激光超声非接触检测高温金属表面缺陷研究

发布时间：2017-10-13 19:01

  本文关键词：激光超声非接触检测高温金属表面缺陷研究

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【摘要】：化工压力容器多数工作在高温、高压等复杂环境下,随着服役时间的延长,由原始缺陷及生产消耗引发的容器材料的损伤问题会越来越突出,进而引发安全事故。非接触式激光超声技术能够在高温环境下实现远距离的缺陷检测,不用考虑接触式方法中耦合剂耐热性能差、声能衰减等问题,是当下复杂环境下用于无损检测的一种重要手段,具有重要的工业应用价值。本文系统地开展了激光超声非接触式检测高温金属表面缺陷的理论和实验研究。在理论方面,对介质中激光激发声表面波以及声表面波的检测理论进行了详细论述。利用有限元分析方法讨论了声表面波与表面缺陷相互作用的详细过程。在不同温度下进行了仿真,发现材料温度的升高会造成声表面波传播速度的降低和幅值的减小。分别在常温和℃时,对扫描激光点源法检测表面缺陷的过程进行了仿真,对比发现,波形变化趋势相同,从理论上说明扫描激光点源法可以用于高温下的缺陷检测。分析了不同深度的缺陷对声表面波传播的影响,发现随着缺陷深度的增加,反射波的峰峰值逐渐增大,透射波的峰峰值逐渐减小。在实验方面,搭建了由激光器、干涉仪、加热炉和扫描振镜等构成的高温缺陷检测系统,通过实验验证了温度的升高对缺陷检测的影响,并分别对传播速度、衰减系数随温度变化的情况进行了量化。在室温到℃范围内,将扫描激光点源法成功的用于低碳钢材料表面缺陷的检测实验中,并且分别得到反射波与透射波峰峰值随缺陷深度变化的近似关系式。
【关键词】：高温 激光超声 声表面波 非接触 表面缺陷
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.3;TG115.28
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 论文研究背景及意义13-15
• 1.2 国内外研究现状15-18
• 1.3 本文的主要工作18-19
• 第二章 介质中激光激发与检测声表面波的基本理论19-29
• 2.1 激光超声概述19
• 2.2 激光激发超声机制19-21
• 2.2.1 热弹机制20
• 2.2.2 融蚀机制20-21
• 2.3 声表面波的基本性质21
• 2.4 声表面波的检测方法21-25
• 2.5 激光器参数分析25-26
• 2.5.1 脉冲能量25
• 2.5.2 辐照区域与光束能量分布25
• 2.5.3 脉冲宽度与脉冲重复率25-26
• 2.6 热弹机制下激发超声的点源模型26-28
• 2.6.1 热扩散理论模型26-27
• 2.6.2 热结构耦合的理论模型27-28
• 2.6.3 热弹耦合的有限元方程28
• 2.7 本章小结28-29
• 第三章 声表面波与表面缺陷相互作用数值模拟29-38
• 3.1 仿真参数分析29-31
• 3.1.1 网格大小的选取29
• 3.1.2 时间步长的选取29
• 3.1.3 激光和材料参数的确定29-31
• 3.2 热应力分析31-33
• 3.2.1 热分析32
• 3.2.2 应力场分析32-33
• 3.3 声表面波沿表面传播特性分析33-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 高温金属表面缺陷检测数值模拟38-50
• 4.1 高温对声表面波的影响38-39
• 4.2 影响传播速度变化的因素39-42
• 4.2.1 热膨胀的影响39-41
• 4.2.2 弹性模量和泊松比的影响41-42
• 4.3 影响声表面波幅值衰减的因素42-43
• 4.3.1 常温下幅值衰减的原因42-43
• 4.3.2 高温对幅值衰减的影响43
• 4.4 扫描激光点源法用于高温金属表面缺陷检测的数值模拟43-49
• 4.4.1 扫描激光点源法检测缺陷43-45
• 4.4.2 扫描激光点源法用于常温与高温对比分析45-46
• 4.4.3 高温金属材料表面缺陷深度数值分析46-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第五章 高温金属表面缺陷检测实验研究50-69
• 5.1 实验系统整体介绍50-57
• 5.1.1 激发装置51-53
• 5.1.2 检测装置53-54
• 5.1.3 扫描装置54-56
• 5.1.4 加热装置56-57
• 5.1.5 控制装置57
• 5.2 温度升高对声表面波的影响实验分析57-62
• 5.2.1 温度与声表面波传播速度的关系58-60
• 5.2.2 温度与声表面波衰减之间的关系60-62
• 5.3 扫描激光点源法检测高温金属表面缺陷实验分析62-67
• 5.3.1 高温金属材料表面缺陷位置检测62-63
• 5.3.2 对高温产生的影响的修正63
• 5.3.3 高温金属材料表面缺陷深度分析63-67
• 5.4 本章小结67-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 总结69
• 6.2 展望69-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 在学期间的研究成果及学术论文情况75

【参考文献】

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本文编号：1026522