金屬材料表面缺陷及殘余應(yīng)力的激光超聲無損檢測研究.pdf

1、本文從有限元數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)兩方面研究了掃描激光源法檢測板狀和柱狀金屬材料表面微小缺陷的機(jī)理和激光聲表面波傳播特性，并針對表面缺陷的重要成因--表面應(yīng)力，建立了激光超聲應(yīng)力探測系統(tǒng)。 改進(jìn)了差分式光偏轉(zhuǎn)聲表面波探測系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)，提高了超聲表面波探測的空間分辨率，并采用蒙特卡洛算法對光束在測量系統(tǒng)中的傳播過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，對系統(tǒng)的探測機(jī)制、線性度進(jìn)行了討論。為了驗(yàn)證該探測系統(tǒng)的有效性，采用掃描線光源法，以該探測系統(tǒng)來接收超聲表面

2、波，實(shí)現(xiàn)了平板金屬材料表面微小缺陷的探測。 基于激光熱彈性激發(fā)超聲波的經(jīng)典理論，利用有限元計(jì)算方法對脈沖激光線源作用于缺陷邊緣時(shí)產(chǎn)生的溫度場和聲場進(jìn)行了模擬，分析了缺陷的存在對溫度場和聲場的影響，討論了不同缺陷深度下超聲場分布的變化，并對激光線源掃描至缺陷邊緣時(shí)產(chǎn)生的表面波峰－峰值增大的現(xiàn)象進(jìn)行了解釋。 將掃描線源技術(shù)應(yīng)用于柱狀金屬材料表面缺陷的檢測，用有限元方法分別模擬了傳統(tǒng)pitch-catch法和掃描線源方法探測柱

3、狀材料表面缺陷的過程，比較了兩種方法得到的缺陷信息，討論了缺陷深度對這兩種方法有效性的影響。從數(shù)值計(jì)算結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，掃描線源法應(yīng)用于柱狀材料與平板材料上時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象不同，建立了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)。 建立了金屬表面應(yīng)力分布的激光超聲探測系統(tǒng)，并利用該系統(tǒng)測量了鋁合金表面焊接時(shí)遺留的殘余應(yīng)力。該探測系統(tǒng)采用激發(fā)源和被測樣品二維平移方式，實(shí)現(xiàn)了在樣品表面的快速二維掃描，根據(jù)測得不同傳播距離的超聲表面波信號(hào)，采用波形相關(guān)算法，計(jì)算出聲表面