激光超声检测带涂层金属表面裂纹的数值研究

为了研究线源脉冲激光激发的超声波在带涂层金属板表面裂纹检测方面的应用，采用有限元模拟的方法，分别建立了含有裂纹的带镍涂层和不带镍涂层金属板模型，并模拟出激光激发出的瑞利波以及瑞利波的传播过程。通过对接收点处的波形进行理论分析，得出了涂层厚度、裂纹深度与瑞利波时频域信号的关系。结果表明，瑞利波波速随着涂层厚度h的不同而不断变化；当表面存在裂纹时，不带涂层模型的反射瑞利波与剪切瑞利波的到达时间差Δt与裂纹深度h_c成线性关系，带涂层模型的Δt与h_c以涂层厚度为分界点成分段线性关系。此研究结果为实际测量带涂层金属板的表面裂纹深度提供了参考。     

激光红外热成像材料表面裂纹检测的研究进展

表面裂纹缺陷是材料中危险的缺陷形式,及时发现服役过程中产生的表面裂纹至关重要。激光红外热成像不仅具有传统红外检测的优点,还因激光能量密度高等特有优点,可远距离检测材料表面微小裂纹。综述了激光红外成像系统平台组件及其关键参数对激光红外成像检测的影响。从图像处理、优化工艺参数等角度入手,阐述了激光红外热成像检测表面裂纹缺陷的定性识别,进一步介绍了对材料表面裂纹缺陷长度、宽度以及深度特征的定量表征。最后对激光红外热成像检测表面裂纹缺陷进行了总结归纳,以及展望其未来的发展方向。     

激光超声检测表面裂纹深度的数值模拟

为了研究激光冲击所引起的瑞利表面波在材料表面裂纹检测方面的作用,采用ABAQUS建立了激光超声无损检测表面裂纹的模型,并模拟激光在材料表面激发瑞利波及瑞利波沿材料表面传播的过程。从激光的峰值压力、空间分布、时间分布3个方面将激光冲击作用等效成力的作用,体现了激光参量在作用过程中所起到的作用;同时,使用无限单元消除了边界的反射回波。通过对接收点处瑞利表面波信号的分析,进行了不同深度表面裂纹对瑞利波回波峰值影响的定量比较。结果表明,瑞利反射波的正向峰值与下一次最大正向位移所对应的时间的比值和表面裂纹深度之间存在着线性关系,进而为实验测量表面裂纹深度提供了一种测量方法。     

激光瑞利波的时间依赖性探测表面缺陷深度

针对金属构件表面微小缺陷非接触式定量检测的难题,本文采用有限元法模拟了激光产生的瑞利波与不同深度的表面缺陷的相互作用,研究了瑞利反射波与表面缺陷深度的时间依赖关系。通过分析该时间依赖关系的产生机制,提取出能够定量表征表面缺陷深度的时域特征量,得出了该时域特征量与表面缺陷深度的数学关系表达式,并利用该数学关系表达式进行了激光超声表面缺陷检测实验中的深度计算。结果表明,实验结果与数值模拟结果具有良好的一致性,该时域特征量与缺陷深度呈线性关系,能够定量表征表面缺陷深度的范围为0.1~0.5 mm,最大误差≤0.06 mm。     

移动扫描激光线源检测圆柱表面缺陷实验研究

为了研究瑞利波与圆柱表面缺陷的相互作用,并以此作为检测圆柱表面缺陷的理论依据,设计了一套实验装置,该装置采用脉冲激光线源产生超声波,激光干涉仪探测瑞利波信号,通过改变激发源与人工缺陷的相互位置研究了瑞利波与缺陷的相互作用过程。实验中在不同的相互位置得出了不同的瑞利波波形,反射瑞利波的峰-峰值随激光源与缺陷的距离减小而增大,且当激发点位于缺陷边缘处时波形的极性改变。结果表明,当应用本装置时,通过改变人工缺陷与激光光源相对位置,再利用检测峰-峰值的极大值情况和根据接收到的瑞利波的极性可以判断缺陷的位置。     

