掃描激光源法激發(fā)聲表面波用于金屬表面裂紋檢測(cè)的研究.pdf

1、本文通過有限元數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)兩種手段，研究了基于全光學(xué)激發(fā)/探測(cè)的掃描激光源法檢測(cè)鋁材料表面微小裂紋的機(jī)理和激光聲表面波傳播特性。通過分析激光源和表面裂紋相距不同距離時(shí)激發(fā)超聲波的特點(diǎn)，研究了表面裂紋對(duì)于激光線源激發(fā)遠(yuǎn)場(chǎng)、近場(chǎng)聲表面波的作用機(jī)制。
　　 利用有限元方法建立了線光源在鋁板中激發(fā)超聲波的物理模型，并用表面凹槽代替現(xiàn)實(shí)中的表面裂紋，模擬了掃描激光線源法在含表面裂紋樣品表面的掃查過程；針對(duì)激光源入射于表面裂紋之上的情況提

2、出“雙光源法”，著重關(guān)注了此時(shí)超聲波的激發(fā)和傳播。通過分析激發(fā)的各模式超聲波的到達(dá)時(shí)間可以獲得表面裂紋的取向、深度等信息；接下來，將掃描激光源法與雙光源法結(jié)合用于表面裂紋的探測(cè)，使得一個(gè)探測(cè)周期內(nèi)可以同時(shí)獲得表面裂紋的位置、深度以及取向等信息；最后，搭建相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所得結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果吻合，從而驗(yàn)證了掃描激光源結(jié)合雙光源法探測(cè)表面裂紋數(shù)值模型的正確性。
　　 在前文模型的基礎(chǔ)上，改變雙光源激發(fā)超聲波模型中表

3、面裂紋的角度和深度，分析了當(dāng)裂紋取向從5°到175°之間變化，和裂紋深度從1mm到5mm變化時(shí)，激光源激發(fā)的超聲波的變化，并初步解釋了各模態(tài)超聲波的產(chǎn)生原因，詳細(xì)研究了通過分析超聲波各模態(tài)到達(dá)探測(cè)點(diǎn)的時(shí)間來反演表面裂紋取向以及深度的可行性。
　　 從實(shí)驗(yàn)上改進(jìn)了經(jīng)典的掃描激光線源法，在原先實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上將超聲激發(fā)光源由線源改為點(diǎn)源，并將激發(fā)光源的掃描方式由單純的一維線式掃描變成二維面式掃描，實(shí)現(xiàn)了樣品表面的二維光聲成像?；谶@

4、一思路，搭建二維光聲裂紋檢測(cè)系統(tǒng)，并利用這一檢測(cè)系統(tǒng)分別對(duì)含有真實(shí)的可見表面疲勞裂紋以及不可見表面疲勞裂紋的金屬樣品進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示這一檢測(cè)系統(tǒng)不僅可以得到表面疲勞裂紋的位置信息，還可以得到表面疲勞裂紋的長(zhǎng)度信息。另外從檢測(cè)結(jié)果中還可以看出，該檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)肉眼不可見的疲勞裂紋有一定的檢測(cè)能力。
　　 基于光熱調(diào)制的激光超聲用于缺陷檢測(cè)的理論，綜合了掃描激光源法的優(yōu)點(diǎn)，提出并搭建了基于光熱調(diào)制的聲表面波的激光超聲裂紋檢測(cè)系統(tǒng)，并對(duì)