常規(guī)脈沖反射法超聲檢測技術(shù)在我們的日常無損檢測工作中，往往會遇到復(fù)雜形狀工件無法入手、檢測速度相對較慢、容易出現(xiàn)漏檢誤檢、檢測人員專業(yè)性要求高等問題。

而激光超聲波可視化檢測技術(shù)作為一種新型超聲波檢測方法因其檢測速度快、覆蓋范圍大、檢測結(jié)果以動畫形式展現(xiàn)更為直觀、可實(shí)現(xiàn)狹小空間與復(fù)雜形狀工件檢測等，被更為廣泛的應(yīng)用。

近日，北京國電電科院檢測科技有限公司佟鑫工程師受邀進(jìn)行了《激光超聲波可視化檢測技術(shù)與應(yīng)用》的主題研討，向大家介紹了激光超聲波可視化檢測技術(shù)的工作原理、特點(diǎn)、適用范圍，分享了該檢測技術(shù)的系列應(yīng)用案例。

一、激光超聲波可視化技術(shù)原理

激光超聲檢測是近些年超聲檢測發(fā)展起來的新分支，屬于光、聲、電等的交叉科學(xué)。與傳統(tǒng)的超聲檢測技術(shù)相比，激光超聲可視化技術(shù)以其非接觸地高速掃描檢測，消除了傳統(tǒng)超聲檢測技術(shù)中的耦合劑影響，用于各種較復(fù)雜形狀工件的無損檢測。加之可重復(fù)產(chǎn)生很窄的超聲脈沖，在時(shí)間和空間均具有極高的分辨率，使之成為極具應(yīng)用前景的無損檢測新技術(shù)。

01常規(guī)超聲波檢測面臨的難題

● 面積小、時(shí)間長、效率低

● 無法檢測復(fù)雜形狀

● 無法檢測狹小處、高溫等處

● 大量耦合劑

● 漏、誤報(bào)率高

● 表面盲區(qū)

● 專業(yè)性過強(qiáng)

常規(guī)超聲波設(shè)備檢測過程

02與現(xiàn)有常規(guī)超聲檢測技術(shù)的差別

舊方法采用的是脈沖回波法，屬于經(jīng)驗(yàn)型技術(shù)，只能對簡單形狀的工件進(jìn)行局部探傷，同時(shí)需要專家檢測。

新技術(shù)采用的是激光掃描，屬于視覺型技術(shù)，可以對3D任意形狀的大范圍、非接觸的工件進(jìn)行檢測，非專家人員也可進(jìn)行檢測。

新技術(shù)的優(yōu)越性

03激光超聲波產(chǎn)生原理

傳統(tǒng)探頭產(chǎn)生超聲波的方法：振動

在傳統(tǒng)超聲波檢測過程中，超聲波的發(fā)射通過探頭來實(shí)現(xiàn)。通常利用材料的壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能、聲能轉(zhuǎn)換的換能器。探頭中的關(guān)鍵部件是晶片，晶片是一個(gè)具有壓電效應(yīng)的單晶或者多晶體薄片，它的作用是將電能和聲能互相轉(zhuǎn)換。

激光產(chǎn)生超聲波的方法：熱彈和燒蝕

入射激光的功率密度較低時(shí)，激光能量激發(fā)電子遷移引起晶格振動使物體表面溫度上升，采用脈沖激光會使激光照射點(diǎn)急劇熱膨脹，從而產(chǎn)生熱彈性波；

入射激光的功率密度較高時(shí)，溫度急劇上升將使固體表面局部融化，出現(xiàn)燒蝕，此時(shí)熱彈性波仍然發(fā)生，但主要是由燒蝕效應(yīng)產(chǎn)生超聲波。

04激光超聲波接收原理

傳統(tǒng)探頭接收超聲波的方法：振動

在傳統(tǒng)超聲波檢測過程中，超聲波的接收通過探頭來實(shí)現(xiàn)。通常利用材料的壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能、聲能轉(zhuǎn)換的換能器。探頭中的關(guān)鍵部件是晶片，晶片是一個(gè)具有壓電效應(yīng)的單晶或者多晶體薄片，它的作用是將電能和聲能互相轉(zhuǎn)換。

激光接收超聲波的方法：激光干涉

采用CW激光器發(fā)射的激光經(jīng)分光片后分為：Probe beam（探測光束）和Reference beam（參考光束）。

Probe beam入射到工件上，在工件表面發(fā)生散射，成為攜帶有工件表面振動信息的Signal beam返回激光接收器，Signal beam和Reference beam在光折變晶體中發(fā)生混頻，并得到與Signal beam相適應(yīng)的Localoscillator beam（局域震蕩光束），這兩列波束在光電探測器上產(chǎn)生干涉，得到與工件表面位移成比例的光電流（電信號）。

