Лазерно-ультразвуковая структуроскопия металлов структуроскопия металлов

Принцип работы лазерно- ультразвукового дефектоскопа Рассеянный УЗ сигнал Зондирующий сигнал ОА-генератор Контактный лазерно-ультразвуковой метод основан на: -лазерном возбуждении широкополосных акустических сигналов в специально разработанном оптико-акустическом преобразователе; -облучение исследуемой среды этими импульсами, -распространении акустических сигналов вглубь образца и отражении или рассеянии акустических сигналов на дефектах структуры материала; -пьезорегистрации обратно рассеянных на дефектах акустических сигналов при помощи пьезоприемника; -анализе зарегистрированных сигналов. Принципиальная схема лазерно-ультразвукового дефектоскопа приведена на рисунке. Импульс лазера с модуляцией добротности и высокой частотой повторения по оптическому волокну направляется в оптико-акустический преобразователь. Там он с помощью оптической системы попадает на оптико-акустический генератор, в котором за счет термоупругого эффекта возбуждается короткий ультразвуковой импульс. Этот импульс является пробным в системе лазерно- ультразвукового контроля. Пробный импульс направляется в объект исследования, акустически соединенный с выходной поверхностью оптико-акустического преобразователя. Отраженные назад акустические сигналы попадают в оптико-акустический преобразователь и регистрируются широкополосным пьезопреобразователем. Электрический сигнал пьезопреобразователя усиливается согласующим предусилителем и направляется в систему цифровой обработки сигнала на базе персонального компьютера. Для считывания, накопления, обработки и представления сигналов используются специализированные программы.

Способы регистрации лазерного ультразвукового сигнала Как и в случае стандартной регистрации акустических волн, регистрация лазерно-возбуждаемых акустических сигналов может проходить в двух режимах. Исторически эти режимы принято называть «теневым» и «эхо». Как и в случае стандартной регистрации акустических волн, регистрация лазерно-возбуждаемых акустических сигналов может проходить в двух режимах. Исторически эти режимы принято называть «теневым» и «эхо». Схемы обоих случаев регистрации лазерно-возбуждаемых акустических сигналов приведены на рисунках «а» и «б». Схемы обоих случаев регистрации лазерно-возбуждаемых акустических сигналов приведены на рисунках «а» и «б». Способы регистрации оптико-акустических сигналов: а) регистрация в режиме «на просвет»: приемник акустических сигналов и лазерное излучение расположены с противоположных сторон поглощающей среды. При этом регистрируется сигнал, прошедший через поглощающую среду. а) регистрация в режиме «на просвет»: приемник акустических сигналов и лазерное излучение расположены с противоположных сторон поглощающей среды. При этом регистрируется сигнал, прошедший через поглощающую среду. б) регистрация в режиме «на отражение»: акустический приемник расположен с той же стороны что и лазерное излучение. Регистрируемый сигнал это акустическая волна, возникающая в поглощающей среде под действием лазерного излучения и прошедшая через прозрачную среду. б) регистрация в режиме «на отражение»: акустический приемник расположен с той же стороны что и лазерное излучение. Регистрируемый сигнал это акустическая волна, возникающая в поглощающей среде под действием лазерного излучения и прошедшая через прозрачную среду. При детектировании в теневом режиме «на просвет» (рисунок «а»), возбуждаемый под действием лазерного импульса сигнал распространяется от поглощающего слоя в глубь среды и регистрируется с противоположной стороны от облучаемой поверхности. Данный метод похож на теневой метод в стандартной пьезорегистрации. При детектировании в теневом режиме «на просвет» (рисунок «а»), возбуждаемый под действием лазерного импульса сигнал распространяется от поглощающего слоя в глубь среды и регистрируется с противоположной стороны от облучаемой поверхности. Данный метод похож на теневой метод в стандартной пьезорегистрации. В эхо-режиме «на отражение», регистрация ОА-сигнала идет в прозрачной среде, т.е. с той же стороны, что и облучение. Режим «на отражение» аналогичен эхо-методу стандартного ультразвукового контроля (рисунок «б»). В эхо-режиме «на отражение», регистрация ОА-сигнала идет в прозрачной среде, т.е. с той же стороны, что и облучение. Режим «на отражение» аналогичен эхо-методу стандартного ультразвукового контроля (рисунок «б»). (а)(б)

Сравнение лазерного и пьезо-ультразвука Продольное разрешение дефектоскопа определяется длительностью УЗ импульса Продольное разрешение дефектоскопа определяется длительностью УЗ импульса При одинаковых длительностях УЗ импульсов область частот лазерного ультразвука в 5-6 раз ниже, чем для пьезо-ультразвука. При одинаковых длительностях УЗ импульсов область частот лазерного ультразвука в 5-6 раз ниже, чем для пьезо-ультразвука.

