残余应力，也称为内部应力，通常发生在材料的热处理和不均匀塑性变形过程中。残余应力的存在会降低材料的疲劳强度和耐腐蚀性，使工件在生产过程中发生变形甚至开裂，严重影响零件的安装，导致后期使用过程中的疲劳寿命，影响工件的使用寿命。因此，有必要测量和评估零件的内部残余应力。

　　目前，大多数公认的残余应力测量方法是利用残余应力释放后的应变反推残余应力，如冲孔法.切条法.轮廓法.裂纹柔度法等，但这些方法促使残余应力的测量存在不可逆性，限制了其在某些领域的实际应用。

　　多年来，人们一直在探索非破坏性应力测量方法。目前，主要的无损应力测量方法包括巴克豪森噪声法.X射线法.磁弹性法和超声波法。其中，X射线法的测量深度仅为几个或十个以上的表层μm，需要进行剥层检查或表面检查;虽然中子透射可以测量几十毫米深的内应力，但是设备过于复杂，难以进行工程应用。

　　相比之下，激光超声检测技术作为一种新的无损检测方法，在复合材料检测方面具有独特的优势，特别是对于结构复杂的大型复合材料组件，在工业生产和科研方面具有良好而广阔的发展前景，是一种分析非透明材料应力的新方法。

　　激光超声检测技术概述

　　激光超声检测的原理是利用热弹性效应引起的激光脉冲辐照材料表面的应力脉冲，同时利用纵波脉冲.水平波和表面波的超声波通过超声波的反射传播到样品的内部或表面.透射或衰减表示缺陷，然后获得工件信息和缺陷表示，例如工件的厚度.内部及表面缺陷、材料参数等。

　　激光超声检测技术超声检测技术相比，激光超声检测技术在飞机材料和结构检测方面具有显著的特点和优势：

　　(1)非接触试验。利用激光脉冲激发超声波，采用光学方法对超声波进行非接触检测;

　　(2)高精度检验。激光超声检测技术对激光束进行光学聚焦，可获得较小的光点，从而达到较高的空间分辨率;

　　(3)复杂型面试验。激光束可以在很大的距离进行测试.在不影响检测结果的准确性的情况下，在视角范围内对复杂的表面结构表面进行激发和检测;

　　(4)原点检查。结合激光超声检测技术、机器人技术和偏移镜扫描技术，可实现大规模扫描，应用于飞机服务期间大规模复杂结构的快速原点检测。综上所述，激光超声检测技术具有非接触性.高精度.在飞机制造和服役全生命周期结构检测中，高效率和复杂型面检测和原点检测能力的特点具有广阔的应用前景。

　　介绍激光超声检测技术

　　激光超声波检测技术主要采用电学检测法和光学检测法，其中电学检测法可分为接触式和非接触式两种类型。光学检测法包括非干预法和干预法。

　　01

　　电学检测法

　　根据是否与被测样品接触，电检方法可分为接触式和非接触式两种。

　　接触式主要采用压电换能器(PAT)，使用压电晶体.压电陶瓷和压电薄膜将超声波信号转换为电信号。为了显著提高能量传输效率，传感器将通过耦合剂与样品耦合。这种方法是在19世纪末随着压电材料的兴起而产生的，广泛应用于超声波检测中。

　　非接触式检测方法包括电容换能器和电磁声换能器。电气检测方法相对完善，灵敏度高，价格相对适中。它是目前工业生产中常用的一种无损检测方法。其缺点是在检查过程中应非常接近被测材料的表面，否则很难监测超声波。

　　02

　　光学检测法

　　光学检测包括非干预法和干预法。非干预法中使用的检测技术包括光反射技术.光偏移技术和光传输技术。干预法包括外差干涉仪和共焦干涉仪F—P干涉仪。

　　2.1干预法

　　干预测量通常是声波在金属表面通过声波传播或到达金属表面时产生位移，导致光束频率和相位调制。

　　干涉仪的类型大致可以分为两种类型。第一种是零拍干涉仪。其原理是检测和参考光束本身不在同一光路上，而是通过镜面反射返回。因此，这种干涉仪对被测金属表面有很高的要求。如果被测金属表面是镜面，干涉仪的光学灵敏度最高，但在实际检查过程中，由于外部振动的影响，很难保证干涉仪的静态相位差始终保持为零，这将降低干涉仪的灵敏度。参考臂中的反射镜可以借助压电陶瓷控制，参考臂的长度可以通过闭环控制，保持静态相位差为一定值。

　　二是外差干涉仪。外差干涉仪能很好地处理零拍干涉仪抗干扰性差的弱点。

　　然而，这两种方法都需要金属来解释镜面发射。这在一定程度上极大地限制了测试目标的类型，在实际测试中很难使用。为了有效防止这种情况的局限性，可以使用延迟干涉仪.F—P干涉仪等方法对物体表面的要求较低。

　　2.2非干预法

　　非干预方法是将超声波信号分配到光强信号中，因此光电检测器可以直接对其进行检测。通常，在金属表面传播过程中，使用超声波到金属描述或样品表面形状.反射率会发生变化，导致折射光的位置和强度发生变化，从而实现无损检测。常用的方法包括光传输技术和光偏移技术。

　　激光超声检测在航天工业中的应用

　　由于激光超声检测技术具有突出的优势，常用于楔形结构等复杂的几何结构.转角构造.V型构造.T型构造.在航天工业等领域，蜂窝夹层结构等具有良好的应用效果。

　　1.高温大曲面复合材料板的检验

　　图1是激光超声检测表面复合材料平板的原理图。被测材料的表面温度为1400℃，厚2.24mm，大小254mm×254mm，生成C-Scan扫描图像，像，可以直观地分析内部缺陷，使曲面物体的检查更加容易。

　　2.监测和控制系统的复合材料构件涂层

　　对涂层的变化进行监测，及时发现一些影响飞行的变化，使事故防患于未然。

　　3.用于环氧树脂机身使用.机舱平板.方向舵.检查其他飞机部件，如尾翼。

　　此外，它还广泛应用于其他领域：它可以监测产品的生产过程。例如，钢管厚度可以通过激光脉冲的时间间隔在线测量，可以显著提高生产速度，提高钢材产量;它还可以在线测量材料的弹性应力，以便于监测产品质量和性能，降低成本。目前，该技术在中国仍处于实验室研究阶段，尚未在工业生产中大规模投入使用。

　　激光超声检测的经济效益

　　目前，虽然传统的多路超声系统的扫描速度比激光超声系统快，但准备时间(刮去涂层).定位和模仿)较长，激光超声检测不需要准确的卡定位，准备工作可以在几分钟内完成。激光超声系统在考虑到相对平坦的部件方面并不占主导地位。然而，一旦需要大量的手动操作，如宽体客机墙板或带有钢筋的机翼的复杂结构，激光超声系统就非常有竞争力，节省了时间和金钱。

　　在洛克希德·马丁航空公司，只在F–22和F–在35个项目中，激光超声技术的应用比传统超声技术节省了数亿美元的资金和人工成本。2000年6月至2006年5月1日，洛克希德·马丁公司用LaserUT对13000多个部件进行了系统检查。虽然复合材料的产量几乎翻了10倍，但从事复合材料生产的同时，NDT人数没有变化。目前激光超声系统的稳定性和稳定性非常高，一年只需要2~3天的维护时间。