超聲無損檢測的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

摘 要：超聲無損檢測技術(shù)是當(dāng)前常用的檢測技術(shù)之一，可以在現(xiàn)場使用，具有檢測范圍廣、深度強、定位精確、成本低、操作便捷等優(yōu)點，超聲無損檢測技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)外的諸多領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用，它具有提高檢測靈敏度、改善產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，在提高加工制造水平和成品質(zhì)量及設(shè)備服役壽命等方面，取得了一定的進(jìn)展，研究其應(yīng)用具有深刻的意義。本文闡述了超聲無損檢測的應(yīng)用情況，對其今后的發(fā)展趨勢進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：超聲無損檢測技術(shù)；應(yīng)用；發(fā)展

引言

所謂無損檢測，是在不損傷材料和成品的條件下研究其內(nèi)部和表面有無缺陷的手段。也就是說，它利用材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的異常或缺陷的存在所引起的對熱、聲、光、電、磁等反應(yīng)的變化，評價結(jié)構(gòu)異常和缺陷存在及其危害程度。無損檢測的目的一般包括：定量掌握缺陷與強度的關(guān)系，評價構(gòu)件的允許負(fù)荷以及壽命或剩余壽命；檢測在制造過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)不完整性及缺陷等情況，以便改善制造工藝。它不僅涉及成品部件的試驗評價也與設(shè)計、制造工藝直接相關(guān)。

由于超聲波具有極強的穿透力，在無損檢測方面發(fā)揮積極作用，尤其在工業(yè)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中廣泛應(yīng)用。因此，基于需求角度的變化，超聲檢測技術(shù)也要不斷改進(jìn)、不斷優(yōu)化，才能取得新進(jìn)展，滿足技術(shù)發(fā)展需求。以下將對超聲無損檢測的幾大發(fā)展趨勢進(jìn)行細(xì)致分析：

1 超聲無損檢測的信號處理技術(shù)

在超聲無損檢測技術(shù)應(yīng)用中，采用了各種各樣的先進(jìn)算法，已經(jīng)在特征提取、數(shù)據(jù)壓縮、缺陷識別和信號降噪等諸多數(shù)據(jù)處理中應(yīng)用；而現(xiàn)代信息處理技術(shù)的應(yīng)用，也推動了超聲無損檢測技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，如人工智能技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自適應(yīng)技術(shù)等。小波變換作為時頻分析方法，在時頻平面的應(yīng)用，具有良好的信號局部表征、可變的頻率分辨率等特性；通過應(yīng)用小波分析技術(shù)，憑借其局部突出性、多分辨率等特征，已經(jīng)成為當(dāng)前超聲信號時頻表達(dá)的有效方法，在超聲信號降噪、數(shù)據(jù)壓縮、特征提取等方面起到積極作用。

2 新型非接觸超聲換能技術(shù)應(yīng)用

在傳統(tǒng)使用的超聲檢測設(shè)備中，均采用接觸式換能方法，在超聲探頭和被檢測材料中促使超聲波的能量傳輸?shù)酱龣z工件中，但是不管采用什么樣的耦合介質(zhì)，完成檢測工作之后都需要采取清除措施，而耦合介質(zhì)的殘留或者清除不徹底，將對工件質(zhì)量造成影響。目前，已經(jīng)成功研發(fā)并投入使用的非接觸超聲換能方法，主要包括激光超聲方法、空氣耦合方法、靜電耦合方法及電磁聲方法等，其中后兩種方法的換能器能夠較近地接觸被檢對象表面，在相對特殊的實驗室環(huán)境、工業(yè)環(huán)境中采用，具有廣泛的發(fā)展空間?？諝怦詈霞夹g(shù)的應(yīng)用，以空氣作為耦合介質(zhì)，完成整個檢測過程。

3 超聲無損檢測的數(shù)字化與圖像化

隨著我國電子與計算機技術(shù)、軟件技術(shù)水平的日益提高，數(shù)字化超聲測試儀器正大幅度地投入使用，由于其計算的高精度、有效的控制與判斷能力，減少了人為檢測誤差，增強檢測的可靠性、穩(wěn)定性，支持超聲檢測、超聲評價的自動化與智能化發(fā)展。結(jié)合當(dāng)前發(fā)展與應(yīng)用的實際情況來看，新一代智能化的數(shù)字超聲檢測儀器，也有著極其廣闊的發(fā)展空間，并將取替?zhèn)鹘y(tǒng)模擬探傷儀的地位，成為具有強大處理功能、高密度集成性的超聲檢測儀器，配合超聲成像技術(shù)的應(yīng)用，做到定量與定性相結(jié)合，將物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息轉(zhuǎn)變?yōu)槿搜劭勺R別的圖像。

