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

而激光超聲波可視化檢測(cè)技術(shù)作為一種新型超聲波檢測(cè)方法因其檢測(cè)速度快、覆蓋范圍大、檢測(cè)結(jié)果以動(dòng)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(cè)等，被更為廣泛的應(yīng)用。

近日，北京國(guó)電電科院檢測(cè)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(cè)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(cè)技術(shù)的工作原理、特點(diǎn)、適用范圍，分享了該檢測(cè)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(cè)是近些年超聲檢測(cè)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(cè)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(cè)，消除了傳統(tǒng)超聲檢測(cè)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(cè)。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(cè)新技術(shù)。

01常規(guī)超聲波檢測(cè)面臨的難題

● 面積小、時(shí)間長(zhǎng)、效率低

● 無法檢測(cè)復(fù)雜形狀

● 無法檢測(cè)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(cè)過程

02與現(xiàn)有常規(guī)超聲檢測(cè)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(duì)簡(jiǎn)單形狀的工件進(jìn)行局部探傷，同時(shí)需要專家檢測(cè)。

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

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(dòng)

在傳統(tǒng)超聲波檢測(cè)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(dòng)使物體表面溫度上升，采用脈沖激光會(huì)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(dòng)

在傳統(tǒng)超聲波檢測(cè)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(cè)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(dòng)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(cè)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(hào)）。

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(dòng)使物體表面溫度上升，采用脈沖激光會(huì)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(dòng)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(cè)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(cè)原理

08LUVI的特征與優(yōu)勢(shì)

● 可實(shí)現(xiàn)曲面，復(fù)雜形狀的可視化檢測(cè)；

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

● 通過動(dòng)畫觀測(cè)，檢測(cè)方式簡(jiǎn)單，檢測(cè)數(shù)據(jù)可保留，可進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析；

● 可大范圍檢測(cè)；

● 可適用于狹窄部、高溫部，高處等難檢測(cè)部位的非接觸式檢測(cè)；

● 因?yàn)槭褂脛?dòng)畫記錄被檢測(cè)體形狀，因此易于對(duì)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(cè)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(dòng)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(jiǎn)單培訓(xùn)后也能快速檢測(cè)，為使用者大大降低了檢測(cè)難度及誤報(bào)率等問題的可能性。

● 斜角度探頭聲場(chǎng)測(cè)定功能

● 激光超聲檢測(cè)平板對(duì)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(cè)（鑄件）

● 不銹鋼彎管內(nèi)部腐蝕檢測(cè)

● 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(cè)

● T形管腐蝕傷檢測(cè)

● 核電設(shè)備配管檢測(cè)（內(nèi)壁腐蝕）

● 風(fēng)力發(fā)電葉片檢測(cè)

● 激光超聲檢測(cè)小徑管焊縫缺陷

● 絕緣端子完全非接觸檢測(cè)

● 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(cè)

● 飛機(jī)（B777）CFRP葉片檢測(cè)

● 復(fù)雜形狀：開關(guān)部件疲勞檢測(cè)

● CFRP直角積層板人工剝離檢測(cè)（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(cè)

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(cè)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(cè)，而且適用于非金屬材料、金屬與非金屬結(jié)合材料的檢測(cè)與評(píng)估。它還可用于高溫、劇毒等特殊環(huán)境下的檢測(cè)。它解決了許多用傳統(tǒng)超聲檢測(cè)方法無法解決的難題，為無損檢測(cè)領(lǐng)域提供了嶄新的檢測(cè)手段。

目前，該檢測(cè)技術(shù)在國(guó)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(cè)技術(shù)還會(huì)不斷地改進(jìn)與完善。在不久的將來，它會(huì)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。