05LUVI可視化原理：超聲波傳播的相反性

06激光超聲波可視化技術(shù)原理

激光產(chǎn)生超聲波的方法：熱彈和燒蝕

入射激光的功率密度較低時(shí)，激光能量激發(fā)電子遷移引起晶格振動使物體表面溫度上升，采用脈沖激光會使激光照射點(diǎn)急劇熱膨脹，從而產(chǎn)生熱彈性波；

入射激光的功率密度較高時(shí)，溫度急劇上升將使固體表面局部融化，出現(xiàn)燒蝕，此時(shí)熱彈性波仍然發(fā)生，但主要是由燒蝕效應(yīng)產(chǎn)生超聲波。

激光接收超聲波的方法：激光干涉

采用CW激光器發(fā)射的激光經(jīng)分光片后分為：Probe beam和Reference beam。

Probe beam入射到工件上，在工件表面發(fā)生散射，成為攜帶有工件表面振動信息的Signal beam返回激光接收器，Signal beam和Reference beam在光折變晶體中發(fā)生混頻并得到與Signal beam相適應(yīng)的Local oscillator beam，這兩列波束在光電探測器上產(chǎn)生干涉，得到與工件表面位移成比例的光電流。

07激光超聲波可視化檢測原理

08LUVI的特征與優(yōu)勢

● 可實(shí)現(xiàn)曲面，復(fù)雜形狀的可視化檢測；

● 可大幅度縮短檢測時(shí)間，檢測時(shí)間大約是傳統(tǒng)接觸式探頭掃描方式的1/100；

● 通過動畫觀測，檢測方式簡單，檢測數(shù)據(jù)可保留，可進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析；

● 可大范圍檢測；

● 可適用于狹窄部、高溫部，高處等難檢測部位的非接觸式檢測；

● 因?yàn)槭褂脛赢嬘涗洷粰z測體形狀，因此易于對損傷部位進(jìn)行定位；

LUVI的操作畫面

LUVI的操作軟件

LUVI的性能參數(shù)

二、激光超聲波可視化技術(shù)應(yīng)用

01激光超聲波可視化技術(shù)檢測設(shè)備

02設(shè)備基本構(gòu)成

● 強(qiáng)大的軟件功能

多元化的分析功能，包含A波圖像、2D及3D最大振幅圖像、超聲波傳播動態(tài)圖像、聲速圖像等，方便分析、易于操作，能夠使非專業(yè)人員在進(jìn)行簡單培訓(xùn)后也能快速檢測，為使用者大大降低了檢測難度及誤報(bào)率等問題的可能性。

● 斜角度探頭聲場測定功能

● 激光超聲檢測平板對接焊縫

● T字焊接接頭（內(nèi)部缺陷）

● 火車車軸（鍛件）

● 火車鐵軌（鑄件)

● 汽車變速箱檢測（鑄件）

● 不銹鋼彎管內(nèi)部腐蝕檢測

● 管道彎頭處（內(nèi)壁缺陷）

● 管道直管處（外壁缺陷）

● 傾斜狀物體的檢測

● T形管腐蝕傷檢測

● 核電設(shè)備配管檢測（內(nèi)壁腐蝕）

● 風(fēng)力發(fā)電葉片檢測

● 激光超聲檢測小徑管焊縫缺陷

● 絕緣端子完全非接觸檢測

● 超聲波在復(fù)雜形狀中的傳播

● 飛機(jī)CFRP加固材料模擬剝離

● 飛機(jī)CFRP加固材料模擬剝離

● 飛機(jī)部件焊接部裂紋檢測

● 飛機(jī)（B777）CFRP葉片檢測

● 復(fù)雜形狀：開關(guān)部件疲勞檢測

● CFRP直角積層板人工剝離檢測（嵌入特氟隆薄膜）

● CFRP擬似等方性材料 – 鉆孔及沖擊損傷

● 飛機(jī)用油管焊接狀態(tài)的檢測

三、激光超聲波可視化技術(shù)展望

01LUVI未來展望

02LUVI系列設(shè)備

激光超聲波可視化檢測儀不僅能夠用于金屬薄板焊接、復(fù)雜形狀樣件等的無損檢測，而且適用于非金屬材料、金屬與非金屬結(jié)合材料的檢測與評估。它還可用于高溫、劇毒等特殊環(huán)境下的檢測。它解決了許多用傳統(tǒng)超聲檢測方法無法解決的難題，為無損檢測領(lǐng)域提供了嶄新的檢測手段。

目前，該檢測技術(shù)在國內(nèi)外的重點(diǎn)領(lǐng)域、研究機(jī)構(gòu)和中大型企業(yè)已初步發(fā)揮其作用。伴隨著激光超聲技術(shù)的不斷發(fā)展，該種檢測技術(shù)還會不斷地改進(jìn)與完善。在不久的將來，它會在航空航天、石油化工、核電、煤電、風(fēng)電、鐵路、汽車等眾多領(lǐng)域彰顯出更大的能量。