第４７卷 第５期 ２０１７年５月 激光与红外 ＬＡＳＥＲ ＆ ＩＮＦＲＡＲＥＤ Ｖ０１．４７．Ｎｏ．５ Ｍａｙ，２０１７ 文章编号：１００１－５０７８（２０１７）０５－０５４１－０７ ・激光应用技术・ 带涂层金属板件缺陷的激光超声检测研究 郭海洋 ，徐志祥 ，刘志毅 ，张祥春 （１．大连理工大学机械工程学院，辽宁大连１１６０２４；２．中国航空综合技术研究所，北京１０００２８） 摘要：针对带涂层金属板件的缺陷检测存在分辨率低，形状、尺寸难确定等问题，基于热弹激 励原理、依托两套不同的检测系统对带涂层金属板件的缺陷进行检测，展开对激光超声检测技 术的方法研究。首先通过实验验证这项技术的可行性和有效性、检验涂层对缺陷检验有无影 响，其次利用实验产生的数据以及图像分析了涂层影响下缺陷波形并对缺陷波进行理论分析， 然后对波形参数进行了实时计算最终得到了５０ ｍ涂层影响下缺陷的形状和尺寸特征。研 究结果表明：激光超声检测技术可以实现对带涂层机械板件缺陷的定性定量检测，可应用于工 程领域的实时在线检测，并有良好的发展前景。 关键词：涂层；金属板件；激光超声；缺陷检测 中图分类号：ＴＧ１１５．２８ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—５０７８．２０１７．０５．００４ Ｌａｓｅｒ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｐｌａｔｅ ｗｉｔｈ ｃｏａｔｉｎｇ ＧＵＯ Ｈａｉ．ｙａｎｇ ，ＸＵ Ｚｈｉ—ｘｉａｎｇ ，ＬＩＵ Ｚｈｉ．ｙｉ ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｎｇ．ｃｈｕｎ （１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ １１６０２４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００２８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｌａｓｔｉｃ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｔｗｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｅｔｓ ｏｆ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｄｅ— ｆｅｅｔｓ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｐｌａｔｅ ｗｉｔｈ ｃｏａｔｉｎｇ，ａｎｄ ｌａｓｅｒ ｕｈｒａｓｏｎｉｃ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｒｅ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｏｎ ｄｅｆｅｃｔｓ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔ ｗａｖｅｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ａｒｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅ－ ｔｅｒｓ ｏｆ ｄｅｆｅｃｔ ｗａｖｅｓ ａｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｉｎ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｈａｐｅ ａｎｄ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ５０ ｕｍ ｃｏａｔｉｎｇ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｌａｓｅｒ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｅｓｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃａｎ ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅｌｙ ａｎｄ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｏａｔｅｄ ｍｅｔａｌ ｐｌａｔｅ．Ｔｈｕｓ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃａｎ ａｌｓｏ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｏｎ—ｓｉｔｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｆｉｅｌｄ，ａｎｄ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｔｉｎｇ；ｍｅｔａｌ ｐｌａｔｅｓ；ｌａｓｅｒ ｕｈｒａｓｏｎｉｃ；ｄｅｆｅｃｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ １ 引 言 损检测领域得到广泛的应用 并愈加成熟。激光 激光超声应用技术源于２０世纪６０年代到８０ 年代，广泛地应用于物理、化学、微电子学、表面科 激发的超声波具有好瞬态、宽频带、多模态等特点赋 予了它精度高、测量范围广、灵敏度高、可以无接触 学、材料科学、环境科学以及生物医学等诸多领域。 学者们对激光与物质相互作用产生超声机理进行探 索并开展这方面的机理和实验研究，使此技术在无 测量，不使用耦合剂等优点。机械板件的疲劳破坏 通常是由交变载荷引起，因表面覆盖涂层而难以察 觉。应用传统检测技术（如磁粉检测）对金属板件 基金项目：大连理工大学中央高校基本科研业务费专项项目（Ｎｏ．ＤＵＴ１５ＺＤ１１０）资助。 作者简介：郭海洋（１９８９一），男，硕士，研究方向为无损检测技术。Ｅ—ｍａｉｌ：ｙａｎｇｋｕｏｙａｂｉａｎ＠１６３．ｃｏｎ 收稿日期：２０１６－０８—２２；修订日期：２０１６—１１－０４ ５４２ 激光与红外 笫４７巷 缺陷进行检测首先要对涂层进行处理，但是这个过 程耗时长、工序繁琐致使其检测效率低。考虑到激 光超声技术的上述优点，因此展开以此技术为基础 对带涂层金属板件的缺陷检测的实验研究。激光激 发超声的机制按激光入射能量大小可以分为两类： 热弹激励和烧蚀激励。烧蚀往往能量过高而导致涂 层的破坏，若采用烧蚀激励就失去了无损探伤的意 义，因此本实验研究的机理采用热弹激励。 本文首先介绍了激光超声检测系统原理及其组 成（激光器的原理，激光干涉仪接收系统，信号处理 系统，精密控制系统等），然后重点研究了涂层在应 用此系统过程中对机械板件缺陷的影响，以及是否 能达到对缺陷定性定量目的，着重进行了相关理论 分析和实时计算。 ２激光超声技术实验系统的建立 激光超声检测系统主要由激光器系统、信号接 收系统、信号处理系统、精密电控装置等组成，具体 系统 如图１所示。