基于衍射横波的裂纹激光超声检测方法

为了评估表面开口裂纹, 采用激光超声衍射横波的方法测量其参量。激光激励的横波传播至裂纹尖端产生衍射信号, 随后被处于裂纹另一侧的传感器所接收。依据不同接收点衍射横波的渡越时间, 推导出裂纹参量的计算公式; 模拟分析了横波在工件中的传播过程, 搭建了裂纹的激光超声测量实验系统, 并采集了衍射横波数据。结果表明, 在有效的检测范围内, 测量值与实际值之间的误差在5%之内。该结果可促进激光超声在表面裂纹检测中的应用。     

利用激光-电磁超声检测钛钢复合板脱粘

结合面质量直接影响钛钢复合板的整体强度。为有效评估粘接性能,提出了脱粘缺陷的激光-电磁超声非接触式检测方案。基于激光超声激励原理,纵波声场指向性以及电磁超声接收理论,搭建了钛钢复合板脱粘缺陷检测系统。在基材侧或复材侧,使用长度10 mm、宽度0.2 mm的脉冲激光线状光斑辐照于材料表面激励超声波,利用中心频率1 MHz的电磁超声纵波换能器在异侧对心处接收信号。探讨了主声束和换能器相对脱粘缺陷移动过程中信号幅值的变化规律,根据试验数据可知,随着换能器被缺陷遮挡长度的增加,信号幅值逐渐降低。当主声束和换能器被遮挡一半时,信号幅值降为粘接良好状态下的0.5倍。因此,可依据信号幅值的变化特征来判定脱粘缺陷,同时也说明了激光-电磁超声技术适用于钛钢复合板结合面的非接触式检测。     

材料内部缺陷的激光超声反射横波双阴影检测方法

为了实现材料内部微小缺陷的非接触无损检测,解决激光超声检测内部缺陷时衍射回波信号弱、透射体波检测无法获得缺陷深度信息等问题,提出了一种激光超声反射横波双阴影检测方法。该方法结合超声透射法和反射法的优点,依据缺陷对反射横波的两次衰减作用,利用时间飞行法对样品进行扫描检测,通过波形互相关算法计算波形时延,精确测量了激光激发点与探测点距离和横波双阴影间距,结合样品厚度实现了对直径为0.8 mm内部缺陷的检出和深度定位。与X射线数字射线照相、传统超声换能器检测的结果进行对比后可知,激光超声方法能够实现材料内部微小缺陷的非接触无损检测和精确定位。     

基于有限元法的激光声磁检测系统优化研究

针对激光超声和电磁超声两种非接触式检测方式在实验中操作复杂和灵敏度低,以及难以观察不同参数对相关物理场造成的影响等问题,文中将有限元法应用到激光声磁混合式检测当中,采用数值分析方法分析了脉冲激光与电磁超声换能器之间的匹配关系对检测灵敏度的影响,研究了激光声磁检测系统的优化设计依据。利用有限元软件建立了激光声磁检测系统的仿真模型,通过正交数值仿真分析了高斯激光脉冲激励超声的温度场和位移场特性,进而观测了电磁超声换能器参数变化对检测灵敏度的影响。结果表明:螺旋型线圈接收的电压信号能正确反应由入射激光在固体中发生热膨胀效应产生的超声位移场,当磁体的高宽比为 1.5 倍时,驱肤层处磁场强度分布最优,提离距离对换能效率的影响呈现负指数变化规律,评价了不同接收间距处电磁超声换能器的接收性能。     

基于激光超声方法的钢轨缺陷检测

针对钢轨探伤可靠性试验及缺陷信号采集处理要求,建立了一套基于激光超声技术的无损检测系统。该系统主要包括高能量脉冲激光器、电磁超声换能器、嵌入式信号采集处理系统以及带有人工缺陷裂缝的P60钢轨试件。在分析利用瑞利波探伤机理的基础上,重点研究了激励线圈阻抗匹配方法,介绍了嵌入式信号采集处理系统工作原理及其信号处理过程。最后利用搭建的激光超声检测系统,实现钢轨表面深度不少于0.5 mm缺陷的定位,并给出了接收信号幅度与提离距离以及缺陷尺寸的关系。     

