宋 艳,马世榜

(1.郑州信息科技职业学院,河南 郑州 450001;2.南阳师范学院机电工程学院,河南 南阳 473061)

1 引 言

零部件在制造或使用过程中,不可避免地存在着浅表裂纹和应力集中[1],随着服役时间的增加,浅表裂纹扩展至材料表面逐渐形成开口裂纹。人们迫切希望测量出开口裂纹的参数,以便作为修复后继续使用或者直接判废的依据。作为一种超声波的非接触式激励方法,激光超声激励技术在工业生产中得到不断推广[2]。激光超声检测中,表面裂纹的测量大多基于表面波来实现,吴瑞等[3]利用反射回波的震荡时间差评估金属表面微裂纹深度。徐志祥等[4]模拟了热弹机制下表面波与裂纹的作用过程,获得了表面波时域特征与表面裂纹深度之间的关系。杨连杰等[5]讨论了一定缺陷深度范围内,反射系数和透射系数与缺陷深度呈近似的关系。黄燕杰等[6]模拟了激光激发的表面波与材料表面缺陷的相互作用过程,通过反射瑞丽波的幅值变化判断缺陷的深度,此外,秦峰等[7]还根据能量衰减值判断裂纹深度。除了利用激光超声表面波检测表面裂纹以外,王玉庆等[8]还分析了利用横波测量裂纹参数的方法。然而,尚未见到利用激光超声纵波测量表面裂纹的公开文献。

在工件内部,烧蚀机制激励出的纵波声场具有朝各个方向均有分布的特征,使得利用纵波测量开口裂纹成为了可能。本文基于纵波声场指向性,分析了纵波在开口裂纹处可能衍射出的信号成分,讨论了利用纵波开口裂纹的衍射信号测量裂纹的方法。……