CN102608123A - 一种用于微缺陷的激光超声检测方法 - Google Patents

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王继锋
王少军
俞厚德
钱耀洲
汤晓英
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Abstract

本发明涉及一种用于微缺陷的激光超声检测方法，包括以下步骤：激光探头发出脉冲激光倾斜作用在被测工件上；将空气耦合探头放置在激光探头的同侧，并垂直对着被测工件表面，调节空气耦合探头与被测工件表面的距离接收因材料缺陷而产生的散射信号；通过空气耦合探头接收到的散射信号来判断材料中存在的缺陷。本发明能够克服盲区的影响，适合于检测较薄工件及近表面的缺陷、检测工艺简单、检测过程由机器控制、重复性好、不依赖于检测人员的技术水平和工作态度。

Description

一种用于微缺陷的激光超声检测方法
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，特别是涉及一种用于特殊环境下工件的微缺陷及近表面缺陷激光超声检测方法。
背景技术
随着社会的发展，生产力水平的提高，基础设施的完善，钢铁在线生产高温环境下的检测、列车轨道和输油管道的高速检测和表面条件复杂的设备检测等，对无损探伤的需求越来越大，同时这些复杂的检测条件也对传统的无损检测方法提出了挑战。无损检测的有效评估，对于改进制造工艺，提高产品质量，保障生命安全，保证设备可靠运转具有重要意义。常规的无损检测方法有射线检验法(RT)、超声检验法(UT)、涡流检验法(ET)和磁粉检验法(PT)。但是这些方法都有各自的限制和缺陷，不能完全用于恶劣、复杂的检测环境，仅有一些特殊的检测方法能适用于高温、高速和粗糙表面的无损检测当中。目前，这些特殊的检测方法有电磁超声检测法(EMAT)，激光超声检测法(Laser)、空气耦合超声检测法(ACUT)等。
电磁超声检测法(EMAT)是一种无需耦合剂的检测方法。这种电磁超声能激发和接收超声波，但是这种方法受原理的限制，体积比较大，只能用于导电材料，距表面比较近，一般提离距离在2mm以内，受表面质量的影响很大，而且随着噪声的污染，接收的超声信号质量较差。激光超声检测法(Laser-干涉仪)利用强度受到调制的激光照射在样品表面上时，使材料内部非接触地产生超声。它具有非接触、可远距离探测等优点。然而激光超声检测一直存在超声接收问题，调节很难且不方便，系统复杂、体积庞大、造价昂贵。空气耦合超声检测法(ACUT)是以空气为耦合剂的一种超声检测方法，具有非接触、非浸入、完全无损的特点。但是这种方法受原理的限制，发射探头发射的超声波在空气中衰减很大，传入到工件中的能量很低，接收探头接收到的信号很小，影响到了检测效果。
综上所述，电磁超声检测法(EMAT)只能检测体积比较大，没有噪声污染的环境，对非导电材料不能进行检测。激光超声检测法(Laser)本身系统复杂、体积庞大、造价昂贵，调节很难且不方便等因素影响了它的应用。空气耦合超声检测法(ACUT)受原理的限制，超声波经过两次空气中的衰减，检测效果不佳。另外，电磁和空气超声检测方法，检测精度较差，对微缺陷难以检出。因此，以上方法对于解决一些特殊环境下近表面(或较薄工件)的微缺陷都存在很多不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于微缺陷的激光超声检测方法，能够在特殊环境下对近表面或较薄工件上的微缺陷进行检测。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于微缺陷的激光超声检测方法，包括以下步骤：
(1)激光探头发出脉冲激光倾斜作用在被测工件上；
(2)将空气耦合探头放置在激光探头的同侧，并垂直对着被测工件表面，调节空气耦合探头与被测工件表面的距离接收因材料缺陷而产生的散射信号；
(3)通过空气耦合探头接收到的散射信号来判断材料中存在的缺陷。
所述步骤(3)中利用示波器射频波形上的散射信号波来判断材料中存在的缺陷。
所述步骤(3)后还包括将采集到的信号波数据储存于计算机中进行分析，通过信号数据处理得到工件成像图形的步骤。
所述步骤(2)中空气耦合探头与被测工件表面的距离在2mm-15mm之间进行调节。
所述被测工件的厚度为2mm-50mm之间。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明的方法为非接触式检测，无需耦合剂；对φ0.1-φ1.0mm当量孔的微小缺陷有较高的检测灵敏度；能够克服盲区的影响，适合于检测较薄工件及近表面的缺陷、检测工艺简单、检测过程由机器控制、重复性好、不依赖于检测人员的技术水平和工作态度。
附图说明
图1是实施例1的缺陷检测示意图；
图2是实施例1的缺陷检测成像示意图；
图3是实施例2的缺陷检测示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种用于微缺陷的激光超声检测方法，该方法利用激光探头产生的超声波在工件中传播，入射波遇到缺陷而产生缺陷散射信号波，通过空气耦合探头对散射信号波的接收而实现对工件的检测。
