常規脈衝(chong) 反射法超聲檢測技術在我們(men) 的日常無損檢測工作中，往往會(hui) 遇到複雜形狀工件無法入手、檢測速度相對較慢、容易出現漏檢誤檢、檢測人員專(zhuan) 業(ye) 性要求高等問題。

而激光超聲波可視化檢測技術作為(wei) 一種新型超聲波檢測方法因其檢測速度快、覆蓋範圍大、檢測結果以動畫形式展現更為(wei) 直觀、可實現狹小空間與(yu) 複雜形狀工件檢測等，被更為(wei) 廣泛的應用。

近日，北京國電電科院檢測科技有限公司佟鑫工程師受邀進行了《激光超聲波可視化檢測技術與(yu) 應用》的主題研討，向大家介紹了激光超聲波可視化檢測技術的工作原理、特點、適用範圍，分享了該檢測技術的係列應用案例。

一、激光超聲波可視化技術原理

激光超聲檢測是近些年超聲檢測發展起來的新分支，屬於(yu) 光、聲、電等的交叉科學。與(yu) 傳(chuan) 統的超聲檢測技術相比，激光超聲可視化技術以其非接觸地高速掃描檢測，消除了傳(chuan) 統超聲檢測技術中的耦合劑影響，用於(yu) 各種較複雜形狀工件的無損檢測。加之可重複產(chan) 生很窄的超聲脈衝(chong) ，在時間和空間均具有極高的分辨率，使之成為(wei) 極具應用前景的無損檢測新技術。

01常規超聲波檢測麵臨(lin) 的難題

● 麵積小、時間長、效率低

● 無法檢測複雜形狀

● 無法檢測狹小處、高溫等處

● 大量耦合劑

● 漏、誤報率高

● 表麵盲區

● 專(zhuan) 業(ye) 性過強

常規超聲波設備檢測過程

02與(yu) 現有常規超聲檢測技術的差別

舊方法采用的是脈衝(chong) 回波法，屬於(yu) 經驗型技術，隻能對簡單形狀的工件進行局部探傷(shang) ，同時需要專(zhuan) 家檢測。

新技術采用的是激光掃描，屬於(yu) 視覺型技術，可以對3D任意形狀的大範圍、非接觸的工件進行檢測，非專(zhuan) 家人員也可進行檢測。

新技術的優(you) 越性

03激光超聲波產(chan) 生原理

傳(chuan) 統探頭產(chan) 生超聲波的方法：振動

在傳(chuan) 統超聲波檢測過程中，超聲波的發射通過探頭來實現。通常利用材料的壓電效應實現電能、聲能轉換的換能器。探頭中的關(guan) 鍵部件是晶片，晶片是一個(ge) 具有壓電效應的單晶或者多晶體(ti) 薄片，它的作用是將電能和聲能互相轉換。

激光產(chan) 生超聲波的方法：熱彈和燒蝕

入射激光的功率密度較低時，激光能量激發電子遷移引起晶格振動使物體(ti) 表麵溫度上升，采用脈衝(chong) 激光會(hui) 使激光照射點急劇熱膨脹，從(cong) 而產(chan) 生熱彈性波；

入射激光的功率密度較高時，溫度急劇上升將使固體(ti) 表麵局部融化，出現燒蝕，此時熱彈性波仍然發生，但主要是由燒蝕效應產(chan) 生超聲波。

04激光超聲波接收原理

傳(chuan) 統探頭接收超聲波的方法：振動

在傳(chuan) 統超聲波檢測過程中，超聲波的接收通過探頭來實現。通常利用材料的壓電效應實現電能、聲能轉換的換能器。探頭中的關(guan) 鍵部件是晶片，晶片是一個(ge) 具有壓電效應的單晶或者多晶體(ti) 薄片，它的作用是將電能和聲能互相轉換。

激光接收超聲波的方法：激光幹涉

采用CW激光器發射的激光經分光片後分為(wei) ：Probe beam（探測光束）和Reference beam（參考光束）。

Probe beam入射到工件上，在工件表麵發生散射，成為(wei) 攜帶有工件表麵振動信息的Signal beam返回激光接收器，Signal beam和Reference beam在光折變晶體(ti) 中發生混頻，並得到與(yu) Signal beam相適應的Localoscillator beam（局域震蕩光束），這兩(liang) 列波束在光電探測器上產(chan) 生幹涉，得到與(yu) 工件表麵位移成比例的光電流（電信號）。