在激光激励试件表面的过程 中，样件产生热应力从而激发出超声波，超声波在样 件内部传播引起一定程度的振动引起对表面检测光 束的调制，系统通过检测光电信号得出缺陷信息，检 测系统实验装置图如图１所示，检测激光为 Ｎｄ：ＹＡＧ激光器，波长为１０６４ ｌｑｍ，脉冲激光束经过 衰减片后通过ＰＢＳ（极性分光器）一束作为参考信 号，一束作为检测信号，在两束信号之间为了防止激 光的反射干扰以及反射光束对激光器造成损伤常放 置一个法拉第隔离器在两束激光信号之间，参考信 号与被缺陷超声波调制过的检测信号光束发生干涉 现象，通过检测系统对干涉的信号放大滤波等处理 过程实现对缺陷信号的提取。 ①激光器模块②信号接收模块③信号处理系统模块 ④扫描系统模块⑤软件处理模块 图ｌ激光超声系统图 Ｆｉｇ．１ Ｌａｓｅｒ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｄｉａｇｒａｍ 在检测的过程中因为检测的目的性不同，使用 的调制方法也不同。比如检测表面缺陷的长度使用 表面波来探测比较合适，如检测缺陷的深度或薄 膜 的厚度使用ｌａｍｂ波相对比较合适，为得到较理 想的波的形式，在光学平台上调出合适的细线光束 和激光斑点，线性光束光的能量聚集性较小、强度较 弱，能量主要集中于表层，线型光束的作用面积大则 容易形成表面波。调制出激光斑状较小但是能量较 大则易于形成纵横波，通过０．２ ｍ级的精度精密平 移电控装置实现激光束与样件的相对运动，．．｝二ｉ 都保 证了系统的正常检测缺陷的需要，由此建立起激光超 声检测系统。激光超声系统实物图如图２所示。 ①零差干涉仪②激光器③手动控制器④导光镜⑤位黄移动装胃 ⑥耦俞九纤光学头⑦１ 件⑧搛作系统 图２激光超声检测系统实物图 Ｆｉｇ．２ Ｒｅａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｕｈｒａｓｏｕｎｄ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ３ 带涂层的机械板件缺陷检测的实验研究 涂层是一种经济、方便和性能优异减缓微动 损伤的表面工程 技术材料。常见的涂层材料粘 结ＭｏＳ，固体润滑层、超音速火焰喷ＷＣ一１７Ｃｏ、 ＷＣ一２７ＣｒＮｉ涂层和激光淬火层和成分为丙烯酸 树脂油漆层。当覆盖下的机械板件受到振动，或 者受到交变应力的作用会造成金属疲劳形成裂纹 破损。 激光超声技术利用激光激发和接收超声波来榆 测材料和板件中的缺陷，该技术是解决在带涂层机 械板件内部检测含有复杂形式的缺陷问题的有效途 径。激光可以在不垂直结构表面的条件下，远距离 激发脉冲激光在材料中激发超声波，基于零差＝ｒ涉 原理进行超声信号的检测，并且有很高的时间和空 问分辨力，也可以使用超声传感器配合耦合剂接收 超声波信号完成涂层下的缺陷检测。 通过软件或控制面板控制激光能量值释放得到 一定波长，重复频率，脉宽的激光束，由于光束的成 分为中红外光和近红外光，因此需要加一个导光束 使光束可见，照射在工作部件上，特定材料的热弹效 应激发产生多模态的超声波场，通过信号处理模块 的信号放大以及信号滤波，再通过信号检测系统检 测出缺陷信号波，并把它转化成电信号，Ａ／Ｄ转换 郭海洋等带涂层 桶板什缺陷的激光 Ｊ： 删６Ｊｆ ５４３ 系统 后邋过软件处州模块（女¨ｆ｛｝ｆ ｌ⑧所爪）对信号 的处 ，得到二维或 维图像形成对数据的具体分 析 得到动态Ｉ警＝Ｉ像达刽对缺陷的诊断，最终实现 刈‘缺 的定性定： 的俭测。 ４实验研究及分析 此次实验研究＝｝ 使用两个系统（１ＪＩｊＶｌ系统 以及ｌ｛（１ｓｓａ Ｎｏｖａ Ｔｅ（・ｈｎｏＩｏｇｉｅｓ系统），激光超声检测 技术的系统原 体 Ｉ二文所述，在一Ｆ 实验中主 ‘ ｔｔ’刈’在带涂 的饥械部件的缺陷检测过程中出现 的 象进行研究 …于轴类零什ｔ的审问机构较为复杂，形成的波 场“。较为混乩．因此选择４５＃钢板干ＩＪ铝饭，作为基 础研究的样什歼在板ｆ 加工出矩形槽状裂纹，其尺 寸 仃小同 木义选择４５＃钢板和铝板作为样件并 ｎ 板ｆ 加Ｉ 出砸形懈状裂纹，其』 寸各有不同 具 ｆ小 ＆Ｉ昕示。 表１ 工件参数 Ｔａｔ）．１ Ｗｏｌ’ｋｐｉｅｃｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ 料 有无裂纹 裂纹Ｒ寸 Ｉ 件 寸 【ｉ ב范×深）／ｍｓ『 】（长Ｘ宽×高）／ｌｌｌｌ｝］ 涂 ４５＃钢 彳ｒ １０ Ｘ（）６ ＸＩ ２００ Ｘ１２Ｏ Ｘ６ ４５＃钠 有 ｌ０×（）６×１ ２００×１ ２Ｏ×６ ｛｝ 板 订 ｌ（）×ｌ×１ ｌ２《）Ｘ ８０×６ 钳ｊ板 ｌ尢 （）×０ Ｘ０ １２（）×８０ Ｘ６ 仃尤缺陷条件Ｆ（如图３所永）的埘照实验是 堆 ：激光的各项参数，激发位置，接收位 等都相同 ｆｔ寸做的对比，均足以带涂层的铝板为实验埘象，此实 验依托于Ｔ ｕⅥ激光Ｊｌ芏ｉ声可视化检测仪来分析激光 巡 皮缺陷俭测实验结 如图４所示 …Ｉ划３（ａ）化 ＩＪＪ‘以看出有缺陷Ｉ 什（图４下 ） ｝１ 亏无缺陷（ ４ 圈）的工件中产，卜的超声波 囱 ｆ１Ｊ】 的不同，３８ ｓ处有明显的信号波动。此实 验说［ｉ』】激光超声榆洲技术检洲带涂层板件缺陷具有 仃效 和高效性 ＿ 金 ｆ｛” ¨ｉｇ ３ Ｍ‘ ｔａ］ｓａｍｐ［￣ Ｉ｛ｉａｇｌ［１ｌｌｌ 下面依托于Ｂｏｓｓａ Ｎｏｘ，ｄ １１ ・Ｉｌｌ￣ｏｌｏｇｉｅｓ激光趟Ｊ ｊ 检测仪对有无涂Ｊ 况下（ Ｉ冬ｉ ５所，Ｊ ）柚卜１Ｊ化 处的缺陷进行检测：涂层主 成分为 ｃ希酸树８｝｛， 度为５０ Ⅲ，其结果如图６所示 ４【】 岩２ ０ 鲎【】（’ ２．ｏ ；一４ ０ ６Ｉ】 ｎ＿ ，ｌ ４ ５【） ｝ 目２ ５ ｈ ｍ 三０（｝ 要Ｈ１ ５ … ｓＩ】 ‘ ”¨Ｅ ¨ ｍ Ｈ 车、 ● ６５ ７１）７５ ８０ ８５ ９０ ９５ １０ｌ ａｇｒｔ￣Ｉｎ Ｉ冬『５样什 ¨ ．５ ａｍ ｆ‰ ５４４ 除了激励波，Ａ扫 显示为多模态的波形，Ｂ扫 图显示缺陷的形状；深度和宽度这两个尺寸主要由 超声波的纵波，横波这两种波的波速（ｑ＇ｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ 原理）汁算ｍ．长度的尺寸主要根据表面波、纵波波 速（Ｔｉｎ ｃ ｏｔ’Ｆｌｉｇｈｔ原理）汁算出，缺陷出现的时间可 从图６（ｂ），（ｄ）（带涂层 ，卜）中渎出 在４５≠｝钢内 纵波（ ＝５８５０ Ｉｌｌ／Ｓ）横波（ ＝３２４０ ｍ／ｓ）表面波 （ ＝２８９０ Ｉ｜Ｉ／Ｓ），ｒ｝｛此引‘箅 （图６（ａ）以及图６ （ ・）为英制 寸换算为公制）宽度为３．０５ ｌ｜ｌｌｌｌ。长度 为１０．１６０ ＩＩＩｉｌｌ，深度 、 ，Ｊ确定需要建立卡ｆ］Ｊ、 的模 型进行汁算，由于板厚已经确定，在 件内波反射次 数 确定，时问确定的情况下需要根据纵波与表面 波的波速以及板厚确定缺陷的位置 深度的确定具 体模式分为Ｆ列两种，如【冬１ ７所示 ｊ ｉ； ｊｉ／ｉ： …。 一一－ｉ ｊｌ 缺陷 隆【７ 愉删，Ｊ 总 Ｆ’ｉｇ．７ １）ｅｔｅ￣‘ｉｒｎｇ ｓｋ Ｐｌ（’ｈ ｄｉａｇｒａｍ 图７（ａ） 设纵波的传播的入射与反射波路径 长分别为Ｓ。