本发明是这样来实现的，方法步骤如下：(1)激光探头发出脉冲激光倾斜作用于工件中，在工件中产生的超声波遇到材料中的缺陷时，材料中任何一点缺陷都可以当作一个新的波源，这些新的波源当成二次波源向各个方向发出“散射波”；(2)将空气耦合探头放置在激光探头的同侧，垂直对着工件表面，调节接收的空气耦合探头与工件表面的距离，使得空气耦合探头能够接收这些二次波源发出的球面辐射散射信号波；(3)通过示波器射频波形上的散射信号波来初步判断材料中缺陷，并将采集的信号波数据储存于电脑中进行分析，通过信号数据处理最后得到工件成像图形。
本发明成像步骤可通过成像系统实现，该成像系统可以主要由四个部分构成，分别是机械伺服系统、电气控制系统、超声检测系统、信号处理系统。其中，机械伺服系统主要由机械扫查架和伺服电机组成；电气控制系统主要由伺服控制系统，强-弱电转换和光电限位装置组成；超声检测系统包括：超声探头、超声发射电路、超声接收电路、系统电源电路和PLC接口电路；信号处理系统包括：高速数据采集板，通讯控制系统和软件系统。
本发明根据超声散射检测原理，即当超声波遇到一些大缺陷时，散射波的方向具有一定的指向性，而遇到一些小缺陷时散射波的方向近似于扇状分布。因此，利用散射波在方向上散开的特性，很好的解决了接收声波的方向问题，更容易检测到这些微缺陷；本发明根据超声散射检测原理，遇到一些小缺陷时散射波的方向近似于扇状分布，采用空气耦合探头垂直对准工件表面接收超声波。采用空气耦合探头倾斜对准工件表面类似于TOFD形式，则接收探头容易接收到表面波，就会把缺陷的信号掩埋在表面波里，这样容易造成近表面缺陷的漏检，造成检测的盲区。本发明空气耦合探头垂直接收，接收探头只能接收到缺陷的信号波，接收不到表面波，这样就解决了近表面缺陷漏检，克服了盲区，适合于一些薄板工件的检测。
实施例1
1、选取某工厂中的铝合金薄板工件，规格为100mm×80mm×6mm，将其铝合金薄板工件放置在图1中的环境中，以图1的方式进行检测。
2、调节好激光探头1，使激光探头1发出的激光作用在工件4上产生超声波，在工，4中产生的超声波遇到材料中的缺陷3时，形成一个新的波源，该新的波源当成二次波源向各个方向发出“散射波”，空气耦合探头2垂直对准工件4，在固定架上使两探头在薄板同侧同步移动。
3、把示波器上CH1调为500mvΩ，M为1.00us。观察示波器上射频信号，在示波器上出现一个射频信号波时，空气耦合探头接收到一个射频信号波，这个信号波是缺陷的散射信号波，此时证明工件中有缺陷；移动探头扫查架时，示波器上的信号波消失，此时示波器没有信号波，此时证明工件中无缺陷。通过观察示波器上的信号波的出现，可以判定工件中的微缺陷。
4、通过成像装置，根据以上的调节方式，可以得到该工件的散射成像图，如图2所示，成像图可以以颜色的形式显现。
实施例2
1、选取某热网公司中在役高温管件，规格为￠100×8mm，管道温度为250℃，将其高温管件置于图3中的环境中，以图3的方式进行检测。
2、调节好激光探头1，使激光探头1发出的激光作用在管道4上产生超声波，在管道4中产生的超声波遇到材料中的缺陷3时，形成一个新的波源，该新的波源当成二次波源向各个方向发出“散射波”，空气耦合探头2垂直对准管道4，离管道4表面为10mm，在固定架上使两探头在管道同侧同步移动。
3、把示波器上CH1调为500mvΩ，M为1.00us。观察示波器上射频信号，空气耦合探头接收到一个射频信号波时，示波器上就出现一个信号波，这个信号波是缺陷的散射信号波，此时证明工件中有缺陷；移动探头扫查架时示波器上的信号波消失，此时示波器没有信号波，证明工件中无缺陷。通过观察示波器上的信号波，可以判定工件中的微缺陷。
4、通过成像装置，根据以上的调节方式，可以得到该工件的散射成像图，成像图以颜色的形式显现。

Claims (5)

1.一种用于微缺陷的激光超声检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)激光探头发出脉冲激光倾斜作用在被测工件上；
(2)将空气耦合探头放置在激光探头的同侧，并垂直对着被测工件表面，调节空气耦合探头与被测工件表面的距离接收因材料缺陷而产生的散射信号；
(3)通过空气耦合探头接收到的散射信号来判断材料中存在的缺陷。
2.根据权利要求1所述的用于微缺陷的激光超声检测方法，其特征在于，所述步骤(3)中利用示波器射频波形上的散射信号波来判断材料中存在的缺陷。
3.根据权利要求1所述的用于微缺陷的激光超声检测方法，其特征在于，所述步骤(3)后还包括将采集到的信号波数据储存于计算机中进行分析，通过信号数据处理得到工件成像图形的步骤。
4.根据权利要求1所述的用于微缺陷的激光超声检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中空气耦合探头与被测工件表面的距离在2mm-15mm之间进行调节。
5.根据权利要求1所述的用于微缺陷的激光超声检测方法，其特征在于，所述被测工件的厚度为2mm-50mm之间。
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