扫查式激光超声技术及其在表面缺陷检测中的应用研究
[Abstract]:With the rapid development of modern industrial technology, metal materials work at full load for a long time in industrial production, and their structures are unavoidably damaged to varying degrees. Laser ultrasonic technology. Laser ultrasonic technology has attracted extensive attention and research because of its advantages of long distance, non-contact, high sensitivity and wide frequency bandwidth. In this paper, the propagation characteristics of laser-excited ultrasonic wave in material defects are studied by means of finite element numerical calculation and experiment, and scanning laser ultrasonic technology is also used. The research contents and innovations of this paper mainly include the following aspects: According to the thermoelastic motion equation and heat conduction equation of laser-generated ultrasonic wave, the finite element method is used to solve the equation and get the ultrasonic propagation image. When SAW passes through near-surface defects, there is an oscillatory effect between SAW and near-surface defects, and the amplitude of oscillatory waves increases first and then decreases. When SAW passes through near-surface defects with different depths, the central frequency of oscillatory signals changes regularly. The results show that the center frequency of oscillation signal changes from 0.4 MHz to 0.76 MHz when the depth of near-surface defect changes from 0.1 mm to 0.5 mm. The relationship between the center frequency of oscillation signal and the depth of near-surface defect is approximately linear, which provides a condition for the depth detection of near-surface defect. Because of the existence of material defect, the maximum peak time of longitudinal wave at the defect location and the defect-free location is different. According to the different peak time of longitudinal wave, the B-scan and propagation images of longitudinal wave can be obtained, which can be used to detect material surface defect. In this system, one-dimensional scanning and two-dimensional scanning of surface defects with different widths, depths and shapes are carried out, and P-wave B-scan and propagation images produced by laser source in materials are obtained. Finite element method is used to simulate the theoretical model of ultrasonic wave excited by scanning laser source in the surface defect.The waveform change of surface acoustic wave at the defect location is analyzed. Based on the principle of reciprocity of propagation, the propagation image of SAW excited by laser in material is obtained, and the visual inspection of material defects is realized. The experimental results show that the algorithm can not only detect the position of the material defects, but also detect the size and shape of the defects directly and efficiently. The fast discrete sinusoidal algorithm can detect the size of material defects. Finally, a laser surface acoustic wave detection system based on non-contact scanning is built, and the material defects are primarily realized by restoring the surface acoustic wave vibration image produced by laser source. The research results of this paper will provide theoretical and experimental basis for the research of laser ultrasonic technology in material defect detection, and also contribute to the further development and application of laser ultrasonic imaging technology in the field of non-destructive testing.
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG115.28
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,本文编号:2231611
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