Способ лазерно-акустического контроля изделий Советский патент 1993 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к неразрушаю- щ1/м методам контроля изделий с помощью ул( тразвуковых колебаний и может найти

пр

вменение в различных отраслях машиностроения, энергетики и транспорта.

Известен способ лазерно-акустическо- го сонтроля изделий, заключающийся в том, чт( в контролируемом изделии возбуждают ультразвуковые импульсы путем локального на -рева его поверхности импульсным лазерным излучением, на расстоянии от места воздействия лазерным излучением принимает упругие импульсы и по параметрам этих импульсов определяют наличие дефектов в изделии 1. Недостатком этого способа является то, что для возбуждения, мощных упругих акустических импульсов необходимо создать плотность лазерного излучения, при котором осуществляется поверхностное испарение материала изделия, что приводит к повреждению поверхностей, особенно при необходимости неоднократного воздействия в одно и то же место для повышения достоверности контроля, кроме того, поверхность металлов отражает основную часть лазерного излучения, что требует для осуществления контроля повышенных мощностей лазерных излучателей, а это приводит к удорожанию процесса и снижеVJ

О

СА) СО ON 4

нию производительности за счет ограничения частоты посылок лазерных импульсов.

Наиболее близким к заявленному способу является способ лазерно-акустическо- го контроля изделий, заключающийся в том, что на поверхность контролируемого изделия наносят слой вещества, возбуждают в контролируемом изделии ультразвуковые колебания путем локального нагрева вещества лазерным излучением, регистрируют с помощью приемного преобразователя акустические колебания, прошедшие через контролируемое изделие, по параметрам которых определяют наличие дефектов в контролируемом изделии 2.

Недостатком данного способа является то, что в качестве слоя вещества наносят черную краску, которая существенно снижает отражение лазерного излучения и тем самым повышает эффективность возбуждения по сравнению с аналогом 1, однако при возбуждении упругого импульса воздействием лазерного излучения по прототипу 2, испарение черной краски осуществляется на границе ее с воздушной средой, поэтому расширяющийся паровой объем направлен в сторону свободной границы его с воздухом, а давление этого испарившегося объема на поверхность контролируемого изделия недостаточно. Кроме того, при неоднократном воздействии лазерного излучения на. краску она или полностью удаляется или изменяет свои отражающие свойства за счет изменения окраски, что приводит к нестабильности величины акустического упругого импульса, генерируемого в контролируемом изделии.

Цель изобретения - увеличение произ- водительности. расширение номенклатуры контролируемых изделий и повышение амплитуды ультразвуковых колебаний.

Цель достигается за счет того, что в способе лазерно-акустического контроля изделий, при котором на поверхность контролируемого изделия наносят слой вещества, возбуждают в контролируемом изделии ультразвуковые колебания путем локального нагрева вещества лазерным излучением, регистрируют с помощью прием- ного преобразователя акустические колебания, прошедшие через контролируемые изделия, по параметрам которых опре- деляют . наличие дефектов в контролируемом изделии, в качестве слоя вещества используют оптически прозрачную жидкость, а локальный нагрев производят на границе раздела слоя жидкости с контролируемым изделием. В результате луч лазера проходит через жидкость, нагревают поверхностный слой контролируемого

изделия, соприкасающаяся с поверхностным слоем жидкость вскипает, отнимая тепло от поверхности изделия, и исключает тем самым испарение с поверхности изделия, а

. при дальнейшем воздействии лазерного импульса испарившаяся жидкость ионизируется и наступает лазерный пробой, но рост газового пузыря ограничивается в данном случае не воздушной средой, а границей с

0 жидкой средой, которая менее податлива, чем воздух, что позволяет на порядок увеличить давление генерируемого ультразвукового импульса в контролируемом изделии, снизить излучаемую в импульсе мощность и

5 за счет этого увеличить частоту следования импульсов- повысить производительность, а также осуществить контроль изделий с полированными поверхностями и изделий из материалов с высоким затуханием ульт0 развука.

Еще больше можно повысить генерацию упругих импульсов высокого давления в оптически прозрачном слое жидкости, если на слой жидкости накладывать пластину

5 из оптически прозрачного материала, ограничивая рост парового Пузыря стенками из твердого материала, при этом имеется возможность осуществлять частотную селекцию усиливаемого таким образом спектра

0 ультразвукового упругого импульса - усиле- ние осуществляется преимущественно со- ставляющих импульс волн, четверть длины которых не превышает слоя жидкости между поверхностью контролируемого изделия

5 и пластиной.

