Способ лазерно-акустического контроля изделий

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий с помощью ультразв7ковых колебаний и может быть использовано 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 максимальной частоте ультразвуковых колебаний, регистрируемых приемником. 2 з. п. ф-лы, 2 ил. i Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 N 29/04

НОЕ ПАТЕНТНОЕ

CCP (С СР)

JllvIcAHvIE изоБ кткния

К ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-4 pjJjgA ц .) Фр

Щ ул

RP ст

1 (21 4744119/28 (22 08.08.89 (46 07.02.93. Бюл. N 5 (71. Научно-исследовательский институт те нологии машиностроения (72) Н.П. Бирюкова, Н.Г, Богородский, К. . Гаспарян, В.Д. Датько и В.Е. Чабанов (56 1.Кржижановский P.Å.. Филиппов Н.М. и,умянцев А.Д. Экспериментальное изучени выявляемости дефектов с помощью лазе ного излучения. — Дефектоскопия. 1982, N О, с. 26-27. 2.Патент США N - 3978731, кл. 73-67,7, 1976. (54 СПОСОБ ЛАЗЕРНО-АКУСТИЧЕСКОГО

КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ (57 Изобретение относится к неразрушающе у контролю изделий с помощью ультразв ковых колебаний и может быть

Изобретение относится к неразрушаюм методам контроля изделий с помощью тразвуковых колебаний и может найти менение в различных отраслях машинооения, энергетики и транспорта.

Известен способ лазерно-акустического онтроля изделий, заключающийся в том, чт в контролируемом изделии возбуждают ул тразвуковые импульсы путем локального на рева его поверхности импульсным лазе ным излучением, на расстоянии от места во действия лазерным излучением принима т упругие импульсы и по параметрам эт х импульсов определяют наличие дефек Ы 1793364 А1 использовано 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 максимальной частоте ультразвуковых колебаний, регистрируемых приемником. 2 э, и, ф-лы, 2 ил. тов в изделии (1). Недостатком этого способа является то, что для возбуждения, мощных упругих акустических импульсов необходимо создать плотность лазерного излучения, при котором осуществляется поверхностное испарение материала изделия, что приводит к повреждению поверхностей, особенно при необходимости неоднократного воздействия в одно и то же место для повышения достоверности контроля, кроме того, поверхность металлов отражает основную часть лазерного излучения, что требует для осуществления контроля повышенных мощностей лазерных излучателей, а это приводит к удорожанию процесса и сниже1793364 нию 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 в контролируемом иэделии ультразвуковые колебания путем локального нагрева вещества лазерным излучением, регистрируют с помощью приемного преобразователя акустические колебания, прошедшие через контролируемое изделие, по параметрам которых определяют наличие дефектов в контролируемом изделии (2), Недостатком данного способа является то, что в качестве слоя вещества наносят черную краску, которая существенно снижает отражение лазерного излучения и тем . самым повышает эффективность возбужде-. ния по сравнению с аналогом (1), однако при возбуждении упругого импульса воздействием лазерного излучения по прототипу (2), испарение черной краски осуществляется на границе ее с воздушной средой, поэтому расширяющийся паровой объем направлен в сторону "свободной" границы его с воздухом, а давление этого испарившегося объема на поверхность контролируемого изделия недостаточно. Кроме того, при неоднократном воздействии лазерного излучения на краску она или полностью удаляется или изменяет свои отражающие свойства за счет изменения окраски, что . приводит к нестабильности величины акустического упругого импульса, генерируемого в контролируемом изделии, Цель изобретения — увеличение производительности, расширение номенклатуры контролируемых изделий и повышение амплитуды ультразвуковых колебаний.

Цель достигается за счет того. что в способе лазерно-акустического контроля изделий, при котором на поверхность контролируемого изделия наносят слой вещества, возбуждают в контролируемом изделии ультразвуковые колебания путем локального нагрева вещества лазерным излучением, регистрируют с помощью приемного преобразователя акустические колебания, прошедшие через контролируемые изделия. по параметрам которых определяют наличие дефектов в контролируемом изделии, в качестве слоя вещества используют оптически прозрачную жидкость, а локальный нагрев произво, дят на границе раздела слоя жидкости с контролируемым изделием. В результате луч 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

"0 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 следования импульсов - повысить производительность, а также осуществить контроль изделий с полированными поверхностями и изделий из материалов с высоким затуханием ульт20 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 со ставляющих 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 изде45 лие 5 и пьезоэлектрический приемный пре.: образователь 6, Перед контролируемым изделием 5 со стороны воздействия лазерным излучением может быть расположена стеклянная или кварцевая пластина 7.

Последовательно смещая контролируемое изделие 5 между источником лазерного излучения 1 и преобразователем 6, осуществляют выявление дефектов в контролируе55 мом изделии 5. Лазерное излучение практически 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 5

1793364 жидкость 4 в зоне нагрева поверхности изделия вскипает, отнимая от поверхности

I 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 пфи движении парового пузыря микропото- 15 ки перемешивают слои жидкости у поверх-! н 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 изобретения

1. 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 кс(нтролируемых изделий и повышения амплитуды ультразвуковых колебаний, в качестспирт или другие легкоиспаряющиеся жидкости, При размещении в жидкости или íà поверхности жидкости пластины.иэ прозрачного материала — стекла, кварца и т. и. с образованием 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 используют оптически . прозрачную жидкость, а локальный нагрев производят на границе раздела слоя жидкости с контролируемым изделием, 2. Способ по и. 1. о т л и ч à ю шийся тем, что дополнительно накладывают на слой жидкости пластину иэ оптически прозрачного материала для создания в слое жидкости повышенного давления пара.

3. Способ по и. 2, отличающийся тем, что толщина слоя жидкости между поверхностью контролируемого изделия и пластиной устанавливается не более четверти длины продольной волны в жидкости на максимальной частоте ультразвуковых колебаний, регистрируемых приемным преобразователем.

1793364

Фиг. 2

Составитель В,Датько

Техред M,Ìîðãåíòàë

Pедактор

Корректор Н.Ревская

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 501 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,. 4/5