基于激光超声表面波的模具微裂纹无损检测的研究

在现代工业的生产中,模具质地的好坏直接关系到所生产的产品质量.为了获取模具质地的信息,将声表面波与激光超声检测技术相结合,利用声表面波在介质深度不同的表面层传播时,振幅随深度的增加迅速衰减,提出了一种新的模具无损检测方法.由于激光源可以聚焦成点光源(或线光源),使得所获得的波形能够对小和薄的模具进行有效的检测,可以扩展至传统的检测方法的检测盲区内.通过实验分析知,其对材料性能表征和对材料表面和亚表面微小缺陷高度敏感,非常适用于微缺陷的无损检测.     

基于声表面波的V型裂纹快速检测数值研究

为了实现对金属表面V型裂纹深度的快速检测,本文研究了声表面波与一定深度范围内的V型裂纹的作用过程,采用有限元方法模拟了热弹机制下,线性脉冲激光源激发的声表面波信号在金属材料中的传输过程,以及声表面波与V型裂纹的相互作用.研究结果表明,不同深度的V型裂纹和声表面波有不同的相互作用.通过分析不同深度裂纹与声表面波的作用机制...     

基于EMD的激光声表面波仿真分析

激光超声凭借其具有非接触、信号的信噪比高、灵敏度高、频带宽等特点,在材料的检测方面有着独特优势.本文利用有限元软件针对激光激励声表面波过程进行了数值模拟,得到了声表面波的传播特性;对实际检测信号进行了EMD去噪,得到了去噪后的重构信号,将去噪后的信号同仿真信号对比.结果证明激光超声激发的声表面波主要沿着材料表层向四周发...     

激光激发源对声表面波的影响

利用激光激发声表面波及光差分技术研究激光源对声表面波的影响。实验中利用了Nd∶YAG脉冲激光器激发超声,采用632nm的He-Ne激光器基于光束偏转法的光差分检测系统,测量了铝样品表面的声表面波,获得了很好的信号。在此基础上研究了激发源的形状和能量对激发的声表面波幅度的影响。同时从热弹和融蚀机制下讨论激光声表面波的产生。在这两种机制下,声表面波的幅度发生了很大的变化。随着激光能量密度的增加,声表面波的幅度由线性变化转换为非线性变化。这一结果对激光激发声表面波理论研究有一定的指导意义。     

声表面波脉的冲编码调制振荡器

论述了一种直接式声表面波脉冲编码调制振荡器的工作原理及设计方法。实际制作了工作频率为３９４ＭＨｚ、调制频偏大于２００ｋＨｚ、调制信号码速率大于４００ｋｂｉｔ／ｓ输出率大于５０ｍＷ、温度稳定性优于±５０×１０＾－６（－２０－＋６０℃）的性能优良的声表面波脉冲编码调振振荡器。     

激光激发材料中近场声表面波的数值模拟

用有限元方法数值模拟了激光热弹机制下激发材料中的声表面波,分别建立了激光照射无表面缺陷的材料以及含有矩形凹槽缺陷情况下声表面波激发与传播的模型,通过数值计算分别得到了无表面缺陷和存在不同深度表面缺陷的情况下,位于激光光斑辐照半径内固定一点的垂直于材料表面方向的位移曲线.进而计算了固定缺陷尺寸情况下位于入射激光光斑半径之外几百微米范围内各点垂直于材料表面方向的位移.     

基于偏振差分干涉技术声表面波检测系统研究

针对宽频声表面波的高灵敏度检测需求,研究设计搭建了基于偏振差分干涉技术的激光声表面波检测系统。实验中从干涉条纹可见度和差分信号的大小来评估系统的调试效果,利用压电陶瓷纳米位移台和SIOS干涉仪对检测系统进行测试和标定,得到系统的最小静态、动态检测位移;对系统各组成部分的噪声信号进行分析,并提出相应的抑制方法。最后对系统进行重复性测量,并对铝、硅样片上的激光声表面波信号进行检测。本研究为声表面波检测系统的性能评估提供了科学可行的方法,为声表面波技术在无损检测中的应用提供了一种可靠的测量手段。     