和Ｓ ；“为激光器与接收仪之问的直线 距离；图７（１，）图四个人射反射路径由左至右分别为 ｓ ． ，ｓ ，ｓ ，缺陷的实际高度为板厚 （６ ｎｌｎ１）减 去ｈ： ＋Ｓ２＝ ・ｆ （其中ｚ已知） （１） ： ． ｆ ２ １ ５４５ “＝ 川 ： 。 （４） ＋ ４＋ ＋５ ＝Ｉ，。Ｉ ，（５） （６） （７） ５ ＝ ４＝ ¨＝ －， ＝ 三 ～ ｉ一（ ） （８） （９） ，，＝６一 一 ４５＃钢Ｉ』、Ｊ纵波波述Ｉ』，＝５８５０ ＩＴＩ／Ｓ，农【ｆＩ『波 波述 ＝２８９０ １１１／￣，时间（ｒＩ Ｊ』冬ｉ ６（Ｉ ），（ｔＩ）ｆ叮僻）为 ３．５ ｕ ： ＩｌＩ』 （３）、（９） 得： ，，＝一２．９（）Ｊ…『『ｌ ４５＃钢 纵波波速 ＝５８５０ ｍ／ｓ， 波 波述ｌ， ＝２８９０ Ｉｌｌ／ ｓ，时 （１１ｆ ８（１）），（ｄ）ＩＩ 得）为 ３．５ ： Ｉ｝ｆ』 （８）、（９）僻： ｔｌ＝１．５４８ ＩＩＩＩＩ１ ＩＩＪ Ｉ 以／支汁斡：结 １１ Ｊ‘得罔７（ａ）的模式 不符 婴求．住２０（）ＩＩ１１１１×１２０ ＩＩ１１１１ Ｘ ６ ＩｌｌＩｌｌ的带涂层 ¨ｒ什 ｆ 超 ｊ 波最少经过 次反射，ＩｊＪ此最 路 图 ４ ７（１））Ｉ冬Ｉ的馍』 求晰ｆＩＩ 瞍为１．５４８ ＩＫ ＩＩＩ１１ Ｔ度 ｍ ｃ１ （） （１ Ｓｆ】 （１ 【】 ｛１＾１） ｃ ＾Ｉ【ｌ ５０ 【）４０ （】３（】 …㈣… 。 叫 、一Ｓｃａｎ ｌ ４ｑＦ ３ ｌ ２５Ｅ一３ ｌ Ｏ０Ｉ 一３ ５０Ｅ一４ ５｛ｆＯＥ－４ ２ ５０Ｅ－４ ０ｔＩ（１Ｅ・【ｌ １ ５０ｔ・一４ ５ ｆ）（１Ｉ・一４ ５（１【一一４ １ ０（１Ｆ一３ ｝２５Ｅ一３ １ ｎ３Ｅ ３ ０ Ａ．Ｓｃａｎ Ｉ ５【】Ｅ—ｌ Ｉ ２０Ｅ１ Ｉ（）（）Ｅ—Ｉ ８ ００Ｅ．２ ６ Ｏ０Ｅ一２ ４【】０Ｅ一２ ２ ＯＯＥ－２ Ｉ】ｌ｛）（】Ｅ，－（】 ２ ００Ｅ一２ ４ ＯＯＥ一２ ９９Ｅ一！ ｒＩＩＩＩＣ Ｌｌ、 （（１）【 他 １】Ｊ＼｛＿Ｉ＿ｌ ｌ ｆ引８ ｝涂』， 缺 ｆ令 删（ ｒｉｇ．８ ｌ ｔｈ，ｌｔ‘（ 『ｌｒ‘ｌＩ…ＩｌＩＩ－、、ｉｌｈｔＩｔ）ｌ ｔ ｔ｝ａｌｂｉｇ，ｌｉａｇ￣：ｌ… 最终 Ｊ＿以 出带涂Ｊｚ 缺陷的 、Ｊ‘Ｋ度为 １０．１６０ １１１［１１，宽度方向３．０４８ ｌｌｌＩＩｌ，深发方向乃 １．５４８ １１１ｆｌｌ。 由Ｔｉｍ ，ｆ Ｆ＇ｌｉｇｈ￣原删川‘僻：阁８（尤涂 广件） （ａ），（ｂ）（英制 位换算 ）的宽度２．７９４ Ｉｌｌｌｌ１，（ｃ－） （ｃ１）图可僻（炎制公 换算 ）长度为 １０．１６０ １１１Ｈ１： 已知４５＃钢『人Ｊ纵波波述 ＝５８５０ ＩＩＩ／Ｓ，表面波 波速 ＝２８９０ １１１／￥，时川（Ｉ¨『冬ｊ ８（｝ ），（（｛）ｆＪＪ－得）为 ３．５ ｐ．ｓ： 深度办…的尺ｌ、ｒｄｊ公 ‘ （８）、（９）褂： Ｈ＝１．５４８ ｌＩ１ｆｌ１ 此图６（ｄ）卜ｊ图８（ｔ１）ｆ 】＿以看…涂 对缺陷 检洲的影响 激光产牛的能 主要集［ｆＪ于表面． 涂层口及收了／ｆ 少能 致使＿¨图中波 ，Ｊ振幅 下降，Ｍ时波形较无涂 Ｉ：有较大的／『 Ｍ．丧 波的波速也 底和涂 的性质有较人的关系． ．从测 长度 ‘ｒＨＪ的波形 【ｌＪ‘以香出太 波的波速 。较明显变化，｝Ｉｌ带涂 扳什的信 变化比较叫 显，由于树脂以及酯类涂层的存在吁敛对热带的 【及ＪＩ 比较好使热 的传导述瞍较快从ｆ 使表回波 ５４６ 激光与红外 第４７卷 速度较尢涂层快 超声波的色散程度，以及表面波波速的快慢。通 过检测带缺陷与不带缺陷板件说明此检测方法具 有可行性与高效性，通过对带涂层与不带涂层的 图９为根据对金属板件缺陷数据仿真出的三维 图像，颜色的不同表明信号振幅的强弱红色表示位 移比较大蓝色表示位移比较小，从三维图中也可以 得出缺陷的大致位置和大小。 