一种基于激光超声多模态的残余应力测试方法技术

本申请涉及一种基于激光超声多模态的残余应力测试方法，包括以下步骤：S1，利用脉冲激光辐照在被检测工件表面，在被检测工件的固体材料中激励出超声波，用激光干涉仪与脉冲激光激励点间隔一定距离进行接收，得到传播一定时间的临界折射纵波和表面波信号；S2，将激光干涉仪向远离激光激励点的方向移动一定距离，再次用激光干涉仪接收临界折射纵波和表面波信号，通过得到两个不同位置上的信号，计算出临界折射纵波和表面波的传播速度；S3，建立应力和临界折射纵波、表面波的传播速度的关系式；S4，将S2得到的临界折射纵波和表面波的速度代入到应力和速度的关系式中，得到被检测工件中的应力状态。本发明专利技术能够较精确地检测出工件中的残余应力。的残余应力。的残余应力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光超声多模态的残余应力测试方法


[0001]本申请属于残余应力检测
，尤其是涉及一种基于激光超声多模态的残余应力测试方法。

技术介绍

[0002]在机械加工中，残余应力的产生不可避免，构件中的残余拉应力的影响通常表现出危害作用，如使构件的抗疲劳强度降低、造成应力腐蚀和脆性断裂、降低构件尺寸精度等。在工程中，往往只注意到工作应力，而忽略了工件中存在的残余应力，在金属腐蚀开裂事故中，残余应力往往起到重要作用。因此，对构件残余应力检测就尤为重要。
[0003]激光超声是利用脉冲激光辐照在固体材料表面，由于辐照面积上产生的局部高温形成热弹和烧蚀机制，进而激励出超声波，然后利用激光干涉仪接收超声波。激光超声的一个主要特点是多模态特性，即：在固体材料中可以激励出纵波、横波、表面波、临界折射纵波等模态的超声波。现阶段，可利用临界折射纵波或表面波测量残余应力，两种方法较为成熟。但是，由于探头耦合、表面粗糙度、晶粒尺寸等因素的影响，临界折射纵波和表面波测量残余应力的方法仍需进一步提高检测精度。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：为解决现有技术中上述问题，从而提供一种基于激光超声多模态的残余应力测试方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种基于激光超声多模态的残余应力测试方法，包括以下步骤：
[0007]S1，利用脉冲激光辐照在被检测工件表面，在被检测工件的固体材料中激励出超声波，用激光干涉仪与脉冲激光激励点间隔一定距离进行接收，得到传播一定时间的临界折射纵波和表面波信号；
[0008]S2，将激光干涉仪向远离激光激励点的方向移动一定距离，再次用激光干涉仪接收临界折射纵波和表面波信号，通过得到两个不同位置上的信号，计算出临界折射纵波和表面波的传播速度；
[0009]S3，建立应力和临界折射纵波、表面波的传播速度的关系式；
[0010]S4，将S2得到的临界折射纵波和表面波的速度代入到应力和速度的关系式中，得到被检测工件中的应力状态。
[0011]优选地，本专利技术的基于激光超声多模态的残余应力测试方法，步骤S3中，在拉伸试验机上对不同固体材料施加不同的应力，然后利用激光超声技术得到不同应力下的临界折射纵波和表面波的速度，以此建立应力和临界折射纵波、表面波的传播速度的关系式。
[0012]优选地，本专利技术的基于激光超声多模态的残余应力测试方法，在步骤S2中，利用移动平台将激光干涉仪向远离激光激励点的方向移动L0，再次用激光干涉仪接收临界折射纵
波和表面波信号；通过得到两个不同位置上的信号，利用公式和分别得到临界折射纵波和表面波的传播速度；其中t1为两次临界折射纵波信号声时差，t2为两次表面波信号声时差，L0是移动的距离，C1是临界折射纵波的传播速度，C2是表面波的传播速度。
[0013]优选地，本专利技术的基于激光超声多模态的残余应力测试方法，步骤S1中，利用脉冲激光器发射出短脉冲激光，脉冲宽度为2ns，脉冲光斑直径为300μm，脉冲能量为2W。
[0014]本专利技术的有益效果是：
