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钛及钛合金因其优良的性能而被广泛地使用，具有较好的发展前景。通常其使用条件较为恶劣，为保证设备安全运行的稳定性和可靠性，须加强对含缺陷钛材结构的检测，尤其是对危险性较大的裂纹及未融合等面状缺陷的定量化检测。 超声衍射时差技术（Time of Flight Diffraction，TOFD）是一种基于超声波衍射信号实施定量化检测技术。本文根据超声波衍射时差法检测技术的特点，进行了超声TOFD法检测钛材中缺陷及其定量化研究，讨论了相关检测信号特征、盲区等问题，开展了检测图像优化处理，以及超声TOFD检测含缺陷钛材试块结果的不确定度分析。主要研究工作和研究成果如下: (1)基于超声TOFD原理，设计试块模拟人工缺陷，制备试块，制定实验方案，对不同试块进行超声TOFD检测，分析不同工艺参数对检测扫描图像及检测结果的影响。 (2)对含缺陷钛材试块的超声TOFD检测近表面盲区及底面盲区进行理论研究，并通过试验对超声TOFD检测在钛材试块中的盲区进行验证，根据实验检测结果，修正了近表面盲区和底面盲区理论计算中参数取值，修正后tp1取直通波1.25倍周期，tp2取直通波0.5倍周期，盲区理论计算值与实际检测结果能较好吻合。同时，采用偏置非平行扫查，推导出钛材试块中近表面盲区逃逸函数和底面盲区逃逸函数，并绘制出超声TOFD检测盲区逃逸图。 (3)针对TOFD法在实际检测钛材试块时存在噪声的现象，采用中值滤波方法对TOFD图像进行去噪，为提高缺陷的检测精度及准确性，采用Sobel、Canny和Susan算子的边缘检测方法提高图像缺陷识别效果。 (4)对TOFD检测含缺陷钛材试块实验结果进行定量分析，确定不同缺陷的最佳检测工艺，进行基于模糊理论的不确定度分析，深度检测值的残差和由-3.66mm降低为0，标准不确定度由0.57mm降低为0.47mm，最大限度地降低系统的不确定度，提高检测结果的精确性。