板件缺陷检测对比，可以实现对带涂层缺陷形状 和尺寸的定性和定量检测；同时在带涂层与不带 涂层在缺陷信号的检测过程中也发现了涂层的存 ｌ臣 一一在确实带来干扰。鉴于上述所述，激光超声技术 可以应用于高铁、航空、汽车等工程领域的实时在 线检测并有良好的发展前景。 。。 。 ●一－ＩＩ＝＿０＿－０．。。０ 。 ｏ９８８ ９：：维缺陷标不 Ｆｉｇ．９ ３ Ｄ ｄｅｆｅｃｔｓ ｍａｒｋｅｄ ｄｉａｇｒａｍ 涂层与基地材料的性质共同决定超声波的色 散 特征，频率以不同的相速度传播，其传播速度 与涂层的参数和入射光束参数（频率，波长 等） 有关。刈‘带涂层工件缺陷信号的分析：从 图６和图８【ｆ｜的Ａ扫图可以看到首先到来的是掠 面纵波，这是涂层纵波和基底纵波共同作用的结 果，同时涂层的存在限制了表面波的传播速度，其 中低频成分【 速度传播较快，出现了相比于无涂 层工件的明显的色散情况。部分原因是有机涂层 的纵波速度（１１ ８０ ｍ／ｓ左右）较慢出现了明显的缺 陷信号的不连续；并且在带涂层的缺陷信号检测 过程中出现了一系列的振荡波形，这些振荡波形 是由于涂层和基底之间的多次反射形成的；同样 可以看出由于涂层吸收能量大导致热量的传导速 度较快，表面波速度较无涂层快，但是降低了表面 波的振幅。 ５ 结语 带涂层金属板件缺陷尺寸为１０ ｍｉｌｌ×０．６ ｍｍ× １ ｌｌｌｍ，检测出来尺寸为ｌ０．１６ ｍｍ×３．０４８ ＩｌｌＩｌｌ× １．５４８ ｍｍ的缺陷，可以得出缺陷的形状为槽形， 由表面波Ｔｉｍｅ ｏｔ’Ｆｌｉｇｈｔ原理计算出长度方向尺寸 与实际尺寸相差不大，在对宽度方向进行检测时， 由于宽度方向的缺陷尺寸和激发的波长相近，波 发生了一定程度的衍射导致检测出的尺寸较大， 在深度方向尺寸的形成的尺寸差距是误差叠加的 结果。由图６以及图８还可以看出涂层可以影响 参考文献： ［１］ ＣＨＩＭＥＮＴＩ Ｄ．Ｇｕｉｄｅｄ ｗａｖｅｓ ｉｎ ｐｌａｔｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｕｓｅ ｉｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍｅ（ ｈａｎｉｅｓ Ｒｅ— 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Ｇｕａｎｇｋａｉ，ＭＡ Ｂａｏｑｕａｎ，ｅｔ ａ１．Ａｐ— ｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ ａｄｖａｎｃｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗ ２０１４，３２（９）：１５—２０．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 周正干，孙广开，马保全，等．先进复合材料超声无损 检测新技术的应用［Ｊ］．科技导报，２０１４，３２（９）： １５—２０． ［１２］ Ｄｕｂｏｉｓ Ｍ，Ｄｒａｋｅ Ｊｒ Ｔ Ｅ．Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｌａｓｅｒ．ｕｌ— ｔｒａｓｏｎｉｅ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｎｏｎ— ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，２０１ １，２６（３／４）：２１３— ２２８．
