亚表面缺陷无损检测共31页文档

测量原理
波长632.8nm氦氖激光， 光斑直 径0.30 mm, 功率约 25 mW。
低水平背散射测量原理无损检测 抛光表面下纳米尺寸微观缺陷。
散射强度反映了缺陷密度和深度
i n1 n2
r
• 采用55度角入射是为了减小p 偏振光的反射；
• 由于P偏振光被吸收，只能测 2um深度；
• 采用低背散射探测角的目的是 采集更多的从亚表面散射的光；
核心设备是“红外热波探伤仪”。 热像仪、加热、控制、软件
亚表面缺陷无损检测方法（续）
超声检测: 被测对象范围广；检测深度大；缺陷定位准确，检测灵敏度高；
使用方便。 微波检测:
通过测量微波基本参数如微波幅度、频率、相位的变化，来判断 被测材料或物体内部是否存在缺陷以及测定其它物理参数。 渗透探伤:
b) 微观应力-> 某些区域晶面间距增加、某些区域晶面间距 减少->使衍射线向不同方向位移，使其衍射线漫散宽化
c) 超微观应力在应变区内使原子偏离平衡位置->衍射线强度 减弱
测定应力一般用衍射仪法，可同时测奥氏体分布
检测仪器简介
• PBS表面、亚表面损伤测量系统，美国hologenix公司； • SAM400 超声波扫描显微镜，德国 PVA TePla； • SIRD机械应力测量系统，德国 PVA TePla； • StrainMatic M4/320应力测量系统，德国 SCHOTT公司； • Xstress 便携式X射线应力分析仪，芬兰 Stresstech Oy；
提纲
➢ 基本概念 ➢ 亚表面缺陷无损检测原理及方法 ➢ 残余应力检测方法 ➢ 检测仪器简介
基本概念
缺陷： 局部物理或化学性质突变
区域 微裂纹、非晶层、位错 …… 空穴、孔洞、夹杂、 无损检测： 光学零件表面疵病
非破坏方法检查材料和零 件的内部或表面缺陷并评价其整 体质量的技术（无损评价技术）， 又称无损探伤. (70余种探测方法， 主要是宏观缺陷)
亚表面缺陷无损检测的基本原理
内部结构缺陷会引起材料对热、声、光、电、磁 等反应的变化，通过这些变化可探测材料或结构 内部的异常和缺陷
SAM
X-ray SiC
Thermograph
五个基本要素: 源、结构异常响应、探测器、 记录和显示、分析方法
亚表面缺陷无损检测方法
一、激光技术
始于七十年代初期
（1）激光全息 通过对被测物体施加外载荷，利用缺陷部位的形变量
荧光染料或着色染料渗透，显像剂显影。 磁粉探伤:
利用漏磁原理（当磁力线穿过铁磁材料时，在其（磁性）不连续 处将产生漏磁场，形成磁极。磁极会吸附磁粉，产生磁痕。 涡流探伤:
以交流电磁线圈在金属构件表面感应产生涡流的无损探伤技术。 涡流探伤仅适用于导电材料，只能检测表面或近表面层的缺陷。
残余应力检测方法
PBS表面、亚表面损伤测量系统
PBS® Subsurface Defect Measurement System
主要技术指标
➢表面: <300 mm; 厚度: 6 mm
应用范围：抛光和外延衬底基片表面、 亚表面由于抛光和离子注入产生的损
➢材料： 对波长632.8 nm激光不透 伤和缺陷
明的涂层和无涂层表面。
的缺陷程度的关系 (需对物体加载、表面变形)
（2）激光超声 脉冲激光器发出的激光束照射被测物体，激发超声波，
采用干涉仪显示超声波的干涉条纹
亚表面缺陷无损检测方法（续）
二、射线技术（透射）
利用射线穿过材料或工件时的强度衰减，检测其内 部结构不连续性的技术。
亚表面缺陷无损检测方法（续）
二、射线技术（衍射） 利用晶体形成的X射线衍射，对物质进行内部原子在空间
➢最小可见测缺陷: 可检测表面附 近尺寸20～40 nm 的缺陷、凹坑 和颗粒。
➢缺陷检测深度: 采用波长632.8 nm激光可检测深度：硅3µm，砷 化 镓 0.4µm ， 其 它 材 料 取 决 于 材 料的光学性能。
➢散射光检测水平：0.001 ppm/Sr
➢图形显示：缺陷水平和分布图。
美国hologenix公司, 型号:PBS-1000 Fast-Mapper
分布状况的结构分析方法。（X射线、g 射线、中子束）
布拉格方程: 2dsinθ=nλ
亚表面缺陷无损检测方法（续）
三、红外热波无损检测 源于二十世纪九十年代，利用缺陷导致的不同热传导特
性，采用多种加热方法对试件进行加热，激发显示表面和亚 表面的各种损伤和异常结构变化，使用热成象仪在时间和空 间上记录热传导过程中试件表面的温场变化，用热波理论和 计算机图象处理技术分析所得热图象并最终达到探伤目的。
反 光准起
光 源光偏
镜
镜镜
¼ 波模 片型
¼ 检成 波 偏像 片 镜透
镜
光弹性实验仪的光路图
双折射
A B
o.... e D C ...
屏
幕 c(t12)
C —— 光学系数 t —— 模型厚度
X射线法
以衍射花样特征的变化作为应变的量度。
a) 宏观应力->方向相同的各晶粒中同名晶面间距变化相同-> 衍射线向某方向位移
自然光： 没有任何方向占有
优势，统计平均机率均 等，振幅相等。
线偏振光（平面偏振光）： 在与光的传播方向垂直的平 面内，光矢量E只在一个平 面内振动。
光弹法（续）
光弹效应（Photoelastic effect） 机械双折射、应力双折射
某些各向同性的透明介质， 如有机玻璃\环氧树脂， 在加上机械应力后具有双 折射的性质,其有效光轴 在应力方向上，且引起的 双折射与应力成正比。 （等差线、等倾线）
机械法：基于应力释放，破坏性，取条法、切槽 法、剥层法盲孔法
物理法： X射线法、磁测法、超声法、拉曼光谱
σ=αΔγ
光弹法
偏振光：在麦克斯韦理论中，电场强度和磁场强度都与
电磁波的传播方向垂直，电磁波是横波。光波是电磁波，光 矢量是电场强度矢量，电场强度的振动方向为光振动方向。
E
光矢量振动面
0
v
H
玻璃退火不足或安装不好 都会在玻璃中产生应力， 从而产生双折射，影响光 学元件成像质量。
轮盘
涡轮
光弹法（续）
•暂时双折射
模型受力后，平面偏振光通过此模型时，沿两主应力方
向分解为两支平面偏振光，传播速不同，产生光程差。
平 行 光平 面 偏 振 光 Nhomakorabea圆 偏 振 光
圆 偏 振 光
平 面 偏 振 光
平 行 光