯定的类似性，而归一化互有关步骤合用于丈量信号与指定信号的类似性[12]。鉴于传统超声检测步骤在激光溶解沉积钛合金造作中利用的不及，在不扭转超声检测系统硬件的情况下，使用归一化互有关步骤对采集的测试回波数据进行处置和沉建，并结合阵列超声检测步骤，加强声束能量，提高聚焦能力，能够提高激光溶解沉积造作钛合金的测试精度和效能[13-15]；诠橐换ビ泄夭街，能够将指定参考信号波形的类似性作为丈量尺度来仿照通例钛合金的超声检测数据，并提取显著衰减地位的弱缺点信号[16-17]。此表，归一化互有关步骤可抑造非有关噪声，如接口噪声等[18]。

基于激光溶解沉积技术造作了有预埋缺点的TC11钛合金试件，通过自主研发的超声水浸C扫检测系统，采集回波信号数据，经过推算机仿照，来验证归一化互有关步骤对超声检测信噪比的改善。对试件各测试面采集到的回波信号数据进行了归一化互有关信号处置，沉建了预埋缺点和底部回波信号的归一化互有关系数图像，并与传统的振幅成像进行了比力。试验了局批注，在不扭转系统硬件的情况下，归一化互有关信号处置步骤能够提高传统超声检测对激光溶解沉积钛合金缺点的弱回波信号的测试能力。

1、试验造备与试验步骤

基于激光溶解沉积技术造备了尺寸（边长）为60mm的正方体TC11钛合金试件。凭据激光溶解沉积技术的工艺特点，试件的测试面被界说为打印面（试件成型过程中激光扫描和步进的表表）、沉积面x和沉积面y（蕴含另表两个非打印面）。为了分析超声波在钛合金试件分歧入射面的缺点检测能力，在试件的打印面和两个相邻的沉积面加工了直径为0.8mm、深度为5mm的平底孔缺点，将其别离界说为1号~6号缺点；谑约缺点散布，在职何检测面上进行超声检测时，有2个恒定深度的平底孔缺点和4个分歧深度的横孔缺点必要检测。激光溶解沉积TC11钛合金试件实物及缺点散布示意如图1所示。

选取自主研发的全自动超声检测试验系统来采集钛合金试件的数据，其结构框图如图2所示。该试验系统的高频超声装置由一个超声波脉冲接管器（JSRPRC-50）和一个输入A/D板（OKOSAL12250）组成；当巯低常ㄊ诽毡榷鸕X-160）被用作活动执行器，用来夹紧和触发超声波传感器。该系统的超声波测试和全自动活动节造软件均为自主开发。

思考到缺点的大幼和钛合金试件的复杂声学个性，使用了中心频率为15MHz、晶片直径为6.35mm、焦距为50.3mm的聚焦超声波换能器，试件的3个无预埋缺点的表表被作为超声垂直入射面，别离对试件进行了3组超声水浸C扫描检测试验（脉冲回波法）。超声水浸C扫描试验的重要参数如表1所示。为了便于后续的超声回波信号处置和成像，所有的测试数据均以全波的方式存储。传统超声水浸检测时聚焦的物理焦点是单一的，对于较大厚度钛合金试件，无法实显熹焦点对检测区域的覆盖，检测回波信号较弱，通常选取直接提高信号增益或执行距离振幅校对步骤来提高较大厚度回波信号的信噪比。

但由于钛合金拥有高衰减、高布景噪声、各向异性等声学个性，上述步骤无法获得梦想的成效，文章选取对通例超声换能器采集的回波信号进行后处置的步骤，加强弱缺点回波信号，抑造布景结构噪声，进而提高较大厚度钛合金试件的超声检测能力。

