ОСОБЕННОСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ С ПОМОЩЬЮ ИМПУЛЬСНО-ЛАЗЕРНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ УПРУГИХ ВОЛН

Использование импульсно-лазерного возбуждения поверхностных волн и приема их пьезоэлектрическими контактными преобразователями перспективно для обнаружения поверхностных дефектов. Цель данной работы состояла в выявлении оптимальных условий обнаружения реальных усталостных трещин микронных размеров и поверхностных пор при пересечении движущимся пятном лазерного луча дефектной области. Объектом исследований служили металлические образцы с шириной раскрытия устья усталостных трещин от 8 до 0,5 мкм и глубиной от 400–500 мкм до приблизительно 200 мкм. Цилиндрическое отверстии диаметром 1 мм использовалось в качестве модели поры. Экспериментальная установка для исследований содержит источник импульсно-лазерного излучения с длиной волны 1,06 мкм и длительностью приблизительно 20 нс. На выходе лазера установлено устройство регулирования размеров пятна лазерного луча в виде длинной полосы и круга. Акустические сигналы, возбуждаемые в результате термического нагрева поверхности образца лазерным импульсом, принимались наклонным преобразователем с рабочей частотой 2,7 МГц. Далее сигнал для обработки поступал на осциллоскоп «Spectronic» TDS 3052В. Изучены закономерности изменения амплитуды и формы импульсов акустических волн в зависимости от координаты положения и геометрии пятна лазерного луча. Установлено, что оптимальные условия выявления дефектов по амплитудному признаку имеют место при пересечении пятном лазерного луча как трещины, так и поры. В первом случае рост амплитуды сигнала составил 7–8 раз, что характерно для резонансного режима возбуждения волн. При этом отношение ширины пятна луча в виде длинной полосы к длине волны составило приблизительно 1,8–2,2 раза. Если же трещина имеет малое раскрытие (приблизительно 0,5 мкм), то наиболее информативным параметром является спектр акустического импульса или его форма – вступительная часть импульса. Таким образом, результаты исследований позволяют предложить новые возможности повышения надежности и чувствительности выявления поверхностных дефектов путем оптимизации геометрических параметров движущегося лазерного луча. 

1. Гусев, В.Э. Лазерная оптоакустика / В.Э. Гусев, А.А. Карабутов. – М. : Наука, 1991. – 304 с.

2. Xie, Z. Pure optical photoacoustic microscopy / Z. Xie [et al.] // Opt. Express. – 2011. – Vol. 19, no. 10. – P. 9027–9034.

3. Pouet, B. An Innovative Interferomeeterfor Industrial Laser Ultrasonic Inspection / B. Pouet, S. Breugnot // Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation. – Vol. 24B. – 2004. – P. 273–281.

4. Hirose, S. Ultrasonic Inversion for Determining crack in a solid / S. Hirose // J. of The Faculty of Environmental Science and Technology. – 1997. – Vol. 2, no. 1. – P. 89–98.

5. Krishnaswamy, S. Theory and Application of Laser-UltrasonicTechniques // Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation. – 2003. – Vol. 20A.– P. 436–492.

6. Podymova, N.B. Broadband laser-ultrasonic spectroscopy for quantitative characterization of porosity effect on acoustic attenuation and phase velocity in CERP laminates / N.B. Podymova, A.A. Karabutov // J. of Nondestructive Evaluation, USA. – Vol 33, no. 1. – P. 141–150.

7. Способ оптоакустического контроля качества неразъемного соединения двух материалов : пат. на изобретение Респ. Беларусь G01N N 20111234 / А.Р. Баев, В.Г. Гуделев, А.И. Митьковец. – заявл. 09.2011; опубл. 30.08.2013.

8. Kolkman, R.G.M. Feasibility of noncontact piezoelectric detection of photoacoustic signals in tissue-mimicking phantoms / R.G.M. Kolkman [et al.] // J. Biomed Opt. – 2010. – Vol. 15, no. 5. – Р. 055011.

9. Викторов, И.А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах / И.А. Викторов. – М. : Наука, 1981. – 288 с.

10. Baev, A.R. Formation of the Acoustical Field of a Rayleigh –Wave Transducer in an Object with a Protrusion Part II / A.R. Baev, M.V. Аsаdchaya, О.S. Sеrgееvа, G.E. Коnovalov // Applied Problems Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2014. – No. 7. – P. 25–32.