一种用于薄壁高筋构件缺陷的激光超声无损检测方法

技术领域

本发明属于无损检测领域，尤其涉及一种用于薄壁高筋构件缺陷的激光超声无损检测方法，主要适用于提高检测精确度。

背景技术

大多数的航空铝合金锻件结构设计为带有加强筋的薄腹板结构，且形状越来越复杂，尺寸精度要求越来越高，通过设计成加强筋的结构形式来提高锻件的强度和刚度，如飞机上的框梁、翼梁、舷窗等零件。另外，高强铝合金/钛合金强度高、塑性低，材料难以加工，薄壁高筋大型壁板制造质量、制造效率控制十分复杂。此外，此类薄壁高筋零件服役工况极其恶劣复杂，要求其具有良好的综合性能。此类零件在成形过程中，常常出现各种成形缺陷，如填充不满、折叠、气孔、流线紊乱等，这些都大大降低了零件的使用性能，存在严重的安全隐患。因此，研究此类高筋薄壁类铝合金的缺陷检测，从而提高产品质量和精度已迫在眉睫，而普通超声检测，因高筋根部有拐角，根部缺陷无法精确识别，已经不能满足检测要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的检测精确度低的缺陷与问题，提供一种检测精确度高的用于薄壁高筋构件缺陷的激光超声无损检测方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种用于薄壁高筋构件缺陷的激光超声无损检测方法，该方法包括以下步骤：

S1、打开检测激光器，预热一段时间，以使检测激光器工作在稳定状态；

S2、将薄壁高筋构件放置在工作台上，并根据缺陷的类型来布置激发激光器和检测激光器；

当缺陷为裂纹类缺陷或者横通孔类缺陷时，将激发激光器和检测激光器垂直放置在薄壁高筋构件的壁板上方，且检测激光器位于激发激光器与薄壁高筋构件的高筋之间；

当缺陷为平底孔类缺陷时，将激发激光器和检测激光器分别垂直放置在薄壁高筋构件的壁板两侧，且激发激光器与检测激光器相对于薄壁高筋构件的壁板对称设置；

S3、先利用凸面镜将激光聚焦成光斑，并调整激发光束和检测光束，以在薄壁高筋构件的壁板上面激发激光，再由检测激光器检测得到超声波信号和缺陷发射信号，并将信号发送给工控机，然后通过工控机来判断缺陷类型。

步骤S2中，所述激发激光器、检测激光器的水平位置均靠近薄壁高筋构件的高筋设置。

步骤S3中，针对裂纹类缺陷，激光在薄壁高筋构件内激发出超声波，掠面纵波L、掠面横波S、表面波R沿薄壁高筋构件的壁板上表面传播，掠面纵波L、掠面横波S向薄壁高筋构件体内传播，表面波R与缺陷作用后产生反射表面波RR沿原方向传播至检测激光器，产生表面波转纵波RL沿垂直方向传播，由检测激光器检测，在工控机中得到的表面波信号和缺陷发射信号，即表面波R和反射表面波RR；

若表面波R到达的时间和反射表面波RR到达的时间关系满足式(1)，则确定薄壁高筋构件存在裂纹缺陷；

式(1)中，t

步骤S3中，针对横通孔类缺陷，激光在薄壁高筋构件内激发出超声波，掠面纵波L、掠面横波S、表面波R沿薄壁高筋构件的壁板上表面传播，掠面纵波L、掠面横波S向薄壁高筋构件体内传播，表面波R与缺陷作用发生转换，产生表面波转横波RS沿原方向传播至检测激光器，产生表面波转纵波RL沿垂直方向传播，由检测激光器检测，在工控机中得到的表面波信号和缺陷反射信号，即表面波R和表面波转横波RS；

若表面波R到达的时间与表面波转横波RS到达的时间关系满足式(2)，则确定薄壁高筋构件存在横通孔缺陷；

式(2)中，t

步骤S3中，针对平底孔类缺陷，激光在薄壁高筋构件内激发出超声波，掠面纵波L、掠面横波S、表面波R沿薄壁高筋构件的壁板上表面传播，掠面纵波L、掠面横波S向薄壁高筋构件体内传播，入射纵波P传播至缺陷处发生反射，产生反射纵波RP传播至检测激光器，产生表面波转纵波RL沿垂直方向传播，由检测激光器检测，在工控机中得到的入射纵波信号和缺陷反射信号，即入射纵波P和反射纵波RP；

