金属作为一种常用的建筑材料，广泛应用于工业生产和制造中。但金属零件长期处于复杂的服务环境中，承受着疲劳载荷和交变载荷，容易造成疲劳裂纹损伤，从而扩大造成重大事故。

　　造成金属零件断裂的疲劳裂纹多由微裂纹引起，发生在零件表面，进而扩展合并，最终导致零件断裂。因此，对金属零件表面缺陷的初步检查非常重要。

　　常规检测方法对复杂金属零件表面缺陷的检测存在一定的缺陷。近年来，新兴的激光超声检测利用高能脉冲光作用于被测物体表面，表面局部温度发生变化，导致被测物体表面热膨胀，激发超声波。超声将携带材料表面和内部的有用信息，用探测器接收超声信号，并对其进行数据处理和分析，从而判断被测物体是否有缺陷。

　　激光超声检测不仅具有传统超声检测的优点，而且解决了近场盲点的缺点。检测时不需要耦合剂，不会污染工件，减少了对检测结果的干扰;通过光学系统接受超声波，可以应用于高辐射、高压、高腐烛等极端条件下的检测。，这是传统超声检测技术无法胜任的;它可以同时产生多种超声波类型，更方便检测不同类型的缺陷;同时，超声波的形状和幅度可以通过调整光电设备和激光参数来控制;激发的超声波长度可以达到μm量级解决了压电换能器难以检测微缺陷、微结构和复杂形状的问题，受空间难以检测零件的影响;它还可以实现运动中零件的快速扫描和检查，因此得到了许多研究人员的认可。

　　激光超声检测技术应用领域

　　1、石油/化工/天然气/核能管道裂缝检测缺陷

　　管道传输广泛应用于石油、化工、核能等工业生产。由于高温、高压、内外腐蚀、凹痕、焊缝缺陷等因素的综合作用，在管道运行过程中给管道带来严重的安全隐患，因此安全、高效、快速地检测管道隐性裂纹缺陷具有重要意义。文献指出，激光超声无损检测技术非常适合检测管道表面的细小裂纹。

　　2、碳纤维增强复合材料结构健康检测

　　碳纤维增强复合材料(carbonfiberreinforcedplastic，简称CFRP)因其高强度和耐腐蚀性而被广泛应用于飞机和汽车的结构材料中。它在飞机上的应用不仅限于次要结构部件(如前翼、尾翼和发动机罩)，还扩展到主要结构部件(如机身和主机翼)。

　　随着航空航天工业的快速发展，纤维增强复合材料近年来在航空航天飞机中得到了广泛的应用。截至2019年，世界先进民机复合材料消耗量已超过50%，重量减轻20%~30%，维护成本减少30%。由于CFRP零件必须满足严格的指标要求，以确保其安全性和可靠性，因此在生产和使用过程中对这些零件进行无损检测是必不可少的。

　　在CFRP结构健康无损评估方面，一直有报道称激光超声技术。首次开发工业激光超声设备，如Choquet，并将其用于检测CF-18飞机的几个部件，如图1所示。

　　3、耐热合金的应用

　　耐热合金一般是指高合金化铁基、镍基和钴基马氏体金属材料，在600℃以上的高温下能承受较大的复杂应力，具有表面稳定性。耐热合金具有优异的高温强度、良好的抗氧化性、耐热腐蚀性、良好的疲劳性和冲击韧性，是飞机发动机、燃气轮机和发动机的常用材料。

　　650镍基高温合金～1000℃范围内强度高、抗氧化性好、耐燃气腐蚀性好，广泛应用于航天发动机和航空发动机涡轮盘。钴基高温合金广泛应用于燃气涡轮发动机的燃烧仓和球轴承，以及心脏瓣膜和支架等生物医疗设备的替代材料。因此，研究耐热合金的热学性能对国内航空工程和生物医疗的发展具有重要意义。

　　激光超声是一种完全非接触式的检测技术，可用于检测任何温度的热材料，特别适用于研究固体金属或陶瓷材料的热学特性，通过激光产生和激光检测超声脉冲。

　　4、在金属增材制造中的应用

　　制造金属添加剂(metaladditivemanufacturing，MAM技术是一种基于离散沉积思想的新型材料成形技术，在20世纪80年代发展起来。目前，MAM技术主要包括激光选区熔化技术、激光工程净化成形技术和电孤增材制造技术。如图2所示，MAM具有成型精度高的特点，随意复杂的形状构件，广泛应用于航空航天、汽车制造和生物医学领域。

　　然而，MAM过程复杂，容易导致材料的不连续性。最常见的是熔化材料主体中的间隙裂纹和气孔。这些缺陷严重影响工件的机械性能，限制了MAM技术的发展和应用。因此，在MAM过程中，迫切需要能够实时监控和评估工件质量的无损检测技术。

　　当前，X射线计算机断层扫描是表征MAM零件内部缺陷最常用的技术。(X-raycomputedtomogra-phy，简称XCT技术和超声检测(ultrasonictechnolo-gy，简称UT)技术。由于XCT设备尺寸较大，UT需要偶联剂，因此应用受到一定程度的限制。由于其非接触式和与MAM设备兼容性好，激光超声无损检测特别适合实时在线监控复杂的几何零件，但目前的研究仅限于实验室。

　　5、在风电叶片检验中的应用

　　风力叶片是风力发电机组的关键部件之一，通常由碳纤维或玻璃纤维增强复合材料制成。在生产过程中，由于工装模具变形、零件变形、制造过程中的随机因素和人为因素的影响，叶片不可避免地会出现孔隙、裂纹、分层、缺胶等缺陷。此外，在叶片的运输、吊装和运行过程中，叶片结构的损坏会因意外碰撞和防护层脱落而产生、扩展和积累，从而导致风力叶片的损坏。因此，无论是生产过程中的质量检验还是使用过程中的跟踪检验都是非常重要的。

　　激光超声可以高精度定位，定量显示材料缺陷和损坏，检验结果准确可靠，更容易实现复杂结构和大厚度构件的跟踪和扫描，检查封闭区域，在大型复杂结构的快速检测中具有显著的技术优势。激光超声检测技术是检测风电叶片内部缺陷的综合性能更好的方法，因此这种方法在国内风电叶片制造商和检测中心也经常使用。

　　激光超声检测技术与机器人相结合，用于检测大曲率复杂型面复合材料结构的缺陷/损伤。

　　蜂窝结构厚度为14毫米，缺陷尺寸为25毫米和50毫米。根据测试结果，可以检测到位于上、中、下三层的缺陷，检测出位于不同深度蜂窝结构的脱粘损伤，显示出激光超声技术的优异检测能量。

　　如图5所示，扫描样品获得的C型图是碳纤维增强环氧树脂基复合材料，样品中是否存在分层缺陷位置的激光超声信号，其中分层缺陷的形状、尺寸和分布与样品中预设的聚四氟乙烯片的特性一致。碳纤维树脂基复合材料中直径超过2毫米的分层缺陷可以通过激光超声无损检测方法有效检测出来。

　　应用激光超声检测技术前景

　　作为一种新型的无损检测技术，激光超声检测技术在无损检测领域具有许多独特的优势，最早应用于无缝管道行业。目前，该技术的成熟工业应用已扩展到硅片检验、激光焊接焊缝质量在线监测、风力发电机叶片检验、飞机机身搭接腐蚀检验、高温陶瓷/金属/复合材料检验、电子元件/半部分