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《基于激光超声无线波的无损检测的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、摘要：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。通过应用激光衍射检测技术,可以实现微小缺口(孔洞的实时、无损、原位检测,进而获得包括缺口面扩展演化、张开位移
2、、应力强度因子等在内的众多断裂参数,为从理论上研究材料或结构的疲劳、损伤与破坏提供过程依据发展前景。关键词:激光超声检测;声表面波;模具；超声探伤;引言无损检测(Nondestructivetest,NDT)是指不破坏和损伤受检物体,对其性能、质量、有无内部缺陷进行检测的一种技术。无损检测技术是提高产品质量,促进技术进步不可缺少的手段,特别随着新材料、新技术的广泛应用,各种结构零件向高参量、大容量方向发展,不仅要提高缺陷检测的准确率和可靠性,而且要把传统的无损检测技术和现代信息技术相结合,实现无损检测的数字化、图像化、实时化、智能化[1]。工业上常用的无损
3、检测方法有五种:超声检测(UT)、射线探伤(RT)、渗透探查(PT)、磁粉检测(MT)和涡流检测(ET)。高温、高压、高速度、高效率是现代工业的标志,而它的实现是建立在高质量的基础之上。产品的高质量是建立在高质量的设计的基础之上,而工艺的高质量则是使产品质量符合设计要求的必要前提。为保证这些优异的质量,还必须采用不破坏产品原来的形状、不改变使用性能的检测方法对产品进行检测,以确保产品的安全可靠性,这种技术就是无损检测技术。激光超声检测是传统超声检测的进一步发展。它与传统的超声无损检测技术相比,具有非常突出的优点,使其在某些特殊场合,发挥难以替代的作用。激光
4、超声检测技术就是用强度受到调制的激光照射在样品表面上,使材料内部非接触地产生超声振荡。激光超声能同时产生纵波、横波和声表面波等多种模态的声波。激光超声技术的应用,使传统的超声法的应用范围得到大大扩展。应用激光激发声表面波可以对小而薄的样品进行有效地检测,表征材料性质,非常适用于表面微裂纹无损检测1 激光超声波微裂纹无损检测的原理激光超声检测是一种先进的无损检测方法,可用于金属、非金属、复合材料制件的无损评价。在媒质中传播的超声波携带了媒质内部的弹性性能及结构特征等有关信息,因而可以通过声波的速度、衰减及色散等参量来评价媒质的一些基本物理参数和特性。如果材料
5、中存在不连续、裂隙或断层等局部声阻抗突变的区域,则探测声波会在这些区域发生散射也可以视为受到某种调制,进而导致声场分布特征发生显著改变。经过调制后声场的变化必然携带了材料内部缺陷或反常区域的状态信息。利用这些变化的声场来达到反演材料内部奇异区域的信息,实现对物体的缺陷进行检测,对材料进行物性评价。光束被分成两束。将这两束光聚焦并分别投射到平衡接收器的两个光敏面上。通过调节三棱镜位置,将反射光束分成光通量相等的两束光(用实线表示)。当样品表面有声扰动时,受声扰动的表面因脉冲波影响而引起局部倾斜。当入射于表面的探测光斑的尺寸远小于要检测的最短声波时,声扰动导致
6、表面倾斜,从而引起反射光发生偏转,偏转的反射光束携带着声脉冲的信息。发生偏转的反射光束(用虚线表示),经准直透镜L2,照射在三棱镜的棱边上,此时反射光束的中心相对于直角棱边发生微小偏移量h。通过棱镜分出的两束光,在平衡接收器两个光敏面上的光通量也发生了等量的变化,由平衡接收器内部的差分、放大电路把声扰动的信号进行了放大输出,即可反映出声脉冲信号。2 光差分技术检测激光声表面波光偏转法检测超声波原理如图2所示。当一束直径为D的检测光源经焦距为f1的透镜L1聚焦入射至样品表面,反射光束经焦距为f2的透镜L2准直式中I0为探测光束中心的光强度,R是在棱镜上的光成
7、圆形光斑,投射在直角三棱镜棱边上,此时出射当模具表面有声表面波扰动时,反射光发生偏转。反射光束的中心相对于直角棱边产生微小偏移h,则两束光光通量的变化分别为:凸透镜(或柱面透镜)聚焦成点源(或线源)。实验触发信号是由上升时间响应为100ps的光电二极管,获取脉冲激光经分光片反射的散射光来实现。检测光束由波长为632nm、功率为8mW的连续激光器发出。为方便调节激发光束投射在样品上的位置,将用于改变光束方向的直角三棱镜和聚焦透镜放置在平移台上[5]。基于光偏转法的光差分检测系统如图3所示。声表面波是由波长为532nm、脉宽为8sn的脉冲激光器来激发。入射到样
8、品表面上的激光能量可以通过激光器本身和检测光路中的衰减片来调节。参
