Способ лазерно-акустического контроля изделий — SU 1793364 (original) (raw)
СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1 51)5 О О 1 Й 29 НОЕ ПАТЕНТНОЕ СРР) ЕТ И сп ЕТЕЛЬСТ РСКОМУ кий институт машиностроенияБирюкова, Н.Г,ян; В.Д. Датько ижановский Р.ЕФА.Д. Эксперименемости дефектовлучения. - Дефект ни выявл зе ногои М О, с. 22.Пате кл, 73-67,7 огородский, В.Е. Чабанов илиппов Н.М. альное изучепомощью ласкопия, 1982,27.т США ) 1976. 3 СТИЧ ЕСКОГО к неразрушаюмощью ультра- может быть у контролю изделии лебаний вых товбаных Изобретени методам ко развуковых менение в ра ения, энерге из ве го чт особ ного повь того ную для мощ при 1 4744119/282 08.08.896 07.02.93. Бюл. М 51 Научно-исследователь(54 СПОСОБ ЛАЗЕРНОКОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ(57 Изобретение относи тносится к неразрушаюроля изделий с помощью лебаний и может найти ичных отраслях машиноки и транспорта. Известен способ лазерно-акустическоонтроля изделий, заключающийся в том, в контролируемом изделии возбуждают развуковые импульсы путем локального рева его поверхности импульсным ланым излучением, на расстоянии от места действия лазерным излучением принит упругие импульсы и по параметрам импульсов определяют наличие дефекиспользовано 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 макси-3 мальной частоте ультразвуковых колебаний, регистрируемых приемником. 2 э, и, ф-лы, 2 ил в изделии 1), Недостатком этого спосовляется то, что для возбуждения, мощупругих акустических импульсов бходимо создать плотность лазерного чения, при котором осуществляется поностное испарение материала изделия, приводит к повреждению поверхностей, енно при необходимости неоднократвоэдействия в одно и то же место для шения достоверности контроля, кроме , поверхность металлов отражает основ- часть лазерного излучения, что требует осуществления контроля повышенных настей лазерных излучателей, а это водит к удорожанию процесса и сниже 1793364нию производительности за счет ограничения частоты посылок лазерных импульсов,Наиболее близким к заявленному способу является способ лазерно-акустического контроля иэделий, заключающийся в том,что на поверхность контролируемого изделия наносят слой вещества, возбуждают вконтролируемом иэделии ультразвуковыеколебания путем локального нагрева вещества лазерным излучением, регистрируют спомощью приемного преобразователя акустические колебания, прошедшие черезконтролируемое изделие, по параметрамкоторых определяют наличие дефектов вконтролируемом изделии 2,Недостатком данного способа являетсято, что в качестве слоя вещества наносятчерную краску, которая существенно снижает отражение лазерного излучения и тем. самым повышает эффективность возбужде-.ния по сравнению с аналогом Я однако привозбуждении упругого импульса воздействием лазерного излучения по прототипу 2,испарение черной краски осуществляетсяна границе ее с воздушной средой, поэтомурасширяющийся паровой объем направленв сторону "свободной" границы его с воздухом, а давление этого испарившегося объема на поверхность контролируемогоизделия недостаточно. Кроме того, при неоднократном воздействии лазерного излучения на краску она или полностьюудаляется или изменяет свои отражающиесвойства за счет изменения окраски, что. приводит к нестабильности величины акустического упругого импульса,генерируемого в контролируемом изделии,Цель изобретения - увеличение производительности, расширение номенклатурыконтролируемых изделий и повышение амплитуды ультразвуковых колебаний,Цель достигается за счет того, что в способе лазерно-акустического контроля изделий, при котором на поверхностьконтролируемого изделия наносят слой вещества, возбуждают в контролируемом изделии ультразвуковые колебания путемлокального нагрева вещества лазерным излучением, регистрируют с помощью приемного преобразователя акустическиеколебания, прошедшие через контролируемые изделия. по параметрам которых определяют наличие дефектов вконтролируемом изделии, в качестве слоявещества используют оптически прозрачную жидкость, а локальный нагрев произво, дят на границе раздела слоя жидкости сконтролируемым изделием. В результателуч 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 5 . 