На фиг. 1 представлена схема осуществления предлагаемого способа: на фиг. 2 - вариант осуществления способа с пластиной из оптически прозрачного материала.

0 Устройство, реализующее предложенный способ лазерно-акустического контроля, включает в себя источник- лазерного излучения 1, ленту 2, ванну 3 с жидкостью 4, в которую погружены контролируемое изде5 лие 5 и пьезоэлектрический приемный преобразователь 6. Перед контролируемым изделием 5 со стороны воздействия лазерным излучением может быть расположена стеклянная или кварцевая пластина 7.

0

Последовательно смещая контролируемое изделие 5 между источником лазерного излучения 1 и преобразователем б, осуществляют выявление дефектов в контролируе5 мом изделии 5. Лазерное излучение практически без ослабления проходит слой жидкости 4 и, достигая поверхности контролируемого изделия 5, выделяется в виде тепла в тонком слое толщиной в доли мкм. Контролируемая с поверхностью изделия 5

жи дкость А в зоне нагрева поверхности изделия вскипает, отнимая от поверхности контролируемого изделия 5 тепловую энергию и препятствуя ее испарению. Испарив- жидкость 4 при расширении истытывает сопротивление прилегающих слоев жидкости и, находясь в состоянии пере ретого пара, вызывает мощный упругий импульс в граничащей с ней поверхности коррелируемого изделия 5. В дальнейшем на:тупает конденсация паров жидкости за затраты энергии на расширение объема парового пузыря и теплообмена с окру- жЈ ющей пузырь жидкостью. возникающие при движении парового пузыря микропото- ки перемешивают слои жидкости у поверх- нссти изделия 5 и возвращают ее в исходноесостояние. В качестве прозрачной ж, дкости может использоваться вода, но лучшие результаты дают ацетон, этиловый

спирт или другие легкоиспаряющиеся жидкости.

При размещении в жидкости или на поверхности жидкости пластины из прозрачного материала - стекла, кварца и т. п, с образованием между поверхностью изделия и пластиной слоя жидкости толщиной не более четверти длины продольной волны в жидкости для максимальной частоты спектра акустического импульса, принимаемого преобразователем, увеличивается жесткость границ расширения парового пузыря. Чем тоньше слой жидкости между изделием и пластиной, тем больше высокочастотная составляющая спектра принятого сигнала. Наиболее эффективно наложение прозрачной пластины на смоченную поверхность изделия с образованием у них слоя жидкости, только смачивающего эти соприкасающиеся поверхности.

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий с помощью ультра- зв7ковых колебаний и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, энергетики и транспорта. Цель изобретения - увеличение производительности, расширение номенклатуры контролируемых изделий и повышение амплитуды ультразвуковых колебаний -достигается за счет того, что возбуждают колебания через слой оптически прозрачной жидкости и локальный нагрев производят на границе раздела слоя жидкости с контролируемым изделием, а также за счет того, что на слой жидкости накладывают пластину из оптически прозрачного материала для создания в слое жидкости повышенного давления пара и за счет того, что толщина слоя жидкости устанавливается не более четверти длины продольной волны в жидкости на максимальной частоте ультразвуковых колебаний, регистрируемых приемником. 2 з. п. ф-лы, 2 ил. i Ё

Формула изобретения 1. Способ лаз.ерно-акустического контроля изделий, заключающийся в том, чкгна поверхность контролируемого .изделия на- нссятслой вещества, возбуждают в контро- Л1руемом изделии ультразвуковые колебания путем локального нагрева веще- стза лазерным излучением, регистрируют с пс мощью приемного преобразователя акустические колебания, прошедшие через кснтролируемое изделие, по параметрам ксторых определяют наличие дефектов в ко нтролируемом изделии, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности, расширения номенклатуры кс нтролируемых изделий и повышения амп- п туды ультразвуковых колебаний, в качестФиг. I

ве слоя вещества используют оптически прозрачную жидкость, а локальный нагрев производят на границе раздела слоя жидкости с контролируемым изделием.

Фиг. 2