超聲無損檢測(cè)的應(yīng)用與探討

【摘要】隨著超聲無損檢測(cè)技術(shù)在我國(guó)的大力推廣，無損檢測(cè)應(yīng)用的發(fā)展問題不斷的在超聲無損檢測(cè)技術(shù)中出現(xiàn)，而在這其中新形勢(shì)下超聲無損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的效果，是直接關(guān)系到超聲無損檢測(cè)技術(shù)的最后效果的關(guān)鍵因素之一。因此，本文主要就超聲無損檢測(cè)的應(yīng)用與探討進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】超聲;無損檢測(cè);應(yīng)用

一、前言

如何做好新形勢(shì)下超聲無損檢測(cè)技術(shù)研究發(fā)展工作，為超聲無損檢測(cè)技術(shù)研究實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的安全保障，是現(xiàn)在超聲無損檢測(cè)技術(shù)研究面臨的迫在眉睫、函需解決的頭等課題。

二、超聲無損檢測(cè)技術(shù)

在20世紀(jì)的中期，由于超聲檢測(cè)技術(shù)具有自動(dòng)化、圖像化、數(shù)字化以及智能化等特點(diǎn)已經(jīng)逐步成為檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)研究聚點(diǎn)了，同時(shí)這也標(biāo)志著該檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)新發(fā)展進(jìn)程。當(dāng)前，由于隨著電子技術(shù)不斷的發(fā)展，并且在傳感技術(shù)領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)化控制等方面的應(yīng)用發(fā)展，這種檢測(cè)技術(shù)也已經(jīng)全面進(jìn)人到計(jì)算機(jī)信息控制時(shí)代了。主要表現(xiàn)在幾個(gè)范圍當(dāng)中，在生產(chǎn)過程當(dāng)中可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與監(jiān)督，也可以對(duì)有缺陷產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別等研究。并且在這其中仿真技術(shù)或者是計(jì)算機(jī)模擬應(yīng)用都可以在不通過試件便可以獲得不同的缺陷信號(hào)。

如果是通過計(jì)算機(jī)應(yīng)用模擬進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，就必須要對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建立一個(gè)比較準(zhǔn)確的模型，但這就比較困難了。因此，在生產(chǎn)過程當(dāng)中還沒有得到廣泛的應(yīng)用。一般無損檢測(cè)包括了無損探傷、無損檢測(cè)以及無損評(píng)價(jià)。在這其中，無損探傷則是作為一個(gè)初級(jí)階段，僅僅作用在不損害部件前提下，可見的一些缺陷，也只是可以達(dá)到在工業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中的一些強(qiáng)度要求。在近些年以來，超聲無損檢測(cè)已經(jīng)作為最廣泛的一種應(yīng)用術(shù)語了，該技術(shù)不僅可以檢測(cè)產(chǎn)品，同時(shí)也可以對(duì)相關(guān)的一些參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。而超聲無損評(píng)價(jià)可以說在超聲檢測(cè)的發(fā)展當(dāng)中是較高的一種境界，它可以探測(cè)是否存在缺陷，可以對(duì)材質(zhì)的性能以及缺陷做出評(píng)價(jià)，因此，無損檢測(cè)技術(shù)可以降低人為因素對(duì)其檢測(cè)的影響，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

三、超聲無損評(píng)價(jià)（NOE）

超聲元損評(píng)價(jià)主要包括：

①微觀組織結(jié)構(gòu)及形態(tài)變化的描述;

②彈性系數(shù)和聲彈性能的評(píng)估;

③不連續(xù)性及缺陷的測(cè)定;

④力學(xué)性能變化及惡化的評(píng)價(jià)。

超聲無損評(píng)價(jià)是在超聲損傷與超聲無損檢測(cè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其研究手段更加先進(jìn)和多種多樣，研究成果與現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)結(jié)合得更為緊密，因而在社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益方面都具有很大的潛力。例如離心球墨鑄鐵管的檢測(cè)，是由具有150多年的歷史的英國(guó)Clanny crors鑄管和鑄件公司，在1986年已經(jīng)采用了超聲無損檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)離心球墨鑄鐵管的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)與評(píng)價(jià)。這種方法效率高，速度快，并且有其它方法無可比擬的優(yōu)越性。

在第九屆APCNDT（亞洲和太平洋地區(qū)無損檢測(cè)）會(huì)上，德國(guó)富朗霍夫研究所推出的：用超聲波顯微鏡對(duì)金屬包覆層材料壓合面特征的研究，為改進(jìn)壓合工藝提供了可靠參數(shù)。汕頭超聲波研究所發(fā)表的DGS曲線帶寬的計(jì)算機(jī)模擬，為解決DGS曲線近場(chǎng)理論曲線和實(shí)驗(yàn)曲線的長(zhǎng)期不吻合，并為探頭參數(shù)的改進(jìn)和制作提供了重要的解決手段。日本公司發(fā)表的：應(yīng)用聲壓回波透射比分析鋼板的結(jié)構(gòu)，是基本理論應(yīng)用于解決實(shí)際問題的一個(gè)典型例子。臺(tái)灣新竹交大發(fā)表了：用聲和超聲研究金屬板與橡膠板粘合面的結(jié)合質(zhì)量。韓國(guó)仁和大學(xué)機(jī)械工程系發(fā)表了：用超聲波評(píng)價(jià)CFRP9（碳纖維復(fù)合材科）…鋁結(jié)合面的結(jié)合強(qiáng)度，日本KANASI能源公司和TOHOKU大學(xué)發(fā)表了：用超聲波顯微技術(shù)對(duì)球形樣品疲勞破損的監(jiān)測(cè)，印度預(yù)防研究和發(fā)展實(shí)驗(yàn)室發(fā)表了：對(duì)鋁合金采用超聲波、射線和層析照相的研究等，都從不同角度對(duì) NDE技術(shù)在各工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