激光声表面波检测材料表面微缺陷数值研究

采用平面应变的有限元模型数值模拟了激光线源辐照铝板表面激发出的声表面波的时域波形,比较了不同接收位置得到的位移信号的模式组成;同时研究了激光线源辐照区域近场存在表面微缺陷时产生的时域波形。数值结果说明：当激光源靠近表面微缺陷时激发出的声表面波模式中掠面纵波与瑞利波的位移信号均由典型的单极性迅速转变为显著的双极性特征,且瑞利波的峰-峰值将增加两倍左右,位移信号强度的显著变化为利用扫描激光检测材料表面微缺陷提供了理论依据。     

HF蚀刻+逐层抛光法表征熔石英亚表面损伤层深度

脆性材料的研磨过程会不可避免地产生亚表面损伤层,对亚表面损伤层的表征和抑制一直是获得高激光损伤阈值熔石英光学元件的关注热点。回顾了几种亚表面有损表征技术,通过实验重新评价了蚀刻表面峰谷(PV)粗糙度法的可行性,分析了其误差较大的原因。在此基础上,提出了一种新的亚表面损伤层深度检测方法——HF蚀刻+逐层抛光法。分别采用这两种表征技术以及粗糙度估计法、磁流变斜面抛光法对不同工艺研磨的熔石英亚表面裂纹深度进行了对比检测,结果表明这几种表征方法相互符合很好。     

基于脉冲激光点光源热成像方法检测钢材表面裂纹

在损伤之前检测和表征钢材上的表面裂纹是一项非常重要的任务,对于涉及相关的结构安全有重大意义。本文采用了一种非接触式的脉冲激光点光源热成像技术,用于检测钢结构试件的表面破裂裂纹。使用脉冲点激光源将热量加载到材料表面,热流在传导过程中会受到裂纹缺陷的影响,裂纹的边界处阻挡的热流导致表面产生了明显的温度差,红外热像仪实时监测表面温度场的变化来实现裂纹缺陷的可视化。通过有限元仿真分析与实验验证的方法进行研究,结果表明:激励开始后,裂纹缺陷边界开始出现温度差,激励结束后,温度差达到峰值,实现裂纹缺陷的可视化;缺陷边界的温度差峰值以及出现时间与激励中心的距离相关。同时为下一步的定量检测奠定基础。     

等效载荷法模拟激光超声微裂纹检测

基于等效载荷法,应用有限元软件Abaqus模拟了脉冲激光激发的超声表面波在预加裂纹的半无限大弹性薄板内的传播,并探讨了微裂纹的尺寸对超声信号的影响。将脉冲激光激励等效为作用在薄板表面的在时间和空间上均满足高斯分布的脉冲载荷,并通过引入修正系数建立了激光的物理参数与峰值载荷的定量关系。在实验验证了有限元模型和等效载荷法正确性的基础上,探讨了裂纹的宽度、深度对反射波和透射波声学特性的影响。结果表明,所建立的等效载荷法能有效地模拟激光超声检测裂纹的实验过程,对激光超声的数值模拟研究以及在裂纹检测方面的应用具有重要的意义。     

基于光热调制检测发动机叶片疲劳裂纹的激光声表面波方法

提出了基于光热调制的激光声表面波检测疲劳裂纹的实验系统和方法,并将其用于发动机叶片疲劳裂纹的检测。Nd∶YAG激光器产生的激光通过凸透镜聚焦在样品表面,同时用半导体激光在激发点同一位置进行光热调制,利用干涉仪在另一位置探测声表面波信号。利用精密平移台在可能的裂纹区扫描激发源和加热源,获得打开光热调制和关闭光热调制时的声表面波信号,也即不同位置处样品加热和冷却时的信号Sheat和Scool,由于光热调制产生的压应力使裂纹闭合,使Sheat产生明显的峰值变化,因此差值信号ΔS=Sheat-Scool即为疲劳裂纹闭合引起的信号变化。对叶片表面裂纹检测的实验结果表明,该方法具有较高的检测灵敏度和可靠性。     

