基于横波衍射法应用激光-电磁超声检测内部缺陷

为了有效评估出工件内部缺陷的深度,提出了脉冲激光激励和电磁超声换能器接收的非接触式检测方法。分析了超声波的烧蚀激励原理,体波作用于缺陷后的衍射现象,以及电磁超声的接收过程。依据横波衍射理论,当电磁超声换能器处于缺陷正上方时,衍射信号的渡越时间将取得最小值,基于此推导了缺陷深度计算公式并讨论了检测盲区。搭建了工件内部缺陷的激光-电磁超声检测系统,先后测量了内部含有圆孔和不同倾角裂纹的工件试样。在固定激励点的前提下,移动电磁超声换能器,观察信号渡越时间的变化规律,以及分析衍射横波的相位特征。提取衍射横波的最小渡越时间并求得缺陷深度值,其相对误差均在±3之内。实验结果表明,激光-电磁超声检测方法能够有效测量出缺陷深度,可作为接触式压电超声检测技术的一种补充方案,应用于无法满足耦合条件的场合。     

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。     

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。     

TC4合金激光立体成形孔洞类缺陷的超声检测

以TC4钛合金激光立体成形件为研究对象,探讨其内部、表面及近表面孔洞类缺陷与超声波的相互作用关系。研究结果表明,在相同检测条件下,对于TC4钛合金激光立体成形件中同深度不同孔径的长横孔缺陷,超声反射波幅值随长横孔直径的增加而增加;对于成形件中同孔径不同深度的长横孔缺陷,超声反射波幅值随长横孔所在深度增加而减小;利用5PФ8纵波直探头,能发现激光立体成形TC4钛合金中0.6 mm大小的孔洞类缺陷;超声表面波沿深度方向发现TC4钛合金激光立体成形件中槽型和孔型缺陷的能力均小于4 mm,且孔型缺陷比槽型缺陷更难发现。     

钛合金二维扫描激光超声检测方法研究

钛合金材料缺陷危害性大,须进行健康状况监测。激光超声检测技术具有非接触、快速、高效等优点,可以满足钛合金结构的实时健康监测。该文研究了激光热弹激发超声应力的机理,在分析一维扫描激光超声检测效率的基础上,构建了非接触式二维扫描激光超声检测系统,用于钛合金结构健康状况的实时在线检测。实验结果表明,激光超声检测技术能有效用于钛合金结构健康检测;该系统可同时实现两个方向检测,相同条件下,检测效率较一维扫描提高约50%;实验装置简单,易于实现完全非接触式检测,可满足钛合金结构在工程实践中的实时在线检测,且可进行缺陷的定位检测。     

机器人辅助激光超声检测系统的设计与实现

为解决飞行器复合材料结构的非接触、高精度无损检测问题,提出一种基于关节型机器人的激光超声检测系统。在系统设计上,利用波长1 064nm的Nd:YAG脉冲激光器激励超声波,基于光折变效应的双波混合干涉测量系统探测超声信号,激励和探测激光全部由光纤传导至光束聚焦端口投射到被测物表面,采用精密六轴关节型机器人作为扫描执行机构进行C型扫描检测。建立了系统的实验室原型,实现了碳/环氧复合材料试样的激光超声C扫描检测,得到试样内部模拟缺陷的分布、形状和尺寸特征,验证了系统的有效性。研究结果表明,研制的机器人辅助激光超声检测系统可以实现碳/环氧复合材料内部直径1mm以上分层的检测,在飞行器复合材料构件的无损检测方面具有应用前景。     

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。     

碳纤维复合材料激光超声检测方法研究

激光超声检测技术具有非接触、快速及高效等优点,在复合材料无损检测领域应用前景较好。该文研究了激光热弹激发超声应力的机理,构建了非接触式扫描激光超声检测系统,用于碳纤维复合材料结构健康状况的实时在线检测。实验研究了超声信号与激光参数和接收距离等参数间的关系。实验结果表明,激光超声检测技术可有效用于碳纤维复合材料结构健康检测;建立的碳纤维复合材料激光超声检测系统采用了扫描激光技术,单次检测仅需0.1s,提高了检测效率,且装置简单,操作方便,易于安装调试;热弹范围内超声信号幅值随激光能量增大而增大,随接收距离增大而减小。     

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。     

纤维增强复合材料太赫兹成像无损检测

利用太赫兹时域光谱成像技术检测了内含缺陷的玻璃纤维与碳纤维增强复合材料,获得了材料内部缺陷的太赫兹透射图像,从而实现对复合材料样本的无损检测。实验结果表明,太赫兹透射成像技术可检测出多层玻璃纤维复合材料的层间缺陷。但该技术对于碳纤维复合材料中缺陷的检测能力有限,主要是因为碳纤维具有导电特性,导致太赫兹信号对其穿透能力有限。通过对成像模式的调节,太赫兹无损检测技术可对碳纤维材料内部深度约为0.2 mm、宽度为10 mm的缺陷进行成像检测。这为发展准确、灵敏、高效的纤维增强复合材料太赫兹无损检测技术提供了基础实验数据。     

