为对工件表面产生的倾斜微裂纹进行检测, 从理论上和试验上分析激光产生的宽带瑞利波与矩形铝板上的倾斜角缺陷之间的相互作用。使用瑞利波与倾斜裂纹相互作用产生的透射波、反射波以及在裂纹尖端产生的绕射波来对裂纹角度进行定量检测。通过观察有限元仿真的应力云图, 发现瑞利波沿缺陷传播, 在缺陷尖端处发生模态转换, 有一部分波沿着裂纹绕射到金属表面, 部分波反射, 还有部分转换成纵波和横波。通过对绕射波信号进行傅里叶变换, 得到频谱图并观察绕射波在频域的变化趋势, 对绕射波能量进行计算, 最终得到绕射波能量随缺陷角度增大而减小, 呈e指数衰减分布。将有限元仿真与试验相结合, 结果表明, 当表面缺陷与表面呈一定倾角时, 绕射波能量提取是检测表面裂纹倾斜角的一种有效的方法。

搭建了激光超声检测实验平台, 采用热弹效应和激光干涉接收方式, 观测了点聚焦激发横波的指向性及内表面处缺陷对超声信号的影响, 完成了圆管工件的B-scan成像, 实现了对圆管型螺纹构件内表面裂纹的定位。结果表明, 点聚焦激光激发横波信号在作用点法向夹角为32.1°的方向上能量最强, 与理论分析相符合; 根据圆管构件B-scan成像实现了内表面裂纹的位置检测, 并结合峰值-角度变化进一步实现了缺陷宽度测量。该研究成果为激光超声工业应用推广提供了实验依据。

激光超声能够激发宽频带的表面波,可实现金属材料表面微缺陷的定位分析与深度检测。根据表面波在缺陷处的透射/反射阈值现象,提出了测量表面缺陷深度的临界频率法;基于光弹激发原理搭建了激光超声检测平台,得到了铝合金样品的B扫成像,实现了表面缺陷的定位;结合小波变换分析了表面缺陷的透射与反射波形能量分布,测得透射/反射阈值θ₀=1/4,进而采用临界频率法实现了表面微缺陷的深度估计。此外,还分析了激发点与探测点距离、待测样品材料对透射/反射阈值的影响。结果表明,基于激光超声临界频率法可以实现表面微缺陷的定位及深度检测,且透射/反射阈值大小与表面波传播距离、待测样品材质无关。