Преимущества лазерно- ультразвукового метода Преимущества лазерного ультразвукового (ЛУЗ) контроля заключаются в следующем: Лазерное возбуждение позволяет генерировать мощные и короткие апериодические УЗ сигналы; Лазерное возбуждение позволяет генерировать мощные и короткие апериодические УЗ сигналы; Длительность ЛУЗ импульса в несколько раз меньше, чем у пьезоэлектрического, это приводит к тому, что осевое разрешение лазерного ультразвука в несколько раз превосходит достижимое в пьезоультразвуковом контроле при тех же глубинах контроля; Длительность ЛУЗ импульса в несколько раз меньше, чем у пьезоэлектрического, это приводит к тому, что осевое разрешение лазерного ультразвука в несколько раз превосходит достижимое в пьезоультразвуковом контроле при тех же глубинах контроля; Малый диаметр УЗ пучка, что дает возможность различать дефекты меньшего размера; Малый диаметр УЗ пучка, что дает возможность различать дефекты меньшего размера; Гладкая форма зондирующего УЗ импульса; Гладкая форма зондирующего УЗ импульса; Сигнал сохраняет информацию о фазе, что позволяет различить жесткие и мягкие неоднородности; Сигнал сохраняет информацию о фазе, что позволяет различить жесткие и мягкие неоднородности; Отсутствие мертвой зоны; Отсутствие мертвой зоны; Информация о знаке коэффициента отражения ультразвука; Информация о знаке коэффициента отражения ультразвука; Повышенное разрешение по глубине; Повышенное разрешение по глубине; Повышенная чувствительность; Повышенная чувствительность; Возможность проведения дефектоскопии материалов высоким коэффициентом затухания ультразвука (графито-эпоксидные и стеклопластиковые композиты ) при толщине образцов или изделий до десятков мм; Возможность проведения дефектоскопии материалов высоким коэффициентом затухания ультразвука (графито-эпоксидные и стеклопластиковые композиты ) при толщине образцов или изделий до десятков мм; Высокое пространственное разрешение дефектов по глубине образца или изделия ( мм) при практическом отсутствии мертвой зоны; Высокое пространственное разрешение дефектов по глубине образца или изделия ( мм) при практическом отсутствии мертвой зоны; Возможность проведения структуроскопии и диагностики усталостных изменений материалов в процессе эксплуатации изделия. Возможность проведения структуроскопии и диагностики усталостных изменений материалов в процессе эксплуатации изделия.

Возможности лазерно- ультразвукового метода Прецизионное измерение скоростей ультразвука Прецизионное измерение скоростей ультразвука Измерение сечения рассеяния ультразвука с высоким пространственным разрешением Измерение сечения рассеяния ультразвука с высоким пространственным разрешением Измерение затухания ультразвука в широкой полосе частот Измерение затухания ультразвука в широкой полосе частот Измерение полного набора упругих модулей твердых тел Измерение полного набора упругих модулей твердых тел Измерение остаточных напряжений и их распределений Измерение остаточных напряжений и их распределений Измерение толщин покрытий и слоев, коррозии Измерение толщин покрытий и слоев, коррозии Определение степени полимеризации клеевых соединений, водонаполненности композитов Определение степени полимеризации клеевых соединений, водонаполненности композитов Оценка остаточного ресурса металлов и композитов Оценка остаточного ресурса металлов и композитов Повышение разрешающей способности и чувствительности УЗ дефектоскопии Повышение разрешающей способности и чувствительности УЗ дефектоскопии Измерение пористости и поврежденности структуры материалов Измерение пористости и поврежденности структуры материалов Оценка остаточного ресурса Оценка остаточного ресурса Измерение плотности материала Измерение плотности материала Определение размеров зерен и распределения зерен по размерам в металлах Определение размеров зерен и распределения зерен по размерам в металлах Оценка остаточного ресурса композитов и металлов Оценка остаточного ресурса композитов и металлов Измерение водонаполненности композитов Измерение водонаполненности композитов Определение степени полимеризации Определение степени полимеризации