烧蚀机制下激光超声声场的模拟与实验验证

分析了烧蚀机制下超声波的产生机制,建立了工件有限元模型,将等离子体的冲击力对材料的作用视为超声波的激励源,模拟计算了激光超声波在工件中的传播过程,提取了节点位移的时间历程曲线,求出超声波的速度并由此确定相应超声波的类型。此外,分析了激光超声声场分布,利用半圆形铝质试块进行了激光超声的测量对比实验,采用超声换能器接收纵波、横波以及表面波。通过对比分析可知,数值分析结果与实验数据相符,该有限元数值模拟方法正确可靠。     

基于光纤传导的钢轨踏面缺陷激光声磁检测

针对较容易产生缺陷的钢轨 踏面检测要求,建立了基于光纤传导技术的钢轨踏面裂纹缺陷激光声磁检测(EMAT)系统。 系统通过光纤传导 脉冲激光照射到钢轨踏面激发出超声表面波,表面波在传播过程中遇到钢轨踏面缺陷时发 生模式转换成 横波,再使用电磁超声技术接收超声转换成横波信号。通过本文系统对钢轨试样不同位置 进行扫查,能精 确检测出钢轨踏面裂纹缺陷。实验结果表明,本文系统具有非接触、结构灵活和灵敏度高 等优点,可实现钢轨踏面裂纹缺陷的有效检测。     

激光超声结合电磁超声在铝板无损检测中的应用研究

为了检测金属材料生产、使用过程中的厚度损失及表面裂缝损伤,对比分析了激光干涉仪和电磁超声换能器(EMAT)对金属激光超声信号探测的准确度和实用性。采用激光干涉仪表面波信号与纵波信号相结合的方法探测了铝板厚度,并根据背面纵波信号测量了铝板表面裂痕缺陷深度;采用EMAT表面波信号确定铝板裂痕缺陷的位置,纵波信号确定铝板的厚度。结果表明,相比激光干涉仪的复杂激光超声信号接收光路,EMAT铝板测厚及裂痕缺陷位置检测的误差均在4%以下,且裂痕缺陷位置的预测值不会随着表面裂痕缺陷深度的减小而增加。可见,采用激光超声与电磁超声相结合的方法可有效地降低检测条件的复杂性,提高激光超声的实用性。     

利用激光超声纵波的衍射信号测量开口裂纹

激光超声的纵波声场在工件内部各个方向均有分布,相比于横波和表面波,纵波最先到达开口裂纹处,随后发生衍射以及产生波型转换现象.若提取相应含有开口裂纹信息的超声波信号,便能够达到缺陷识别的目的.基于烧蚀机制下激光超声纵波声场的分布特点,分析了衍射纵波信号的时间及相位特征,并给出了裂纹参数的表达式.建立了含开口裂纹工件的二维...     

激光-EMAT法非接触式无损检测金属内部缺陷研究

为了实现金属材料内部缺陷的非接触式无损检测,采用激光-电磁超声方法进行了理论分析和实验验证研究,取得了钢坯试样中深度为40mm、尺寸为Φ3mm×30mm孔洞人工伤的检测数据,检测结果与实际孔洞位置之间的测量误差约为5%。结果表明,激光-电磁超声技术适用于金属材料内部缺陷的非接触式无损检测。     

相移迁移法在激光超声合成孔径聚焦技术中的应用

通过分析脉冲源激光辐照于工件表面激发的多模式、宽带超声体波信号并结合合成孔径聚焦技术(SAFT),实现了对工件内部微小缺陷的检测、定位和成像。首先基于有限元仿真模拟了激光激发超声波在含缺陷样品中的传播过程,编写了基于相移迁移法(PSM)的SAFT成像算法,然后在实验中使用激光在含缺陷样品表面激发超声波,使用激光测振仪探测超声波,并基于已有算法和探测结果对样品内缺陷进行了检测和定位,以验证算法的正确性。有限元仿真以及实验结果均表明,将激光超声技术与频域SAFT-PSM结合,能够有效地对微小缺陷进行检测和定位,且其图像重构速度快于时域SAFT,可为激光超声无损检测提供更快速的实时技术方案。     

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...     