[0015]利用激光超声的多模态特性，激励出临界折射纵波和表面波两个模态的超声波，对临界折射纵波信号和表面波信号进行适当的处理和分析，能够较精确地检测出工件中的残余应力。与传统超声残余应力检测方式相比，激光超声实现了非接触检测，消除了传统检测方式的探头耦合因素的影响，提高了残余应力的测量精度。
附图说明
[0016]下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
[0017]图1是本申请实施例的激光超声检测过程示意图；
[0018]图2是本申请实施例的脉冲激光激励点和激光干涉仪接收点相距5mm和6mm时临界折射纵波和表面波信号图。
[0019]图中的附图标记为：
[0020]1‑
脉冲激光器，2
‑
激光干涉仪，3
‑
被检测工件。
具体实施方式
[0021]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0022]在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0023]在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0024]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
[0025]实施例
[0026]本实施例提供一种基于激光超声多模态的残余应力测试方法，如图1所示，包括以
下步骤：
[0027]S1，利用脉冲激光辐照在被检测工件表面，在被检测工件的固体材料中激励出超声波，用激光干涉仪与脉冲激光激励点间隔一定距离进行接收，得到传播一定时间的临界折射纵波和表面波信号；
[0028]S2，将激光干涉仪向远离激光激励点的方向移动一定距离，再次用激光干涉仪接收临界折射纵波和表面波信号，通过得到两个不同位置上的信号，计算出临界折射纵波和表面波的传播速度；
[0029]S3，建立应力和临界折射纵波、表面波的传播速度的关系式；
[0030]S4，将S2得到的临界折射纵波和表面波的速度代入到应力和速度的关系式中，得到被检测工件中的应力状态。
[0031]其中，步骤S1的原理是：利用脉冲激光器1发射出短脉冲激光，脉冲激光辐照在被检测工件3的固体材料表面，由于辐照面积上产生的局部高温形成热弹和烧蚀机制，进而在固体材料中同时激励出临界折射纵波和表面波信号。由于激光超声的多模态特性，脉冲激光激励出的信号中存在较强的临界折射纵波和表面波。利用激光干涉仪2距离脉冲激光激励点适当距离(本实施例中采用5mm)进行接收，即可得到传播一定时间的临界折射纵波和表面波信号。信号经过信号放大器放大，而后由数据采集卡采集，在计算机中显示。
[0032]优选地，本实施例的基于激光超声多模态的残余应力测试方法，步骤S3中，在拉伸试验机上对不同固体材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光超声多模态的残余应力测试方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，利用脉冲激光辐照在被检测工件表面，在被检测工件的固体材料中激励出超声波，用激光干涉仪与脉冲激光激励点间隔一定距离进行接收，得到传播一定时间的临界折射纵波和表面波信号；S2，将激光干涉仪向远离激光激励点的方向移动一定距离，再次用激光干涉仪接收临界折射纵波和表面波信号，通过得到两个不同位置上的信号，计算出临界折射纵波和表面波的传播速度；S3，建立应力和临界折射纵波、表面波的传播速度的关系式；S4，将S2得到的临界折射纵波和表面波的速度代入到应力和速度的关系式中，得到被检测工件中的应力状态。2.根据权利要求1所述的基于激光超声多模态的残余应力测试方法，其特征在于，步骤S3中，在拉伸试验机上对不同固体材料施加不同的应力，然后利用激光超声技术得到不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶中飞，吕中宾，炊晓毅，李阳，张博，刘泽辉，刘光辉，伍川，卢明，杨晓辉，陶亚光，高超，张世尧，李梦丽，陈钊，
申请(专利权)人：国家电网有限公司郑州大学，
类型：发明
国别省市：