05LUVI可視化原理：超聲波傳(chuan) 播的相反性

06激光超聲波可視化技術原理

激光產(chan) 生超聲波的方法：熱彈和燒蝕

入射激光的功率密度較低時，激光能量激發電子遷移引起晶格振動使物體(ti) 表麵溫度上升，采用脈衝(chong) 激光會(hui) 使激光照射點急劇熱膨脹，從(cong) 而產(chan) 生熱彈性波；

入射激光的功率密度較高時，溫度急劇上升將使固體(ti) 表麵局部融化，出現燒蝕，此時熱彈性波仍然發生，但主要是由燒蝕效應產(chan) 生超聲波。

激光接收超聲波的方法：激光幹涉

采用CW激光器發射的激光經分光片後分為(wei) ：Probe beam和Reference beam。

Probe beam入射到工件上，在工件表麵發生散射，成為(wei) 攜帶有工件表麵振動信息的Signal beam返回激光接收器，Signal beam和Reference beam在光折變晶體(ti) 中發生混頻並得到與(yu) Signal beam相適應的Local oscillator beam，這兩(liang) 列波束在光電探測器上產(chan) 生幹涉，得到與(yu) 工件表麵位移成比例的光電流。

07激光超聲波可視化檢測原理

08LUVI的特征與(yu) 優(you) 勢

● 可實現曲麵，複雜形狀的可視化檢測；

● 可大幅度縮短檢測時間，檢測時間大約是傳(chuan) 統接觸式探頭掃描方式的1/100；

● 通過動畫觀測，檢測方式簡單，檢測數據可保留，可進行大數據分析；

● 可大範圍檢測；

● 可適用於(yu) 狹窄部、高溫部，高處等難檢測部位的非接觸式檢測；

● 因為(wei) 使用動畫記錄被檢測體(ti) 形狀，因此易於(yu) 對損傷(shang) 部位進行定位；

LUVI的操作畫麵

LUVI的操作軟件

LUVI的性能參數

二、激光超聲波可視化技術應用

01激光超聲波可視化技術檢測設備

02設備基本構成

● 強大的軟件功能

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(chuan) 播動態圖像、聲速圖像等，方便分析、易於(yu) 操作，能夠使非專(zhuan) 業(ye) 人員在進行簡單培訓後也能快速檢測，為(wei) 使用者大大降低了檢測難度及誤報率等問題的可能性。

● 斜角度探頭聲場測定功能

● 激光超聲檢測平板對接焊縫

● T字焊接接頭（內(nei) 部缺陷）

● 火車車軸（鍛件）

● 火車鐵軌（鑄件)

● 汽車變速箱檢測（鑄件）

● 不鏽鋼彎管內(nei) 部腐蝕檢測

● 管道彎頭處（內(nei) 壁缺陷）

● 管道直管處（外壁缺陷）

● 傾(qing) 斜狀物體(ti) 的檢測

● T形管腐蝕傷(shang) 檢測

● 核電設備配管檢測（內(nei) 壁腐蝕）

● 風力發電葉片檢測

● 激光超聲檢測小徑管焊縫缺陷

● 絕緣端子完全非接觸檢測

● 超聲波在複雜形狀中的傳(chuan) 播

● 飛機CFRP加固材料模擬剝離

● 飛機CFRP加固材料模擬剝離

● 飛機部件焊接部裂紋檢測

● 飛機（B777）CFRP葉片檢測

● 複雜形狀：開關(guan) 部件疲勞檢測

● CFRP直角積層板人工剝離檢測（嵌入特氟隆薄膜）

● CFRP擬似等方性材料 – 鑽孔及衝(chong) 擊損傷(shang)

● 飛機用油管焊接狀態的檢測

三、激光超聲波可視化技術展望

01LUVI未來展望

02LUVI係列設備

激光超聲波可視化檢測儀(yi) 不僅(jin) 能夠用於(yu) 金屬薄板焊接、複雜形狀樣件等的無損檢測，而且適用於(yu) 非金屬材料、金屬與(yu) 非金屬結合材料的檢測與(yu) 評估。它還可用於(yu) 高溫、劇毒等特殊環境下的檢測。它解決(jue) 了許多用傳(chuan) 統超聲檢測方法無法解決(jue) 的難題，為(wei) 無損檢測領域提供了嶄新的檢測手段。

目前，該檢測技術在國內(nei) 外的重點領域、研究機構和中大型企業(ye) 已初步發揮其作用。伴隨著激光超聲技術的不斷發展，該種檢測技術還會(hui) 不斷地改進與(yu) 完善。在不久的將來，它會(hui) 在航空航天、石油化工、核電、煤電、風電、鐵路、汽車等眾(zhong) 多領域彰顯出更大的能量。