基于光纤F-P传感器的缺陷波极值实验研究

基于光干涉原理确定初始Fabry-Perot（F-P）腔长度,设计一光纤F-P干涉仪,建立光纤F-P激光超声实验装置,用于试样表面缺陷的非接触式检测。结果表明,激发源、传感系统及缺陷位置一定时,直接表面波的幅值和出现时间及反射回波的出现时间基本不变;缺陷的宽度、深度一定时,缺陷越长,缺陷反射波的幅值越大;缺陷尺寸一定,缺陷长度方向垂直激发源与传感器连线时,缺陷反射波幅值最高,随着倾角减小,幅值逐渐降低,平行时幅值最小。     

横观各向同性复合材料激光超声检测的数值模拟

为了分析横观各向同性复合材料的内部材料属性 ,结合激光超声理论,使用仿真软 件Comsol Multiphysics 建立了复合材料在激光热弹下激发出超声波的等效模型,通过设置 完美匹配层、低反射边界等方法消除了边界回波。采用有限元法模拟了横观各向同性材料中 激发超声波的物理过程,对缺陷回波信号进行了时域分析。结果表明:平板厚度的增加会使 超声波逐渐转变为高阶模态,且随着平板厚度的增加,模态的截止频率会逐渐降低,同时在横观 各向同性复合材料中传播的超声波将逐渐失去Lamb波的特征,转而表现出表面波特征,将 Lamb波向表面波转化激发出Rayleigh波。本次模拟为进一步研究复杂介质中超声波的产生 和缺陷定位奠定了基础。     

二分搜索和压缩感知在激光超声内部缺陷快速检测技术的应用

激光超声检测技术由于其非接触、高灵敏度和高空间分辨率特点,在无损检测领域具有广阔的应用前景。但其在高空间分辨率下进行大面积扫查需要花费较长的扫描时间,实用性受到制约。针对上述问题,文中提出使用二分搜索方法提高了检测速度,并使用压缩感知算法将所探测到的激光超声信号表示为小波基的线性加权组合,最终从二分搜索获得的较少实测激光超声信号中还原出整个待测范围内的信号。进一步,搭建了内部缺陷的激光超声扫描检测装置,使用脉冲激光实现超声的激光激发,多普勒测振仪实现超声的非接触探测,通过固定激发探测距离移动样品的方式实现了基于二分搜索和压缩感知的激光超声内部缺陷快速检测。文中提出的技术不但具有非接触、高灵敏度和高空间分辨率等激光超声的特点,还能提高检测效率。实验结果表明,在120 mm×30 mm×8 mm的铝板上确定缺陷位置需6 min,相比于逐点扫查需要14 min,缩短了体内缺陷定位所需要时间。     

基于阈值频率的激光超声缺陷检测

针对激光超声技术难以定量分析、检测金属样品缺陷的问题,根据不同缺陷深度处反射与透射表面波的频率交叉现象,提出了阈值频率,研究了表面缺陷深度与其对应波长的关系。通过小波分解和频谱分析,探讨和分析了反射波和透射波在频谱能量图中的波形分布特征。结果表明:由阈值频率计算的波长与缺陷深度之间的关系(即λ=4 h)与理论数据分析结果吻合良好;并随着缺陷深度的增加,波长也随之表现出线性增加的特性。由此可见,该分析方法达到了预期的效果,为表面缺陷深度的进一步定量表征提供了参考方向。     

“钢-铅”粘接结构非接触激光超声检测方法

为了解决核工业领域防辐射用钢铅粘接结构的非接触、高精度无损检测问题,研究激光超声检测方法。建立了粘接结构模型,分析了激光超声的传播及脱粘导致的声波反射和衰减;实验测量了良好粘接与脱粘处的窄带激光超声信号,观测到脱粘导致的界面反射信号幅度变化;分析得出表征脱粘的激光超声反射系数与声波频率和测量位置的关系;通过激光超声C扫描方法实现模拟脱粘试样的检测与成像。研究表明:激光超声方法可以实现两层钢铅粘接结构脱粘的成像检测,在核工业防辐射结构检测中具有应用前景。