2、试验信号处置与仿真验证

2.1超声检测信号处置

基于归一化互有关的信号处置步骤，推算接管到的超声波回波信号与已知参考信号在功夫轴上的类似度，从而提取试件较大深度处的回波信号。超声检测信号处置过程如图3所示，对整个回波信号（蕴含初始波、布景噪声、缺点回波和底部回波）中红圈处部门信号进行放大截取，以水-试件界面的一样换能器参数的回波信号为参考信号，在此基础上，以归一化互有关系数为尺度沉建信号，表征与参考信号的类似性。最后，得到信号处置了局。对所有全波信号进行上述信号处置，参照信号类似度的尺度对超声检测数据进行尺度化处置；荒芷魇盏降某ɑ厣藕舝(t)及来自水-试件界面的参考超声回波信号pr(t)的界说别离为

式中：s(t)为来自钛合金试件的无噪声回波信号；p(t)为来自水-试件界面的无噪声回波信号；n1(t)和n2(t)为超声检测系统的接口噪声。

参考超声回波信号pr和接管信号r，互有关R(τ)界说为

式中：*为卷积；T为pr的长度。

参考信号pr对接管信号r的归一化互有关系数ρ(τ)界说为

式中：σpr为参考信号pr的尺度误差；σr(τ)为以地位τ为中心、长度为T的接管信号r的尺度误差；ρ(τ)为获得的沉构信号。

将公式（1），（2）代入公式（3），得非有关噪声n1和n2通过卷积操作被解除，沉建信号ρ(τ)实现了非有关噪声的解除，与原始信号r(t)相比提高了检测信噪比。

2.2超声检测仿真验证

将上述归一化互有关信号处置步骤利用于全波仿照数据以验证其有效性。在CIVA软件中，别离成立直径为0.6，0.8，1.0mm的平底孔，一样深度的板材检测模型。在参数设置与试验设置一致的情况下，进行了C扫描检测的仿照。接口噪声是在上述仿照得到的超声波全波数据的基础上参与的。接口噪声的强度为式中：

As为φ1.0mm平底孔中心的回波信号振幅；An为噪声振幅；Ps为上述回波信号功率；Pn为噪声功率。

推算相应信噪比下的附加噪声功率Pnoise值，在MATLAB中将相应功率的接口噪声参与至仿照全波信号中。

在全波数据中参与比信号低14dB的接口噪声，基于归一化有关步骤的CIVA仿照信号处置如图4所示。通过比力上述A扫描信号和C扫描成像了局，经过归一化互有关处置后，功夫轴方向的非有关噪声被抑造，平底孔缺点的回波信号得到加强。与处置前的信号相比，上述信号处置了局拥有更高的信噪比，验证了归一化互有关步骤在高布景噪声物体中的有效性。

2.3归一化互有关系数丈量的靠得住性

在试件的每个测试面上选择一个没有预埋缺点的10mm×10mm（长×宽）区域（共121个采集点），用上述试验装置获得噪声数据。参考信号（来自水-钛界面）被参与至每个测试面的噪声数据中，参考信号的比例因子也由式（6）确定。信号的参与地位与每个测试面的深度一致。为相识除对归一化互有关系数丈量的靠得住性分析的影响，文章截断了初始波和底波。将比噪声高8dB和20dB的参考信号参与钛合金试件布景噪声后的波形如图5所示。

通过将参与信号自身作为特定信噪比的噪声参考信号数据，并推算归一化互有关系数的尺度误差SDρ，能够评价信噪比下缺点信号（与参考信号一致）的归一化互有关系数丈量的靠得住性。文章将参与和推算的参考信号设定为水-钛界面的回波信号，从而评价归一化互有关系数检测步骤对TC11钛合金试件平底孔缺点的检测靠得住性。

在试件各测试面（沉积面x、沉积面y、印刷面z）提取的噪声中，别离推算了11个分歧信噪比下的归一化互有关系数的尺度误差，领域从4dB到20dB，如图6所示。从图6能够看出，分歧信噪比对应的各测试面的不确定度变动根基一致；参考信号和丈量信号之间的归一化互有关系数差值大于0.3，批注丈量信号和参考信号之间存在着弱的类似性。因而，归一化互有关步骤能够有效地丈量信噪比高达10dB的平底孔在TC11钛合金试件3个表表上的回波。