脉冲红外热成像无损检测系统分辨力研究

本文从理论上给出评价脉冲红外热成像无损检测分辨能力的依据,并以尼龙试件为例 探讨了检测系统分辨力与缺陷深度、大小及检测时间之间的关系,从理论上给出检测系统对尼龙试件中缺陷深度和大小的检测极限分别为2. 5mm和2. 7mm,以及最佳的检测时间为热脉冲作用后的35 s左右。同时,将理论结果与实验结果作了对比验证。     

激光超声表面缺陷检测的实验方法

提出了一种非接触式、全光学激光超声检测的实验方法。利用Nd：YAG脉冲激光器、He-Ne激光器和平衡接收器构建一套基于光束偏转法的光差分检测系统，测量了表面带缺陷Al样品的声表面波（SAWs）。通过实验获得了SAWs经过表面缺陷时产生的反射回波及透射波形的特征，说明了线光源产生的超声波非常适合材料表面缺陷的检测。     

An inspector calls [nondestructive testing]

Composite laminate structures offer many advantages compared with their conventional metal counterparts, but defects can be much harder to detect. In this paper, the author describes how neural networks provide the key to a new, intelligent technique for nondestructive testing     

Microwave noncontact examination of disbond and thickness variationin stratified composite media

Numerical and experimental results of a microwave noncontact, nondestructive detection and evaluation of disbonds and thickness variations in stratified composite media are presented. The aperture admittance characteristics of a flange mounted rectangular waveguide radiating into a layered, generally lossy dielectric media backed or unbacked by a conducting sheet is modeled. The theoretical implementation is based on a Fourier transform boundary matching technique to construct the field components in each medium, coupled with a stationary form of the terminating aperture admittance of the waveguide. The model can serve as a reliable test bed for real-time examination of layered composite media. Experimental results for several cases are presented which show good agreement with the theoretical findings. This is a versatile technique for near-field in situ interrogation of stratified composite media which provides for high resolution measurements     

金属结构疲劳裂纹超声红外无损检测研究现状

金属结构中的疲劳裂纹是导致许多重大工程事故的主要原因,及时检测并掌握服役工件中产生的裂纹缺陷对于工程结构和零件的安全至关重要。工程中一般通过定期检测的方法掌握疲劳裂纹的萌生和发展情况。超声红外无损检测技术具有直观快速、非接触和精准定位等特点,在金属结构疲劳裂纹的检测方面具有独特的优势。本文主要介绍了金属结构疲劳裂纹超声红外无损检测技术的研究进展,从生热机制、检测参数和信号处理三个方面讨论了影响裂纹检测的因素和原理,指出了目前研究中存在的几点不足,并提出了进一步研究的思路。     

A novel approach for flip chip solder joint quality inspection:laser ultrasound and interferometric system

A novel, noncontact, nondestructive approach for flip chip solder joint quality inspection is presented. In this technique, a pulsed laser generates ultrasound on the chip's surface, exciting the whole chip into a vibration motion. An interferometer was used to measure the vibration displacement of the chip's surface. Because changes in solder joint quality produce a different vibration response, a value, "error ratio," is used to measure the difference between a good chip and a chip with defects. An automatic signal-processing algorithm to calculate the error ratio was developed and implemented, as well as a frequency analysis algorithm. The inspection system was characterized, and results are presented for two cases of flip chips with missing solder balls. Results indicate that a laser ultrasonic/interferometeric system offers great promise for solder bump inspection in flip chip, BGA, chip scale, and micro BGA packages     

太赫兹成像技术在无损检测中的实验研究

太赫兹成像是一种新兴技术,为了将其应用在无损检测领域,提出了一种基于连续扫描的新型太赫兹成像系统.通过对隐藏的硬币和带小孔的金属板等样品进行检测,得到了清晰的图像.实验结果表明通过本成像系统可以对隐藏的金属样品进行鉴别,其空间分辨率低于0.5 mm.因而本系统可以成功地应用于无损检测.     

超声红外锁相热像技术检测金属板材表面裂纹

超声红外锁相热像检测法是超声波激励与红外锁相热像检测技术相结合的一种红外无损检测方法。采用超声红外锁相热像检测法实现对金属板材构件接触界面类缺陷的检测,分析超声波激励构件缺陷的选择性加热过程。通过有限元仿真模型对热流在金属板材内部的热传导过程进行研究并分析超声激励参数对检测结果的影响;利用所建立的超声红外锁相检测系统对预制金属板材构件接触界面类缺陷中的裂纹缺陷进行检测实验,验证有限元模型的有效性。研究结果表明,加载中心位置远离缺陷时,裂纹缺陷幅值降低,相位不变;超声激励振幅（即初始静压）增加,缺陷处的幅值升高,相位基本保持不变;超声调制频率增加,缺陷处幅值降低,相位升高。通过对比仿真结果与实验结果发现,所建立的仿真模型能够较好地预测检测过程中的热流传递,并且能够用于超声红外锁相热像技术检测金属板材接触界面类缺陷检测结果的预测,为超声红外锁相热像技术激励参数的选择提供了指导。