焊接作为一种重要的加工成型手段被广泛应用在各行各业,如石油化工、核工业、船舶及桥梁等。焊缝是不同结构之间的重要连接部分,然而由于多种原因,焊缝及附近区域往往是最容易产生缺陷的部位。在焊缝中,对接焊缝占绝大多数,目前对于焊缝检测的方法主要是磁粉、渗透及常规超声检测,这几种方法耗时长、劳动强度大,不利于实现快速自动检测。探索一种非接触式的检测手段,接触面不用添加耦合剂,扫查速度快,以实现焊缝的自动化检测,对于对接焊缝的自动检测技术研究十分有意义。本文针对对接焊缝的自动化检测问题,主要研究了其中的关键技术,传感器设计及信号降噪处理方法。首先通过有限元软件优化设计传感器参数,结合自动检测仪的实际需要设计传感器外部结构。之后搭建实验平台对传感器进行了相应的测试并研究了信号降噪处理算法。最后设计对接焊缝的自动检测仪,探究实现对接焊缝自动检测的方法。主要内容如下:(1)首先基于铁磁性材料洛伦兹力机理及磁致伸缩基本物理方程,分析了传感器的激发原理。根据机理分析,将提供垂直磁场的永磁体和曲折线圈搭配,配合特有的激发频率和线圈匝间距,可以在试件中激发出特定角度的斜入射超声波。最后分析了焊缝中常见缺陷,结合焊缝检测的特点,确定斜入射的传感器进行检测。(2)根据斜入射垂直剪切(Shear Vertical,SV)波传感器的结构,建立二维有限元模型,对试件中的固定磁场及振动位移进行了分析。通过分析永磁体在试件中产生的固定磁场,发现距离永磁体越近磁场越强;并且即使永磁体的磁场方向为垂直方向,也会在试件中产生水平方向的磁场,水平磁场线分布在永磁体两侧且方向相反;永磁体对试件的磁化效果集中在较小的范围,在永磁体边缘处磁场最强,在覆盖范围正下方则均匀分布,磁场强度基本相同,主要为向下的磁场。又通过分析试件内振动位移云图,可以看出在试件中产生的振动能量主要集中指定角度上。提取参考点处的振动位移曲线计算声速,与横波波速基本相符,证明确实激发出了需要的波形。(3)分析不同永磁体参数对激励效率的影响,获得参考点的振动位移曲线,使用曲线振幅作为评判标准评价传感器的激发效率。首先分析永磁体的剩余磁通密度的影响,发现振幅随永磁体剩余磁通密度的增加而增大。随后设计正交试验表,对永磁体的结构参数:宽度,高度及提离距离进行优选,获得了振幅随几种参数的变化趋势,并确定出了最优参数组合。(4)采用与永磁体相同的方法分析线圈参数的影响。首先分析了线圈匝数对参考点处的振动位移振幅的影响,振幅大小随匝数增加而增加。设计正交试验表,对线圈结构参数:宽度、厚度、线间距及提离距离进行优化设计,获得了几种参数对振幅的影响趋势,确定了线圈结构参数最优组合。最后根据自动检测需要,对传感器完整结构进行设计,增加耐磨层及滚轮辅助自动检测。(5)根据第三章传感器参数优化有限元分析的结果以及传感器的结构设计,制作两种规格的传感器进行实验测试,验证传感器参数优化的效果,最终提升效果达124%。根据压电超声的标定方法,对传感器的声速进行标定,最终结果与理论声速相差仅为2.25%。加工制作含不同类型缺陷的焊缝试板,对其进行扫查实验,分析传感器在扫查裂纹及夹渣缺陷时的回波信号特性。(6)构造含噪信号,对比了几种不同的降噪方法的降噪效果,采用信噪比及均方根误差作为评价指标优选出几种方法中最优组合。确定最优组合后将几种方法用于实际电磁超声信号降噪处理验证效果,结果说明基于奇异值的方法效果最差,使用小波阈值降噪方法时虽然能去除噪声但降低有用成分幅值。提出使用集合经验模态分解与小波阈值方法结合的方法处理实际回波信号,其可以在良好去除噪声的情况下,保持回波信号有用成分不受损失。(7)结合平板对接焊缝特点,设计了自动检测仪的硬件结构,并根据实际检测需要,规划了远程控制系统功能。结合前文设计的传感器,制作出检测仪样机,加工模拟试板,进行检测实验,最终结果证明检测仪可以完成自动检测并生成带缺陷标记的检测地图。