若反射纵波RP到达的时间t

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明一种用于薄壁高筋构件缺陷的激光超声无损检测方法中，采用激光超声，利用激光器配合凸面镜将激光聚焦成光斑，用于在薄壁高筋构件接近根部位置激发超声波，检测激光器在薄壁高筋构件的壁板上下不同位置接收回波，可实现对薄壁高筋构件根部产生的裂纹、横通孔、平底孔进行识别检测，不仅提高了检测精确度，而且显著提高产品检测效率，提高产品质量。因此，本发明不仅检测精确度高，而且检测效率高。

附图说明

图1是本发明的实施例1中的薄壁高筋根部裂纹缺陷的激光超声无损检测方法示意图。

图2是本发明的实施例1中的薄壁高筋根部裂纹缺陷的激光超声无损检测的缺陷回波图。

图3是本发明的实施例2中的薄壁高筋根部横通孔缺陷的激光超声无损检测方法示意图。

图4是本发明的实施例3中的薄壁高筋根部平底孔缺陷的激光超声无损检测方法示意图。

图中：激发激光器1、检测激光器2、工控机3、薄壁高筋构件4。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1至图4，一种用于薄壁高筋构件缺陷的激光超声无损检测方法，该方法包括以下步骤：

S1、打开检测激光器2，预热一段时间，以使检测激光器2工作在稳定状态；

S2、将薄壁高筋构件4放置在工作台上，并根据缺陷的类型来布置激发激光器1和检测激光器2；

当缺陷为裂纹类缺陷或者横通孔类缺陷时，将激发激光器1和检测激光器2垂直放置在薄壁高筋构件4的壁板上方，且检测激光器2位于激发激光器1与薄壁高筋构件4的高筋之间；

当缺陷为平底孔类缺陷时，将激发激光器1和检测激光器2分别垂直放置在薄壁高筋构件4的壁板两侧，且激发激光器1与检测激光器2相对于薄壁高筋构件4的壁板对称设置；

S3、先利用凸面镜将激光聚焦成光斑，并调整激发光束和检测光束，以在薄壁高筋构件4的壁板上面激发激光，再由检测激光器2检测得到超声波信号和缺陷发射信号，并将信号发送给工控机3，然后通过工控机3来判断缺陷类型。

步骤S2中，所述激发激光器1、检测激光器2的水平位置均靠近薄壁高筋构件4的高筋设置。

步骤S3中，针对裂纹类缺陷，激光在薄壁高筋构件4内激发出超声波，掠面纵波L、掠面横波S、表面波R沿薄壁高筋构件4的壁板上表面传播，掠面纵波L、掠面横波S向薄壁高筋构件4体内传播，表面波R与缺陷作用后产生反射表面波RR沿原方向传播至检测激光器2，产生表面波转纵波RL沿垂直方向传播，由检测激光器2检测，在工控机3中得到的表面波信号和缺陷发射信号，即表面波R和反射表面波RR；

若表面波R到达的时间和反射表面波RR到达的时间关系满足式(1)，则确定薄壁高筋构件4存在裂纹缺陷；

式(1)中，t

步骤S3中，针对横通孔类缺陷，激光在薄壁高筋构件4内激发出超声波，掠面纵波L、掠面横波S、表面波R沿薄壁高筋构件4的壁板上表面传播，掠面纵波L、掠面横波S向薄壁高筋构件4体内传播，表面波R与缺陷作用发生转换，产生表面波转横波RS沿原方向传播至检测激光器2，产生表面波转纵波RL沿垂直方向传播，由检测激光器2检测，在工控机3中得到的表面波信号和缺陷反射信号，即表面波R和表面波转横波RS；

若表面波R到达的时间与表面波转横波RS到达的时间关系满足式(2)，则确定薄壁高筋构件4存在横通孔缺陷；

式(2)中，t

步骤S3中，针对平底孔类缺陷，激光在薄壁高筋构件4内激发出超声波，掠面纵波L、掠面横波S、表面波R沿薄壁高筋构件4的壁板上表面传播，掠面纵波L、掠面横波S向薄壁高筋构件4体内传播，入射纵波P传播至缺陷处发生反射，产生反射纵波RP传播至检测激光器2，产生表面波转纵波RL沿垂直方向传播，由检测激光器2检测，在工控机3中得到的入射纵波信号和缺陷反射信号，即入射纵波P和反射纵波RP；

若反射纵波RP到达的时间t

本发明的原理说明如下：

薄壁高筋构件腹板薄，筋条薄且高，几何结构复杂，高筋根部缺陷难以检测。本设计采用激光超声，利用高频脉冲激光器配合凸面镜将激光聚焦成光斑，用于在薄壁高筋构件接近根部位置激发超声波，检测激光器在薄壁高筋构件的壁板上下不同位置接收回波，进而检测薄壁高筋构件根部表面和近表面缺陷。本设计通过对构件进行激光超声检测得到的缺陷回波信号图，能够实现高筋薄壁这类具有复杂几何形貌特征大型壁板构件的缺陷检测。