激光冲击硬化层中激光声表面波的实验研究

激光冲击硬化通过在材料的近表面产生残余压应力来提高材料的表面硬度和抗疲劳寿命。材料近表面性质的变化能够导致在其中传播的声表面波发生色散。为了研究激光冲击硬化后金属Al合金样品中的激光声表面波(SAW)的传播,提出一种合理的宽带激发和接收方法,搭建了由激光激发、聚偏二氟乙烯(PVDF)传感器接收超声信号的实验装置。分别对不同条件下激光冲击的Al合金样品中的激光声表面波进行了探测,通过对接收到的超声信号进行时频分析得到了信号的频谱以及声表面波的相速度色散曲线,速度色散主要是由于晶粒方向改变和错位密度的增加引起的。     

激光阵列用于改善声表面波信噪比的数值研究

为了改善激光超声检测中声表面波的信噪比,利用对激光线源进行时间和空间上的调制获得激光阵列作为激励源辐照铝板表面,采用有限元法分别模拟了大位移幅值声表面波(巨声表面波)的激发以及巨声表面波与铝板表面矩形缺陷相互作用的过程。结果表明,激光阵列经过时间调制后辐照铝材料上激发出的声表面波,其垂直于表面方向的位移幅值与阵列中线源个数成线性比例;且巨声表面波与表面缺陷作用后所产生的反射回波的位移幅值也随着线源个数的增多得到明显增大。模拟结果对在激光超声检测中应用激光阵列提高声表面波的信噪比提供了理论依据。     

声表面波脉冲编码调制振荡器

论述了一种直接式声表面波脉冲编码调制振荡器的工作原理及设计方法。实际制作了工作频率为３９４ＭＨｚ、调制频偏大于２００ｋＨｚ、调制信号码速率大于４００ｋｂｉｔ／ｓ、输出功率大于５０ｍＷ、温度稳定性优于±５０×１０－６（－２０°Ｃ～＋６０°Ｃ）的性能优良的声表面波脉冲编码调制振荡器     

低频液体表面波的激光干涉测量

对于频率为几十赫兹的液体表面声波,提出了一种激光干涉测量方法,并在实验上观察到了反射光所形成的稳定的、清晰的调制干涉图样,干涉图样被限制在一定的空间区域内,其强度分别在两边界位置达到极大,形成了两个极亮点.理论上导出了调制干涉图样光强度、干涉条纹角宽度、干涉区域角宽度与表面声波之间的解析关系,并与实验数据进行了对比.基于这一发现,建立起一种适应测量低频表面声波特性及表面张力的实用方法.     

Rapid and Controllable Digital Microfluidic Heating by Surface Acoustic Waves

Fast and controllable surface acoustic wave (SAW) driven digital microfluidic temperature changes are demonstrated. Within typical operating conditions, the direct acoustic heating effect is shown to lead to a maximum temperature increase of about 10 °C in microliter water droplets. The importance of decoupling droplets from other on‐chip heating sources is demonstrated. Acoustic‐heating‐driven temperature changes reach a highly stable steady‐state value in ≈3 s, which is an order of magnitude faster than previously published. This rise time can even be reduced to ≈150 ms by suitably tailoring the applied SAW‐power excitation profile. Moreover, this fast heating mechanism can lead to significantly higher temperature changes (over 40 °C) with higher viscosity fluids and can be of much interest for on‐chip control of biological and/or chemical reactions.     