結(jié)合當(dāng)前發(fā)展與應(yīng)用的實際情況來看，新一代智能化的數(shù)字超聲檢測儀器，也有著極其廣闊的發(fā)展空間，并將取替?zhèn)鹘y(tǒng)模擬探傷儀的地位，成為具有強大處理功能、高密度集成性的超聲檢測儀器，配合超聲成像技術(shù)的應(yīng)用，做到定量與定性相結(jié)合，將物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息轉(zhuǎn)變?yōu)槿搜劭勺R別的圖像。當(dāng)前較為常用的成像方法主要有超聲波顯像、掃描超聲成像、超聲顯微鏡、TOFD成像、ALOK成像、超聲CT成像等多種類型。應(yīng)用分辨率相對較高的聲光傳感器，可以直接將

超聲轉(zhuǎn)化為可視圖像，在小型、復(fù)合型材料結(jié)構(gòu)中的檢測，比傳統(tǒng)意義的掃描更有效率，同時也降低了成本。例如，在基于ARM9處理器的網(wǎng)絡(luò)化超聲檢測成像系統(tǒng)中，融入了便攜式機械掃描裝置，利用TOFD技術(shù)成像，同時借助以太網(wǎng)完成波形數(shù)據(jù)的傳輸。

應(yīng)該認(rèn)識到，在三維成像技術(shù)中，無論采取二維圖像重建三維圖像還是機械臂逐點掃查方法，其掃描的時間都相對較長，且空間分辨率較低，可應(yīng)用性弱化。針對這一問題，日本制作所研發(fā)了基于超聲波反射技術(shù)的“三維超聲波探傷系統(tǒng)”，在該系統(tǒng)中，借助超聲波束的作用，完成了三維方式的掃描過程，可以在數(shù)秒之內(nèi)完成三維影像。

4 超聲無損檢測的網(wǎng)絡(luò)化與集成化

無損檢測的技術(shù)與方法非常多，單一的技術(shù)可能功能不完善，如果能夠綜合運用，則可發(fā)揮技術(shù)之間的互補性。例如，將若干NDT技術(shù)集成化處理，實現(xiàn)NDT集成技術(shù)應(yīng)用；在同一臺設(shè)備中，實現(xiàn)多種檢測方法的融合，在關(guān)鍵部位應(yīng)用檢測手段，提高檢測結(jié)果的精確性。同時采集、存儲、處理各種數(shù)據(jù)，通過綜合性的分析與評價，提高工作效率與結(jié)論的正確性。以我國國內(nèi)的復(fù)合式無損檢測技術(shù)及其應(yīng)用來看，大多為綜合型無損檢測、組合型無損檢測，在NDT集成技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用方面還存在一定制約。而基于微磁技術(shù)、超聲檢測技術(shù)的集成化無損檢測系統(tǒng)，可較好地發(fā)揮微磁檢測技術(shù)優(yōu)勢，具有快捷、方便、簡單等特征，可較好地檢測鐵磁材料表面缺陷；憑借超聲技術(shù)的高靈敏性、大深度檢測等性能，對鐵磁材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)、鋁合金材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)等缺陷進(jìn)行確定。

