針對大厚度材料內(nèi)部缺陷的檢測問題,利用缺陷對激光超聲的衍射作用實現(xiàn)了內(nèi)部缺陷的定位定量檢測。首先利用Comsol軟件研究了激光超聲與內(nèi)部缺陷的作用過程,建立了激光超聲接收信號計算模型。通過激光超聲檢測系統(tǒng),對45鋼試塊內(nèi)部缺陷進(jìn)行定位定量檢測實驗。實驗結(jié)果表明:缺陷檢測的定位相對誤差在5%以內(nèi),定量相對誤差在10%以內(nèi)。該實驗證明了利用激光超聲缺陷衍射體波法檢測內(nèi)部缺陷位置和大小的可行性,實現(xiàn)了真正意義上的激光激發(fā)和接收的非接觸檢測技術(shù)。 

【文章來源】：光學(xué)學(xué)報. 2020,40(12)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

缺陷位置檢測原理圖。（a）起點(diǎn)；（b）中點(diǎn)；（c）終點(diǎn)

為建立激光超聲接收信號計算模型，首先要研究激光超聲與內(nèi)部缺陷的作用過程，了解激光超聲在試塊中的傳播途徑。建立如圖3所示的Comsol有限元仿真模型，以激發(fā)激光為原點(diǎn)建立平面直角坐標(biāo)系，其中激光的脈沖能量為50mJ，光源半徑為0.2mm，脈寬為10ns。材料參數(shù)為Comsol默認(rèn)的鋼材料參數(shù)，45鋼試塊的長和高分別為70 mm和40 mm。激發(fā)點(diǎn)坐標(biāo)為（0,0），缺陷圓心坐標(biāo)為（7.5,10），缺陷直徑為1mm。仿真結(jié)果如圖4所示，其中L波表示縱波，S波表示橫波，LL波表示縱波轉(zhuǎn)縱波，LS波表示縱波轉(zhuǎn)橫波，SS波表示橫波轉(zhuǎn)橫波，SL波表示橫波轉(zhuǎn)縱波，SC波表示橫波轉(zhuǎn)爬波，SCS波表示橫波轉(zhuǎn)爬波再轉(zhuǎn)橫波。首先L波傳播至缺陷處發(fā)生衍射，產(chǎn)生衍射LL波和LS波；隨后S波傳播至缺陷處，產(chǎn)生衍射SS波和SL波，另外部分S波會沿缺陷表面?zhèn)鞑ギa(chǎn)生SC波；SC波沿缺陷表面?zhèn)鞑ヒ欢尉嚯x后離開缺陷表面，傳播至試塊中形成SCS波[17]。

仿真結(jié)果如圖4所示，其中L波表示縱波，S波表示橫波，LL波表示縱波轉(zhuǎn)縱波，LS波表示縱波轉(zhuǎn)橫波，SS波表示橫波轉(zhuǎn)橫波，SL波表示橫波轉(zhuǎn)縱波，SC波表示橫波轉(zhuǎn)爬波，SCS波表示橫波轉(zhuǎn)爬波再轉(zhuǎn)橫波。首先L波傳播至缺陷處發(fā)生衍射，產(chǎn)生衍射LL波和LS波；隨后S波傳播至缺陷處，產(chǎn)生衍射SS波和SL波，另外部分S波會沿缺陷表面?zhèn)鞑ギa(chǎn)生SC波；SC波沿缺陷表面?zhèn)鞑ヒ欢尉嚯x后離開缺陷表面，傳播至試塊中形成SCS波[17]。圖4 激光超聲與內(nèi)部缺陷作用過程。（a)t=2.05μs;(b)t=2.50μs;(c)t=3.60μs;(d)t=4.15μs;(e)t=4.50μs;(f)t=5.00μs

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Application of Laser Ultrasonic Technique for Non-contact Detection of Angled Surface Defects[J]. Guo Ruipeng,Liu Jinghua,Wang Haitao.  Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. 2018(05)
[2]圓管構(gòu)件螺紋處缺陷的激光超聲定位檢測[J]. 李海洋,李巧霞,王召巴,潘強(qiáng)華.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2018(10)
[3]基于激光超聲臨界頻率的表面缺陷檢測與評價[J]. 李海洋,李巧霞,王召巴,潘強(qiáng)華.  光學(xué)學(xué)報. 2018(07)
[4]材料內(nèi)部缺陷的激光超聲反射橫波雙陰影檢測方法[J]. 孫凱華,沈中華,李遠(yuǎn)林,李建文,王增勇,孫朝明.  中國激光. 2018(07)
[5]電磁超聲體波方法對內(nèi)部孔洞缺陷檢測研究[J]. 蔡智超,張闖.  傳感技術(shù)學(xué)報. 2017(01)
[6]中國射線檢測技術(shù)現(xiàn)狀及研究進(jìn)展[J]. 鄔冠華,熊鴻建.  儀器儀表學(xué)報. 2016(08)
[7]鋼軌螺孔傷損激光聲磁檢測系統(tǒng)研究[J]. 孫繼華,趙揚(yáng),馬健,宋江峰,郭銳,劉帥,南鋼洋,賈中青.  光電子.激光. 2014(06)
[8]高端機(jī)械裝備再制造無損檢測綜述[J]. 張元良,張洪潮,趙嘉旭,周志民,王金龍.  機(jī)械工程學(xué)報. 2013(07)



本文編號：3525216