激光合金化对疲劳裂纹扩展速率的影响

在45#钢基体上以TH-2激光合金化专用粉进行激光合金化处理，通过扫描电镜动态原位观察裂纹从基体向激光合金化区(LAZ)扩展的过程，研究了疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子幅(SIFR)的关系，分析了疲劳断口形貌和表面裂纹扩展路径的组织形态。经历一定循环次数之后，激光合金化区内部也出现裂纹，但是合金化区的边界能强烈阻滞裂纹的扩展，一旦基体中的裂纹与合金化区中的裂纹汇合，裂纹失稳扩展。裂纹扩展速率与应力强度因子幅之间的关系不满足传统的Paris公式，裂纹在基体中扩展的断口形貌有典型的疲劳辉纹，而合金化区的断口呈脆性断裂的形貌。从抗疲劳裂纹扩展的要求来看，有必要针对不同的基体材料，设计不同的合金化粉末，通过适当增加合金化区的韧性相，进一步提高激光合金化区抗疲劳裂纹扩展的能力。     

检测发动机叶片的相控阵超声换能器设计

相控阵超声检测技术能够为发动机叶片表面裂纹的检测提供方法。设计并制作了满足检测要求的带有楔块的相控阵超声换能器,该换能器包含阵元和楔块,其中阵元为线阵,个数为32,中心频率为5MHz,阵元宽度为0.3mm,阵元间距为0.1mm;楔块与叶片的表面完全耦合。采用有限元法对相控阵超声换能器和楔块的设计理论进行可行性验证。同时,构建相控阵超声检测系统,对叶片试样进行检测试验,试验结果表明,设计的带楔块的线阵换能器能实现对试样表面裂纹缺陷的检测。     

ZrO2陶瓷激光加热辅助切削工件表面性能的研究

ＺｒＯ_２陶瓷材料在不同激光参数的照射下,表面的组织和物理性能;ＺｒＯ_２的抗热震性能。并用解析法对激光加热温度场分布规律进行了分析计算,为ＺｒＯ_２陶瓷材料激光加热辅助切削工艺提供依据。     

基于超声热波成像技术的机车钩舌的裂纹检测

铁路机车钩舌部件长期受到挤压、弯曲、冲击,造成材料疲劳,产生细微裂纹,裂纹在铁路机车长期运行过程中会逐渐扩张,容易造成重大事故,因而对铁路机车钩舌裂纹检测十分重要.但铁路机车钩舌部件表面布满铁锈、灰尘、油污等,常规无损检测技术手段无法直接应用,本文采用超声热波成像技术对机车钩舌部件进行裂纹检测,该技术对表面的形状、锈迹、粉尘及污染等不敏感,在裂纹等缺陷检测中有特殊的应用优势.通过该系统对机车钩舌的裂纹检测,成功检测出钩舌裂纹缺陷,验证了该技术对机车钩舌裂纹的检测能力.     

碳钢件表面裂纹缺陷激光修复研究

采用双光束激光修复碳钢零件的表面裂纹。裂纹修复区堆焊层与零件基体间存在一明显的白色熔合结合带 ,组织结构中存在联生的胞晶组织及树枝状、针状组织。枝晶为先析出相γ Ni,固溶有大量的Cu和Fe ;枝晶间隙除低熔点金属外 ,含有γ Ni,NiSi2 ,Cr3 Ni2 ,CrSi。修复区送料堆焊层的硬度明显高于碳钢基体的硬度 ,约在HV0 .2 40 0～HV0 .2 45 0 ,随后由堆焊层到过渡区逐渐降低     

激光脉冲波形对液体中热膨胀机制致声特性的影响

首先阐述了激光与液体媒质作用通过热膨胀机制激发平面光声源的理论;分别针对激光脉冲为正弦波形、三角波形和高斯波形的情况,推导了激光脉冲分别在约束界面和自由界面下产生声脉冲的解析解,然后通过仿真得到了激发声波的光声脉冲剖面和时空分布图;并对比分析了正弦波形、三角波形和高斯波形的激光脉冲分别在约束边界和自由边界下激发声波的峰值声压、光声转换效率和波形等特性.     

基于激光热成像的金属表面缺陷深度检测

为了突破传统方法对材料表面缺陷深度检测的局限性,提出了一种基于透射式激光热成像的无损检测技术.选用激光源作为激励源,对被测材料的缺陷表面进行加热,加热点选在材料表面缺陷正下方处,激光输出功率为50 W,加热时间为1 s.在加热过程中,材料背面的温度场由于热流在材料缺陷传导过程中的影响而产生温度差异,故使用红外热像仪对加...