常規(guī)脈沖反射法超聲檢測技術在我們的日常無損檢測工作中，往往會遇到復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、檢測結果以動畫形式展現(xiàn)更為直觀、可實現(xiàn)狹小空間與復雜形狀工件檢測等，被更為廣泛的應用。

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行了《激光超聲波可視化檢測技術與應用》的主題研討，向大家介紹了激光超聲波可視化檢測技術的工作原理、特點、適用范圍，分享了該檢測技術的系列應用案例。

一、激光超聲波可視化技術原理

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。與傳統(tǒng)的超聲檢測技術相比，激光超聲可視化技術以其非接觸地高速掃描檢測，消除了傳統(tǒng)超聲檢測技術中的耦合劑影響，用于各種較復雜形狀工件的無損檢測。加之可重復產(chǎn)生很窄的超聲脈沖，在時間和空間均具有極高的分辨率，使之成為極具應用前景的無損檢測新技術。

01常規(guī)超聲波檢測面臨的難題

● 面積小、時間長、效率低

● 無法檢測復雜形狀

● 無法檢測狹小處、高溫等處

● 大量耦合劑

● 漏、誤報率高

● 表面盲區(qū)

● 專業(yè)性過強

常規(guī)超聲波設備檢測過程

02與現(xiàn)有常規(guī)超聲檢測技術的差別

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

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

新技術的優(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)射通過探頭來實現(xiàn)。通常利用材料的壓電效應實現(xiàn)電能、聲能轉換的換能器。探頭中的關鍵部件是晶片，晶片是一個具有壓電效應的單晶或者多晶體薄片，它的作用是將電能和聲能互相轉換。

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，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，溫度急劇上升將使固體表面局部融化，出現(xiàn)燒蝕，此時熱彈性波仍然發(fā)生，但主要是由燒蝕效應產(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現(xiàn)。通常利用材料的壓電效應實現(xiàn)電能、聲能轉換的換能器。探頭中的關鍵部件是晶片，晶片是一個具有壓電效應的單晶或者多晶體薄片，它的作用是將電能和聲能互相轉換。

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，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，溫度急劇上升將使固體表面局部融化，出現(xiàn)燒蝕，此時熱彈性波仍然發(fā)生，但主要是由燒蝕效應產(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

● 可實現(xiàn)曲面，復雜形狀的可視化檢測；

● 可大幅度縮短檢測時間，檢測時間大約是傳統(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；

● 因為使用動畫記錄被檢測體形狀，因此易于對損傷部位進行定位；

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應用

01激光超聲波可視化技術檢測設備

02設備基本構成

● 強大的軟件功能

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)人員在進行簡單培訓后也能快速檢測，為使用者大大降低了檢測難度及誤報率等問題的可能性。

● 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）

● 不銹鋼彎管內部腐蝕檢測

● 管道彎頭處（內壁缺陷）

● 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

● 核電設備配管檢測（內壁腐蝕）

● 風力發(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

● 超聲波在復雜形狀中的傳播

● 飛機CFRP加固材料模擬剝離

● 飛機CFRP加固材料模擬剝離

● 飛機部件焊接部裂紋檢測

● 飛機（B777）CFRP葉片檢測

● 復雜形狀：開關部件疲勞檢測

● 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

● 飛機用油管焊接狀態(tài)的檢測

三、激光超聲波可視化技術展望

01LUVI未來展望

02LUVI系列設備

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，為無損檢測領域提供了嶄新的檢測手段。

目前，該檢測技術在國內外的重點領域、研究機構和中大型企業(yè)已初步發(fā)揮其作用。伴隨著激光超聲技術的不斷發(fā)展，該種檢測技術還會不斷地改進與完善。在不久的將來，它會在航空航天、石油化工、核電、煤電、風電、鐵路、汽車等眾多領域彰顯出更大的能量。