激光超声技术检测表面缺陷的发展与探索

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激光超声技术检测表面缺陷的发展与探索

作者：邹蕴潘玥昕

来源：《商情》2016年第20期

【摘要】本文介绍结构表面缺陷超声检测技术的研究现状，结构表面缺陷的超声检测原理，激光超声检测微缺陷技术，本文为结构表面缺陷的激光超声检测技术提供理论参考与指导。

【关键词】激光超声表面缺陷表面波

激光超声是研究利用脉冲激光来激发和检测超声，并开展超声传播的和媒质特性等研究的学科。利用激光超声对材料进行无损评价包括激光超声的激发与传播以及超声波在缺陷附近的散射。表面缺陷是机件在表面张力的作用下产生的表层张裂现象，然而分布在表面缺陷底部的集中应力将会促使表面缺陷迅速生长最终导致机件报废。因此，表面缺陷的检测在航空及机械工业材料的在线检测与无损评估领域中占有极为重要的地位。

一、超声检测技术的研究现状

超声检测法基于超声波与试件之间的相互作用，就反射、透射和散射波的波形特征进行研究，来对待测工件进行宏观缺陷检测、几何特征测量、组织结构和力学性能变化的检测与表征，进而达到对其特定应用性进行评价的目的。常规的超声检测法的优点是：作用于材料的超声强度有足够的低，最大作用应力远低于弹性极限；可用于金属、非金属、复合材料制件的无损评价；对确定材料中缺陷的大小、位置、取向、埋深、性质等参量较之其他无损方法有综合优势；所用参数设置及有关波形均可存储供以后调用。

主要的局限性体现在以下几个方面：采用压电换能器作为声源发射超声波进入试件一般需用耦合剂；对待测工件形状的复杂性有一定的限制；对材料及待测工件缺陷作精确的定性，定量表征仍须作深入研究。

超声波在对具有复杂形状的各种机件进行缺陷检测中显示出巨大的应用潜力。由于在媒质中传播的超声波具有媒质内部的弹性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内部结构及弹性特征等一些基本物理参数和特性。然而，对于一个超声信号的正确的物理解释是建立在对超声波在媒质中传播过程的深入研究基础上。80年代

初，西北大学Achenbach教授团队采用射线理论，系统研究声表面波经过表面缺陷时形成的衍射及散射声表面波在样品表面的不同位置产生的位移信号。Auld与Kino建立由压电换能器激发出的超声窄带信号经过材料内部任意形状的空隙产生的散射波信号的通用模型。Tuan与Kawasaki及Simons等人基于边界扰动技术模拟Rayleigh波在表面缺陷附近发生的透射与反射的物理过程。Portz等在理论上研究瑞利波在平板端面发生的反射、透射及模式转化的能量比例与其对应频率的关系。Rokhlin基于维纳-霍普夫与多重衍射法研究兰姆波在金属薄板内部缺