热弹激光超声激励及缺陷检测的有限元分析

为了探讨热弹激光超声的激励机制及其在缺陷检测中的应用,采用有限元分析法对材料中的温度场及应力场进行了计算.阐述了脉冲激光辐照材料的理论基础,将脉冲激光加载于工件表面,同时考虑对流和辐射换热边界条件,分析了材料中的温度场;基于热固耦合,将温度场加载于应力场分析过程中,讨论了热弹机制下纵波声场和横波声场的指向性分布,并通过...     

激光扫描混凝土裂缝的超声检测

为了探究激光扫描混凝土裂缝进行超声检测的可行性, 采用激光扫描混凝土表面激发声场、表面波探头接收超声信号的方法, 进行了相应的实验验证。通过对实验信号峰峰值和双极性特征分析, 实现了混凝土表面裂缝的定位。同时采用有限元方法模拟了扫描激光在材料表面激发声场的过程, 对超声信号进行了时域和频域上的分析。结果表明, 当激光与裂缝边沿距离在1mm时, 接收信号具有典型的双极性, 且峰峰值达到极大值; 当激光与裂缝边沿距离继续减小时, 峰峰值迅速降低。通过扫描激光激发超声, 在打点范围上形成由信号峰峰值表征的2维图像, 由峰峰值突变特征和信号的双极性特征, 可以实现混凝土表面缺陷边缘的定位。     

激光超声在缺陷材料中散射波形的声谱分析

利用有限元法模拟了脉冲激光作用于单层铝板表面,由热弹机制产生超声波及其传播过程。针对相同厚度而含有不同深度的表面裂痕与给定埋藏深度的亚表面裂痕的单层铝板进行了对比计算,初步得到了声表面波经过表面裂痕及其亚表面裂痕时产生的反射及透射波形的特征;同时基于Wigner Ville分布的时间频率分析,得到了在裂痕前、后激光激发的瞬态表面波形的能量在时间频率平面内分布的情形,并就时频分析结果提出了不同深度的表面裂痕与亚表面裂痕对声表面波的声谱特征产生的显著影响,为激光超声的无损检测技术走向定量化提供了初步的理论依据。     

基于表面波增强效应的圆柱表面缺陷检测方法研究

激光照射金属圆柱表面激发出的声表面波,在沿圆柱表面传播过程中产生色散和相移,并在表面缺陷前沿处幅值会有显著增强的现象,为表面缺陷的检测提供了新途径。基于激光激发的声表面波这一现象,提出通过扫描检测点的方法确定缺陷的位置,给出了表面波在表面缺陷附近的传播路径和缺陷深度计算公式。数值研究表明:(1)相对于脉冲回波法,扫查检测点方法提高了缺陷检测的位置精度,有效减小了圆柱表面波传播过程的色散和频移现象对缺陷位置精度的影响。(2)当缺陷深度范围为1~2 mm,通过给出的缺陷深度计算公式得到仿真缺陷深度与实际缺陷深度之间的误差控制在6 %以内,验证了提出的缺陷深度计算公式的有效性。以上研究结果为应用表面波检测圆柱类零件表面缺陷提供了有价值的参考。     

基于激光热成像的铁氧体裂纹检测

铁氧体裂纹缺陷的位置和形态对其性能有不同程度的影响,现有的检测方法不能同时满足远距离、非接触的直观反应缺陷情况的需求。将基于激光热成像缺陷检测方法用于铁氧体工件检测,分析了激光扫描路径平行裂纹时的试样表面温度分布规律,提出了延时对称点温差的表征裂纹方法,将该方法与垂直裂纹扫描时的扫描路径上最高温的方法相融合,并将该方法用于检测真实的铁氧体裂纹。检测结果可更直观清晰的显示出铁氧体试样任意角度的裂纹的位置和形态。