5 超聲無損檢測的智能技術(shù)應(yīng)用

當(dāng)前，關(guān)于各種材料、產(chǎn)品或者設(shè)備的無損檢測，已經(jīng)不能停留在傳統(tǒng)意義的缺陷等級評價、質(zhì)量等級評價等方面，而是對其缺陷進(jìn)行預(yù)測，尤其對可能發(fā)生超標(biāo)缺陷的工件，嚴(yán)格質(zhì)量管理措施。在進(jìn)行探傷檢測過程中，實行全面性、綜合性的評價，如缺陷性質(zhì)、危害程度、嚴(yán)重程度、發(fā)生原因等，都應(yīng)提交一份完整的質(zhì)量評價報告。無損評價技術(shù)的應(yīng)用具有一定復(fù)雜性，涉及到材料科學(xué)、工程結(jié)構(gòu)、無損檢測等諸多學(xué)科，但是由此產(chǎn)生的經(jīng)濟效益也不容忽視。在一些特殊的作業(yè)環(huán)境下，如果采取不必要的停機維修，將帶來極大損失。例如，當(dāng)大型球罐經(jīng)過焊接之后，如果使用時發(fā)現(xiàn)存在缺陷，補焊之后需要重新退火，增大了成本；再如，一些設(shè)備的返修需要在設(shè)備停止運行的狀態(tài)下進(jìn)行，但是這些設(shè)備在整個生產(chǎn)中起到關(guān)鍵作用、生產(chǎn)效率相對較高，長時間停產(chǎn)將造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失；采用智能化技術(shù)，則可將無損檢測技術(shù)、無損評價技術(shù)與計算機技術(shù)結(jié)合起來，尤其考慮到超聲檢測信號的輸出特點、數(shù)字式超聲波探傷儀的特點等，實現(xiàn)了超聲檢測技術(shù)的智能化發(fā)展，這也是今后研發(fā)與應(yīng)用的重點方向之一。

6 超聲無損檢測的高精確、高可靠發(fā)展

當(dāng)前，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)及傳感技術(shù)的發(fā)展，超聲無損檢測技術(shù)也逐漸實現(xiàn)了計算機控制。在生產(chǎn)過程中，可以對產(chǎn)品的運行、質(zhì)量等進(jìn)行監(jiān)控；例如，自動化定位和跟蹤檢測、缺陷的自動識別、計算機模擬技術(shù)等。通過應(yīng)用計算機軟件技術(shù)，對超聲無損檢測過程進(jìn)行模擬，減少人為因素在這一過程中的干涉，應(yīng)用計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測與分析，提高數(shù)據(jù)的完整性、有效性，確保檢測的精確度、可靠度。

總之，隨著各種全新電子技術(shù)、材料科學(xué)及測試技術(shù)的發(fā)展，推動了現(xiàn)代化的無損檢測技術(shù)；過去，無損探傷的主要目的在于不損壞產(chǎn)品，可發(fā)現(xiàn)人眼不能察覺的缺陷，在工程設(shè)計及生產(chǎn)中應(yīng)用；當(dāng)前，奠定在斷裂力學(xué)、物理科學(xué)等基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品質(zhì)量提出更高要求，結(jié)合工件、材料的極限壽命等觀念，由探傷技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)闇y傷技術(shù)、評價技術(shù)，除了探測相關(guān)的缺陷性質(zhì)、尺寸、材料力學(xué)行為以外，還可以針對被檢測的設(shè)備、產(chǎn)品等進(jìn)行使用安全性、檢修周期合理性等評價。因此，超聲檢測已經(jīng)成為無損檢測的關(guān)鍵技術(shù)與方法，今后的研究仍集中于靈敏度、適應(yīng)性、精確性等角度，通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型、檢出缺陷、分析信號等，實現(xiàn)無損評價的量化處理，進(jìn)一步拓展超聲無損檢測的應(yīng)用領(lǐng)域。發(fā)揮更多的價值作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 張俊這.無損檢測技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[2] R. Halmshaw. Non- destructive Testing. EdivardArnold （Publishers） Ltd，2003.

[3] W.E. Gardner. Improving the effectiveness and the reliability of non- destructive testing. PergamonPress，2002.

[5] 張琦， 闕沛文， 雷華明. 一種新的超聲無損檢測回?fù)苄盘柕淖R別方法[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報， 2006（12）.

[6] 高志奇， 田立欣， 孟祥東. 基于小波變換和模糊模式識別的超聲無損檢測[J]. 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2010（1）.

作者簡介：王新，單位郵編：161041，性別：男，出生年月：1985.12.29，籍貫：黑龍江省龍江縣哈拉海鄉(xiāng)，學(xué)歷：本科，畢業(yè)院校：黑龍江東方學(xué)院，職稱：助理工程師，現(xiàn)就職于：中國第一重型機械股份公司，研究方向：大型鍛件超聲波無損檢測方向。