基于激光超声的薄板焊缝微缺陷多波成像

薄板焊缝中缺陷尺寸小，周围结构复杂，成为无损检测中的难点。激光超声是一种非常有潜力的检测技术，本项目针对这一问题，提出采用脉冲激光扫描-干涉仪固定接收的检测方式，充分挖掘波形数据所包含的丰富信息，并进行多波成像研究。本项目拟从以下四个方面由浅入深地开展研究：1.半无限大材料中的多波偏移成像方法；2.有限厚度材料中的多波成像算法；3.不同类型缺陷时的子波成像质量及优化选择；4.三维多波成像方法及布阵优化。通过以上研究，建立有限厚度材料中的多波成像方法，得到对不同缺陷最为灵敏的子波成像，发展三维多波成像阵列布局优化的方法，并将其应用于激光超声系统，不需对焊缝表面进行处理，就可以对各种缺陷进行成像检测。通过本项目的研究，有望克服薄板焊缝中微缺陷的检测难题，具有良好的应用前景。

项目按照既定的计划开展了半无限材料和有限厚度材料中脉冲激光所产生的声场仿真（包括有限元仿真和半解析法仿真）研究，开发了声场仿真软件，能模拟多种缺陷如横穿孔、球孔、平底孔、裂缝等，并能够进行二维和三维仿真，软件考虑了底面反射波，缺陷反射波的模式转换，并能分别独立计算各模式。对理论仿真波形，分析了不同检测参数对射线偏移成像效果的影响，并开发了可处理二维和三维测量数据的成像软件。研究所提出的表面波抑制方法能有效提高成像质量，多模式波成像有助于剔除伪像。在上述研究的基础上，开展了缺陷的三维成像分析，并对矩形阵、圆环阵、同心圆阵以及随机阵进行了仿真分析和参数考察。在进行理论计算的同时，还根据研究内容设计加工了实验样品，并搭建了激光超声实验系统以及控制采集程序，开展了实验研究，取得了理论预期相一致的结果。项目研究结果表明激光超声成像方法能够对板中的缺陷进行成像，将来着重于实用化推广。.除了项目计划的内容外，还根据研究的进展，适度研究了激光超声衍射时间成像TOFD（Time of Flight Diffraction），该方法的优势在于能进行大范围的成像。.已经发表文章2篇，其中一篇SCI引用，参加了3次学术交流会议，其中一次被评为十佳优秀论文。一些重要研究结果还在分类整理中，完成后将向国际刊物投稿发表。