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 10 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 15 за счет этого увеличить частоту следованияимпульсов -повысить производительность, а также осуществить контроль изделий с полированными поверхностями и изделий из материалов с высоким затуханием ульт развука.Еще больше можно повысить генерацию упругих импульсов высокого давления в оптически прозрачном слое жидкости, если на слой жидкости накладывать пластину 25 из оптически прозрачного материала, ограничивая рост парового пузыря стенками из твердого материала, при этом имеется возможность осуществлять частотную селекцию усиливаемого таким образом спектра 30 ультразвукового упругого импульса - усиление осуществляется преимущественно составляющих импульс волн, четверть длины которых не превышает слоя жидкости между поверхностью контролируемого изделия 35 и пластиной.На фиг. 1 представлена схема осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - вариант осуществления способа с пластиной иэ оптически прозрачного материала.40 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 изде лие 5 и пьезоэлектрический приемный пре.: образователь 6, Перед контролируемымизделием 5 со стороны воздействия лазерным излучением может быть расположена стеклянная или кварцевая пластина 7.50Последовательно смещая контролируемое изделие 5 между источником лазерного излучения 1 и преобразователем 6, осуществляют выявление дефектов в контролируе мом изделии 5. Лазерное излучениепрактически без ослабления проходит слой жидкости 4 и, достигая поверхности контролируемого иэделия 5, выделяется в виде тепла в тонком слое толщиной в доли мкм, Контролируемая с поверхностью иэделия 51793364 жидкость 4 в зоне нагрева поверхности изделия вскипает, отнимая от поверхности контролируемого иэделия 5 тепловую энерги и препятствуя ее испарению, Испаривш яся жидкость 4 при расширении 5 ис ытывает сопротивление прилегающих сл ев жидкости и, находясь в состоянии пере ретого пара, вызывает мощный упругий и пульс в граничащей с ней поверхности ко тролируемого изделия 5, 8 дальнейшем 10 на тупает конденсация паров жидкости за сч т затраты энергии на расширение объем парового пузыря и теплообмена с окружающей пузырь жидкостью,а возникающие при движении парового пузыря микропото ки перемешивают слои жидкости у поверхн сти изделия 5 и возвращают ее в ис одное состояние. В качестве прозрачной ж,дкости может использоваться вода, но лучшие результаты дают ацетон, этиловый 20 Формула изобретения1. Способ лазерно-акустического контр ля изделий, заключающийся в том, что на и верхность контролируемого. изделия нан сят слой вещества, возбуждают в контрол руемом изделии ультразвуковые к лебания путем локального нагрева вещест а лазерным излучением, регистрируют с и мощью приемного преобразователя акус ические колебания, прошедшие через контролируемое изделие, по параметрам которых определяют наличие дефектов в к нтролируемом изделии, о т л и ч а ю щ ий я тем, что, с целью увеличения производ тельности, расширения номенклатуры контролируемых изделий и повышения амплитуды ультразвуковых колебаний, в качестспирт или другие легкоиспаряющиеся жидкости,При размещении в жидкости или на поверхности жидкости пластины. иэ прозрачного материала - стекла, кварца и т. и, собразованием между поверхностью иэделия 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 иэделием 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. ве слоя вещества используютоптически .прозрачную жидкость, а локальный нагревпроизводят на границе раздела слоя жидкости с контролируемым изделием,2. Способпоп.1, отличающийсятем, что дополнительно накладывают наслой жидкости пластину иэ оптически прозрачного материала для создания в слоежидкости повышенного давления пара.3. Способ по и. 2, отл и ч а ю щи й с ятем, что толщина слоя жидкости между поверхностью контролируемого изделия ипластиной устанавливается не более четверти длины продольной волны в жидкостина максимальной частоте ультразвуковыхколебаний, регистрируемых приемным преобразователем,1793364 Составитель В,ДатькТехред М,Моргентал Корректо Реда в НТ СССР зводственно-издательский комбинат "Патент", г, ужгород, ул. Гагарина. Заказ 501 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва,Ж, Раушская наб 4/5