ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA >
Laser-electromagnetic ultrasonic resonance measurement method for metal sheet thickness
Received date: 2023-10-30
Revised date: 2023-11-13
Accepted date: 2024-03-04
Online published: 2024-03-14
Supported by
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Aluminum alloys， stainless steel， nickel-based alloys， and other materials are widely used in aerospace hot-end components. The thickness measurement of metal materials under alternating mechanical loads and high-temperature and high-pressure gas erosion is significant for improving the reliability and safety of metal components in service. A laser electromagnetic ultrasonic thickness measurement technology based on the shear wave resonance spectrum is proposed to address online thickness detection challenges and monitor hot-end component materials such as aircraft engines and solid rockets in high-temperature vibration environments. A finite element model for laser electromagnetic ultrasonic shear wave resonance detection was established using samples of three metal materials: aluminum alloy 5083， stainless steel 304， and nickel-based alloy GH4169. The effects of parameters such as laser spot diameter， Electromagnetic Acoustic Transducer （EMAT） coil diameter， coil wire diameter， and lift-off on the resonance frequency point and echo amplitude were analyzed， and resonance thickness measurement experiments were conducted on metal samples at room temperature and high temperatures. Research has shown that when the laser spot diameter， EMAT coil outer diameter， line diameter， and lift-off are 4 mm， 12 mm， 0.26 mm， and 0.30 mm， respectively， the laser EMAT ultrasound echo amplitude is the highest. When the thickness of the three metal material samples mentioned above ranges from 0.5 mm to 3.0 mm， the deviation of the resonance method for thickness measurement does not exceed 2%， 6%， and 4%， and it can be applied to thickness measurement of the three metal materials under high-temperature conditions of more than 450 ℃.
Wei GUO , Wenze SHI , Chao LU , Bo HU , Yuan LIU . Laser-electromagnetic ultrasonic resonance measurement method for metal sheet thickness[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2024 , 45(23) : 429795 -429795 . DOI: 10.7527/S1000-6893.2024.29795
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