四、超聲波探測(cè)損傷原理分析

1.波幅的判別

當(dāng)超聲波穿過非均勻的混凝土，遇到空洞、裂紋等損傷時(shí)會(huì)發(fā)生繞射、透射、反射等現(xiàn)象，導(dǎo)致波速下降，波時(shí)延長(zhǎng)，超聲波能量損失，從而導(dǎo)致超聲波波幅大大減弱，因此可以根據(jù)波幅的變化來判斷混凝土的損傷情況。在工程應(yīng)用中主要是依據(jù)首波波幅的變化情況來判斷混凝土損傷情況，因?yàn)槭撞軌蛘媲蟹磻?yīng)混凝土損傷，而后續(xù)波與折射、反射后的波疊加，而不能反應(yīng)混凝土損傷的真實(shí)情況。

2.主頻的判別

對(duì)接收信號(hào)的頻譜分析證明，不同質(zhì)量的混凝土對(duì)超聲脈沖波中的高頻分量的吸收、衰減不同。因此，當(dāng)超聲波通過不同質(zhì)量的混凝土后，接收波的頻譜（即各頻率分量的幅度）也不盡相同，質(zhì)量差或有缺陷的混凝土，其接收波中高頻分量相對(duì)減少，而低頻分量相對(duì)增大，所以接收波的主頻率下降。

和波幅一樣，頻率測(cè)值也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，只能在同一剖面內(nèi)測(cè)點(diǎn)間進(jìn)行相對(duì)比較，測(cè)試值沒有波速值穩(wěn)定，目前只用于輔助判別。

3.波形的判別

當(dāng)混凝土有質(zhì)量缺陷時(shí)，超聲波在傳播過程中能量損失，使得接收波波形發(fā)生變化，當(dāng)混凝土損傷嚴(yán)重時(shí)，波形會(huì)發(fā)生畸變。

超聲波波形的敏感性和穩(wěn)定性都很高，是檢測(cè)混凝土質(zhì)量的重要參數(shù)。

五、超聲無損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1.超聲波探傷

近代探傷技術(shù)最重要的發(fā)展是定量化程度的提高，因此探頭的標(biāo)準(zhǔn)化，系列化是關(guān)鍵，故使超聲探傷換能器性能標(biāo)準(zhǔn)化，已擺到日程上，并引起質(zhì)量監(jiān)督部門的重視。超聲波探傷正沿著使攜小型化、智能化、數(shù)字彩色等方向發(fā)展。1993年浙江大學(xué)現(xiàn)代制造工程研究所在國(guó)內(nèi)首次開發(fā)成功了九自由度智能化超聲掃查系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有復(fù)雜表面掃查功能和A掃描、B掃描、C掃描顯示方式。并可通過與高檔微機(jī)的交互功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)掃查參數(shù)、掃查過程的預(yù)設(shè)置。實(shí)現(xiàn)了中斷續(xù)掃、實(shí)時(shí)分析、局部縮放等高級(jí)功能。98年，國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)取得高分子構(gòu)件表面應(yīng)力檢測(cè)及可視化成果并開發(fā)出相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)。02年，國(guó)內(nèi)首創(chuàng)開發(fā)成功10自由度大型復(fù)雜曲面工件超聲彩色成像系統(tǒng)。

2.超聲波無損檢測(cè)

資料表明，超聲無損檢測(cè)在液壓系統(tǒng)中應(yīng)用甚少，故將非接觸超聲檢測(cè)應(yīng)用于液壓系統(tǒng)是人們期待開辟的新領(lǐng)域和探討的重要課題。液壓系統(tǒng)的建模、辨識(shí)和性能分析及故障檢測(cè)中，用超聲波流量計(jì)對(duì)高壓小管徑的壓力管路進(jìn)行動(dòng)態(tài)流量測(cè)量占有非常重要的地位。而目前的超聲波流量計(jì)只能適用于較大（30mm以上）管徑。這類流量計(jì)不適于液壓系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，所以提高小管徑超聲波流量汁的測(cè)量準(zhǔn)確度將是今后探索研究的方向。而壓力這一重要參數(shù)，目前檢測(cè)中應(yīng)用大多是接圈式有損檢測(cè)方法，故從管外壁利用超聲波技術(shù)檢測(cè)壓力具有廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景，最有生命力。因此，西安第二炮兵工程學(xué)院研制的GWCY型超聲波管外測(cè)壓儀和沈陽建筑工程學(xué)院研制的FJCY 超聲波非接觸測(cè)壓故障儀均有待于進(jìn)一步提高性能，開發(fā)應(yīng)用市場(chǎng)。

3.超聲波無損評(píng)價(jià)

國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的無損檢測(cè)技術(shù)， 目前已逐步由ND I和NDT向NDE 過渡， 即用材料超聲波無損評(píng)價(jià)來代替超聲波無損探傷和超聲波無損檢測(cè)， 并且向自動(dòng)超聲波無損評(píng)價(jià)（ANDE ）和定量超聲波無損評(píng)價(jià)（ QNDE ）的方向發(fā)展和應(yīng)用。

六、結(jié)束語

綜上所述，本文所提到的超聲無損檢測(cè)技術(shù)的研究工作，希望可以對(duì)超聲無損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供參考價(jià)值。隨著超聲無損檢測(cè)技術(shù)的不斷開展， 對(duì)超聲無損檢測(cè)技術(shù)的研究工作也將成為保障超聲無損檢測(cè)技術(shù)的重要工作。

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