3、检测试验与了局

基于试验装置和超声检测信号处置步骤，对试件的每个测试面都进行超声C扫描和信号处置。底部回波的通例振幅成像了局如图7所示。由图7可见，试件统一测试面的底部回波振幅在分歧地位处有显著差距，分歧测试面的底部回波衰减法规也不一样；底部回波的最大振幅点在打印面z上呈点状散布，在其他两个表表（沉积面x和沉积面y）上则沿沉积方向呈条状散布，这是由于在激光溶解沉积的过程中，有粗壮的柱状晶体成长方向与沉积方向一致。超声波在分歧方向传布时，通过的晶粒界面的数量和散射水平分歧，导致激光溶解沉积钛合金试件分歧测试面上底部回波的衰减法规性与内部晶粒散布法规类似。

底部回波振幅的衰减没有可量化的法规，因而，仅用增益赔偿的步骤很难优化测试了局。试件底部回波的归一化互有关系数成像了局如图8所示，与图7相比，该步骤改善了底部回波的成像机能Ｄ芄豢吹，两个沉积面上底部回波的归一化互有关系数成像了局显示出显著的条状特点，而打印面的成像了局显示出显著的点状特点。沉积面的底部回波归一化互有关系数成像了局能够反映出粗壮的柱状晶体在沉积方向上的整体成长。相反，在印刷表表，其能够部门反映出粗壮晶体在印刷方向上的整体均匀性。3个测试表表的底部回波的归一化互有关系数成像了局反映了柱状晶体在其造作过程中的成长和散布特点，可用于评估试件的整体造作质量。

预埋缺点的通例振幅C扫描成像了局如图9所示。在沉积面x和沉积面y的成像了局中，只有1号和4号浅层缺点能够被明显地鉴别，其他缺点的信噪比力低，无法在沉积面上鉴别。在打印面z能够鉴别相对深度较大的3号、4号和6号缺点。出现上述情况的原因是，与通过沉积面相比，超声波在柱状晶体之间传布的界面较少，检测深度较大。由于浅层地位的缺点信号振幅较高，出现了鼓和采样。在截断部门回波信号后的归一化互有关系数成像了局如图10所示。归一化互有关系数成像了局批注，每个测试面中渣滓的未检测到的预埋缺点均能够被有效鉴别，对比图9中通例振幅成像了局，实现了对每个测试面沿线所有预埋缺点的检测。在C扫描投影方向上，缺点成像的特点是振幅从中心向表逐步减幼。

归一化互有关步骤在参考信号的尺度上对这些回波进行归一化处置，提取出幽微的信号，同时也扩大了归一化互有关系数成像上的缺点尺寸。此表，对于边缘效应和钛合金试件的复杂声学个性带来的噪声，还必要进一步的钻研。

4、结语

文章基于归一化互有关信号处置步骤，在自主研发的超声水浸C扫描检测试验平台上实现了对TC11钛合金试件预埋缺点的检测，重要结论如下。

（1）归一化互有关步骤在超声检测全波数据信号处置中的利用，提高了传统单声路超声检测对大厚度、复杂声学个性迪胙合金试件的缺点检测能力。理论和仿真证明，归一化互有关步骤能够削减非有关噪声。

（2）激光溶解沉积造作迪胙合金拥有复杂声学个性，归一化互有关步骤以与参考信号的类似度（归一化互有关系数）为尺度，对回波信号进行归一化处置，参考信号的选择取决于待检测的缺点类型。

（3）提出的超声检测参数和信号处置步骤对钛合金试件中信噪比高于10dB的平底孔缺点拥有靠得住的检测能力。

（4）选取归一化互有关法，实现了对钛合金试件分歧测试面全波信号的沉建。底部回波的归一化互有关系数成像了局反映了试件印刷面和沉积面中粗壮柱状晶体的成长特点。在试件的分歧超声入射方向上，所有预埋缺点均被检测出，对试件边缘和内部接口噪声的进一步优化以及测试了局中预埋缺点的量化必要进一步的钻研。

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