Laser ultrasonics (LUS)
Swerim är världsledande inom laserultraljud (LUS) för användning i metallindustrin med över 20 års erfarenhet i labbmiljö och industri. I olika nationella och europeiska projekt har vi omfattande utvärderat LUS och har en god förståelse för teknikens styrka och begränsningar.
Laserultraljud (LUS) kan användas för en mängd olika applikationer. För metallindustrin kan tekniken användas för mätning och detektion av t.ex. kornstorlek, defekter, anisotropi och mekaniska egenskaper. Eftersom LUS är en laserbaserad teknik är den kontaktfri och därför lämplig för processövervakning on-line för materialegenskaper och karaktärisering.
Ta en virtuell tur i vårt LUS-labb.
Materialkaraktärisering
LUS kan användas för materialkarakterisering on-line inom metallindustrin för att mäta t.ex. kornstorlek, textur och olika mekaniska egenskaper. För mer information se webinariet om LUS.
Ultraljudsvågorna dämpas och sprids när de utbreder sig i materialet. När vågen färdas genom en korngräns blir det en liten reflektion på grund av skillnaden i akustisk impedans mellan kornen. Därför kommer bakväggens ekon att breddas om kornstorleken ökar (Figur 1). Genom att mäta den frekvensberoende dämpningen kan kornstorleken uppskattas.
Figur 1.
Textur är en annan egenskap som kan mätas med LUS. Ultraljudshastigheten är proportionell mot Youngs modul och densiteten. Genom att mäta ultraljudshastigheten i olika riktningar inuti materialet kan styvhetsmatrisen uppskattas.
Swerim har arbetat i flera stora europeiska och nationella projekt inom LUS. Där har tekniken kompletterats av detaljerade metallografiska undersökningar av mikrostrukturen och textur, med hjälp av optiskt mikroskop och svepelektronmikroskop (SEM) – med Electron backscatter diffraction (EBSD).
Figur 2 nedan visar ett kallvalsat rostfritt stål, SS304, som värmdes i ena änden (omkristallisation och korntillväxt) medan den andra änden hölls kall (icke-omkristalliserad), vilket resulterade i gradientprov. Den med LUS uppmätta kornstorleken korrelerar mycket bra med EBSD-mätningarna med avseende på kornstorlek och textur.
Figur 2.
Hur LUS fungerar
Med laserultraljud både genereras och detekteras ultraljudet med en laserkälla. Tekniken är en kontaktfri och oförstörande metod för materialkarakterisering och defektdetektering.
LUS är en helt kontaktfri teknik och arbetsavståndet mellan instrumentet och provet kan ändras enkelt genom val av optik. En laser används för att generera ultraljudsvågorna som utbreder sig och interagerar inuti materialet, och en annan laser används för att mäta ytvibrationerna och därmed detektera ultraljudet, se schematisk figur nedan (Figur 3). Detta gör LUS lämplig för mätning vid höga temperaturer, i tuffa miljöer och på föremål i rörelse.
Figur 3.
De detekterade ultraljudssignalerna påverkas av materialets mekaniska egenskaper. En mängd olika materialegenskaper mätas med olika signalbehandlingsmetoder och algoritmer. Det finns huvudsakligen tre ultraljudsegenskaper (reflektion, dämpning och hastighet) som kan mätas och korreleras med inre materialegenskaper, se figur nedan (Figur 4).
Figur 4.
Kontakt
