[发明专利]一种材料内部缺陷的全光学激光超声测定方法

说明书

技术领域

本发明属于激光超声无损检测技术领域，具体涉及一种材料内部缺陷的全光学激光超声测定方法。

背景技术

内部缺陷是在各种工件材料中都广泛存在的一种缺陷，如果不及时检测确认，可能会导致工件的断裂、损毁等，严重影响生产安全。然而，由于内部缺陷的隐蔽性和在各类材料中存在的广泛性，又由于高精度、高速在线检测、恶劣环境和安全检测的要求，目前对内部缺陷进行无损检测仍具有很大困难。现有的常规无损检测方法主要有四大类：涡流检测、磁粉检测、射线检测和超声检测。使用涡流检测和磁粉检测具有一定的局限性，不适用于形状复杂的零件，而且只能检测导电材料或铁磁性材料的表面和近表面缺陷；射线检测由于其对人体的危害性、对其他敏感物体的不良作用等的缺点，不满足安全检测的要求；超声检测具有高穿透性、安全性和适用于各类材料等优点，是一种重要的无损检测方法，但是传统的超声检测法是接触式的，需要使用耦合剂，不适于形貌复杂工件的检测和在线快速扫查检测，如文献1（专利申请号：201310176780.0，《一种焊缝内部缺陷的检测方法和装置》）。

目前能够对内部缺陷进行扫查检测的非接触式超声检测法主要有：电磁超声检测法、空气耦合超声检测法、激光超声检测法以及多种技术相结合的检测方法，如激光激发-电磁超声检测、激光激发-空气耦合超声检测等混合方法。电磁超声检测法只能检测体积较大的导电材料并且受表面质量影响大，如文献2（专利申请号：201210290309.X，《激光-电磁超声无损检测系统的金属缺陷检测方法》）和文献3（Optics&Laser Technology,Vol.44,860-865（2012），《Inspection of cracks using laser-induced ultrasound with shadow method:Modeling and validation》）；空气耦合超声检测法受其原理限制，探头与探测物要保持合适的距离，超声波在空气中会经过两次严重的衰减，检测精度较差，对于微小的内部缺陷更是难以检出，如文献4（机械工程学报，Vol.44，10-14（2008）《空气耦合式超声波无损检测技术的发展》）；激光超声检测法具有非接触、宽带、可远程控制、高穿透性、可同时激发多种模式超声波等优点，是一种有潜力的无损检测技术，但需要克服调节困难、超声方向性控制和接收等问题，如文献5（Japanese Journal of Applied Physics,Vol.40,1477-1481(2001),《Nondestructive detection of small internal defects in carbon steel by laser ultrasonics》）中为了改变超声体波的方向性和激发效率增大了激光能量导致材料表面受损。

以上方法对于检测材料的内部缺陷还有一个主要缺点就是只能够检测到缺陷的存在和尺寸，不能精准的定位内部缺陷的三维位置。

发明内容

本发明提出一种材料内部缺陷的全光学激光超声测定方法,能够扫查检测得到内部缺陷的三维位置和尺寸信息、具有高精度、高效性、适用于各类材料的无损检测。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种材料内部缺陷的全光学激光超声测定方法，包括以下步骤：

步骤一、测定被测物内部缺陷在x-y面上的二维位置和尺寸：

使用脉冲激光圆形光源辐照在被测物表面激发超声体波，使用激光测振仪激发出的探测光在被测物另一侧的对心处探测超声体波；

用与激光测振仪相连的示波器记录激光测振仪探测到的超声体波的检测波形；

在x-y面上移动被测物完成二维扫描检测，根据示波器记录的被测物在x-y面上每个位置处检测波形的峰峰值绘制二维C-Scan图；

依据C-Scan图中代表超声体波幅值的灰度值的差异确定被测物内部缺陷在x-y面上的二维位置和尺寸；

步骤二、测定被测物内部缺陷在z方向的深度：

使用脉冲激光线形光源辐照在被测物的表面激发超声体波，在被测物的同一侧使用激光测振仪激发出的探测光探测经被测物底面反射后的超声体波，在此过程中，脉冲激光线光源的中轴线位于内部缺陷的正上方，探测光位于脉冲激光线光源中轴线方向上；

调节脉冲激光线光源与探测光的距离，使探测的超声体波的横波幅值最大；