实施例1：

参见图1，一种用于薄壁高筋构件缺陷的激光超声无损检测方法，该方法包括以下步骤：

S1、打开检测激光器2，预热一段时间，以使检测激光器2工作在稳定状态；

S2、将薄壁高筋构件4放置在工作台上，并将激发激光器1和检测激光器2垂直放置在薄壁高筋构件4的壁板上方(同一侧)，激发激光器1、检测激光器2的水平位置均靠近薄壁高筋构件4的高筋设置，且检测激光器2位于激发激光器1与薄壁高筋构件4的高筋之间；

S3、先利用凸面镜将激光聚焦成光斑，并调整激发光束和检测光束，以在薄壁高筋构件4的壁板上面激发激光，再由检测激光器2检测得到超声波信号和缺陷发射信号，并将信号发送给工控机3，然后通过工控机3来判断缺陷类型；

激光在薄壁高筋构件4内激发出超声波，掠面纵波L、掠面横波S、表面波R沿薄壁高筋构件4的壁板上表面传播，掠面纵波L、掠面横波S向薄壁高筋构件4体内传播，表面波R与缺陷作用后产生反射表面波RR沿原方向传播至检测激光器2，产生表面波转纵波RL沿垂直方向传播，由检测激光器2检测，在工控机3中得到的表面波信号和缺陷发射信号，即表面波R和反射表面波RR；

若表面波R到达的时间和反射表面波RR到达的时间关系满足式(1)，则确定薄壁高筋构件4存在裂纹缺陷；

式(1)中，t

本实施例中，a＝9mm，b＝18mm，参见图2，t

实施例2：

参见图3，一种用于薄壁高筋构件缺陷的激光超声无损检测方法，该方法包括以下步骤：

S1、打开检测激光器2，预热一段时间，以使检测激光器2工作在稳定状态；

S2、将薄壁高筋构件4放置在工作台上，并将激发激光器1和检测激光器2垂直放置在薄壁高筋构件4的壁板上方(同一侧)，激发激光器1、检测激光器2的水平位置均靠近薄壁高筋构件4的高筋设置，且检测激光器2位于激发激光器1与薄壁高筋构件4的高筋之间；

S3、先利用凸面镜将激光聚焦成光斑，并调整激发光束和检测光束，以在薄壁高筋构件4的壁板上面激发激光，再由检测激光器2检测得到超声波信号和缺陷发射信号，并将信号发送给工控机3，然后通过工控机3来判断缺陷类型；

激光在薄壁高筋构件4内激发出超声波，掠面纵波L、掠面横波S、表面波R沿薄壁高筋构件4的壁板上表面传播，掠面纵波L、掠面横波S向薄壁高筋构件4体内传播，表面波R与缺陷作用发生转换，产生表面波转横波RS沿原方向传播至检测激光器2，产生表面波转纵波RL沿垂直方向传播，由检测激光器2检测，在工控机3中得到的表面波信号和缺陷反射信号，即表面波R和表面波转横波RS；

若表面波R到达的时间与表面波转横波RS到达的时间关系满足式(2)，则确定薄壁高筋构件4存在横通孔缺陷；

式(2)中，t

实施例3：

参见图4，一种用于薄壁高筋构件缺陷的激光超声无损检测方法，该方法包括以下步骤：

S1、打开检测激光器2，预热一段时间，以使检测激光器2工作在稳定状态；

S2、将薄壁高筋构件4放置在工作台上，并将激发激光器1和检测激光器2分别垂直放置在薄壁高筋构件4的壁板两侧，激发激光器1、检测激光器2的水平位置均靠近薄壁高筋构件4的高筋设置，且激发激光器1与检测激光器2相对于薄壁高筋构件4的壁板对称设置；

S3、先利用凸面镜将激光聚焦成光斑，并调整激发光束和检测光束，以在薄壁高筋构件4的壁板上面激发激光，再由检测激光器2检测得到超声波信号和缺陷发射信号，并将信号发送给工控机3，然后通过工控机3来判断缺陷类型；

激光在薄壁高筋构件4内激发出超声波，掠面纵波L、掠面横波S、表面波R沿薄壁高筋构件4的壁板上表面传播，掠面纵波L、掠面横波S向薄壁高筋构件4体内传播，入射纵波P传播至缺陷处发生反射，产生反射纵波RP传播至检测激光器2，产生表面波转纵波RL沿垂直方向传播，由检测激光器2检测，在工控机3中得到的入射纵波信号和缺陷反射信号，即入射纵波P和反射纵波RP；

若反射纵波RP到达的时间t