本技术涉及一种利用纵波谐振原理的金属材料性能检测技术,通过激光器和特制的金属材料性能检测传感器实现。该传感器集成了电磁超声换能器EM,以提高检测精度和效率。
背景技术
航空航天金属材料经常受到高温环境和复杂机械载荷的影响。在高温蠕变和疲劳破坏之前,会发生变形和裂纹扩展。特别是在高温高压气体的侵蚀和腐蚀作用下,金属部件也会发生局部变薄,导致结构性能显著下降,严重影响高温环境下工作的热端部件的可靠性。先进材料及构件的实际应用环境决定了材料性能及测试技术的发展方向,目前,国际国内极端环境下材料力学性能测试技术及测试标准仍存在缺失情况,测试体系建设仍未完善。因此开发出新型极端环境下的声学检测系统具有较大的工程应用价值。
能够应用于高温检测中的超声换能器必需满足耐高温或非接触的基本条件。目前接触式压电超声检测已经成功应用于多种高温检测场合,但压电超声并不能做到与被测试样分离,这会导致检测时探头移动困难,存在贴合不紧密造成超声波能量损失的问题,难以应用于异形构件或者弯曲复杂界面,同时不适用于高温振动环境中检测;非接触式的空气耦合超声不需要耦合剂,具有较大的高温应用前景,但空气耦合超声由于空气介质与超声换能材料之间的声阻抗严重不匹配,存在接收到的超声波信号幅值低和信噪比差的问题,且空气耦合超声的检测对象通常局限于低密度多孔材料,有限的频率范围、信噪比低以及缺乏脉冲回波能力都阻碍了空气耦合超声在高温下对金属材料的检测;激光超声技术作为一种完全非接触式无损检测技术,可以在高温、高压、辐射等环境中对复杂结构件进行无损检测与监测。激光超声技术兼具光学与超声检测的优势,具有无损、非接触、宽频带、高精度、零惯性及高效率等特点,可获取材料和构件的力学性能参数与损伤缺陷等信息,不用考虑接触式超声检测方法中耦合剂耐热性能差、声能衰减等问题,具有高温应用前景。但激光超声检测技术对试样表面粗糙程度要求较高,严重影响了高温环境下超声信号的激励和接收;非接触式电磁超声检测技术因其设备简单、成本低廉、激励波形多样、对试样表面形貌要求较低等优点广泛应用于高温检测中,目前电磁超声检测存在的主要问题是换能效率低,检测信号信噪比低。
实现思路