激光超声无损检测技术.

1、激光超声无损检测技术Intro背景简介 叶片在极苛刻的条件下承受高温、高压、巨大离心力、腐蚀振动等作用，易产生疲劳裂纹。如果裂纹不能及时发现，工作过程中发生断裂将带来严重后果。背景简介？X射线涡流内窥镜磁粉渗透超声背景简介 射线检测图像直观、缺陷定量准确，但如果照相角度不适合会对裂纹产生漏检，还存在辐射泄露问题，不适宜外场使用背景简介渗透检测可以大面积检测，缺陷能够直观显示，但检测程序复杂，无法检测出埋藏缺陷或闭口型缺陷，且需要足够操作空间，不适合原位检测。背景简介 磁粉检测适用于铁质材料检测，可以检测出表面及近表面缺陷，检测成本低，速度快，但需将检测工件磁化，且需要一定操作空间，不适宜原位各

2、种材质叶片检测。背景简介内窥镜通过视频摄像头检测肉眼无法直接观测的地方，可进行视觉定性检查和定量测量。可用于叶片原位检测，但人工检查效率低，不能发现材质内部缺陷。背景简介涡流检测灵敏度高，无需表面处理，无需耦合剂。但对缺陷的估计困难，受集肤效应的限制，只能用于近表面缺陷检测，对检测位置有要求，只能用于可达部位检测。背景简介超声波脉冲回波法是把超声短脉冲射入物体，如物体存在缺陷就会生产一个额外反射回波， 从而判断缺陷及缺陷位置，但使用中需逐点检测，费时，需要耦合剂，仅能在可达部位使用。背景简介激光超声检测技术因其非接触式激发和探测的特点，便于在高温、高压等恶劣环境下进行，并且不受表面几何形状的限

3、制，因此广泛应用于无损检测和评估领域。检测机理-超声波超声波是一种机械振动波。听觉范围:声波频率在20Hz-20kHz 次声波:频率小于20Hz的声波超声波:频率超过20kHz的声波探伤常用的频率范围：1MHz10MHz检测机理-压电效应逆压电效应指的是压电晶体材料受到交变电压的作用时产生交变应变的现象。这时电能转变成机械能。（超声波发射的原理）正压电效应是指压电晶体材料在交变拉压应力作用下，其表面产生交变电压的现象。这时声能转变为电能。（超声波接收的原理）检测机理-f、c、超声波在工件中传播的3个物理量：频率、声速、波长声波频率主要由探头决定。例如型号为2.5P20的探头发射的超声波，频率为

4、2.5MHz。声速的大小取决于材料，例如钢的纵波声速为5900m/s、陶瓷的纵波声速为53006900m/s波长声速/频率。波长的大小影响到可以探测的最小缺陷。检测机理-探头结构检测机理- 缺陷检测仪器：激励探头（发射）、接收/放大/显示探头的信号探头：发射/接收超声波缺陷波：缺陷反射回波缺陷：有无、大小、位置利用激光产生超声波的方法可分为直接式和间接式两大类。直接式是使激光与被测材料直接作用，通过热弹性效应或烧蚀作用等激发出超声波；间接式则是利用被测材料周围的其它物质作为中介来产生超声波。激光产生超声波机理热弹机制当入射光的功率密度较低（金属材料的典型值是106W/cm2）时，材料表层由于吸

5、收光能导致局部升温，引起热膨胀而产生表面压力，同时激发出横波、纵波和表面波。由于激发功率的密度较低，表层的局部升温没有导致材料的任何相变，即材料处于弹性范围内，因而具有严格无损检测的特点。热弹机制由于对表面无损伤，且能产生各种波形，所目前应用最广。激发效率很低。热弹激发机理原理当入射光的功率密度逐渐升高时，材料表层的瞬态升温将逐步导致材料的熔化、汽化和形成等离子体。这时将有一小部分表面物质被喷射出来，从而给样品表面施加了一个非常高的反作用力，导致声波的产生。在这种机制下可以获得大幅度的纵波和表面波，激发效率比热弹机制高4个数量级。但由于它每次对表面产生约0.3m的损伤，所以只能用于某些场合，且

6、通常用来产生超声纵波。烧蚀机制烧蚀激发机理原理p常用的检测方法有电学检测法和光学检测法两大类： 电学检测法主要以借助换能器接受超声波信号，其中有接触的压电陶瓷换能器（PZT），以及非接触的电容换能器（ESAT）、电磁换能器（EMAT）。 光学方法可以实现远距离检测， 达成真正意义上的非接触检测。光学方法可以分为干涉法和非干涉法。技术方法电学检测法电容换能器法（ESAT） 基于电容效应的一种换能器 通过检测电容的变化，分析工件的表面平整度和内部缺陷。 检测频带宽， 但极板需抛光，实际操作安装难度大 电学检测法电磁换能器法（EMAT） 电磁换能器是由线圈和强磁场（一般是永磁体）组成，工作原理可以分

7、为洛仑磁力和磁致伸缩力两种 主要应用于高温环境下的材料非接触检测 如果磁场垂直于表面，检测器对检测剪切波较为灵敏；若磁场与表面平行，则检测器对检测纵波较为灵敏。光学检测法非干涉法 非干涉检测法将超声波信号直接调制到光强信号中，用光电探测器直接探测。 利用超声到达样品表面或沿样品表面传播时样品表面的形状或反射率的改变，导致反射光的位置或强度发生变化来实现。 常见的有光衍射技术、光偏转技术等。 发展较完善，但应用有局限性，故没有推广光学检测法干涉法 基于超声波在表面传播或到达表面时超声波的位移引起光束相位或频率的改变来实现。实现这一手段的方法和仪器主要有零差法、外差法、差分位移干涉仪，速度或时延干

8、涉仪等，以零差法为例： 激光超声技术是利用激光来激发和检测超声的一门新兴技术，是一种涉及光学、声学、热学、电学、材料学等多学科的科学与技术。与传统的超声无损检测技术相比，激光超声技术具有以下优点： 1、非接触性 ； 2、远距离遥测 ； 3、频带宽 ； 4、高的时空分辨率 ； 5、对检测部位的空间位置要求不高 ； 6、具有特殊的方向性相关应用p应用举例1、高精度的无损检测；2、恶劣环境下的材料特性测量；3、快速超声扫描成像。相关应用l 李刚. 激光超声技术及其在金属无损检测方面的应用 DD. 武汉: 华中师范大学, 2004.l 施德恒, 陈玉科, 孙金锋, 等. 激光超声技术及其在无损检测中的应用概况J. 激光杂志, 2004, 25(5): 1-4.l 杜丽婷, 刘松平. 激光超声检测技术J. 无损探伤, 2011, 35(5): 1-4.l 周益军, 张永康, 周建忠,