淺析超聲波無損檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用

杜孟啟 蔣 娟 代 揚(yáng)

（臥龍電氣南陽防爆集團(tuán)股份有限公司 河南南陽 473000）

1 超聲波無損檢測(cè)技術(shù)的簡(jiǎn)介

超聲波無損檢測(cè)是利用超聲波與工件產(chǎn)生相互作用的原理，就反射、透射和散射的波進(jìn)行研究，對(duì)檢驗(yàn)物存在的缺陷檢測(cè)、幾何特征測(cè)量等并通過數(shù)據(jù)分析進(jìn)行評(píng)價(jià)的技術(shù)。其最大的優(yōu)勢(shì)就是在不損害被檢測(cè)物體使用性能和原始形態(tài)的前提下，對(duì)檢測(cè)物體進(jìn)行檢驗(yàn)看其內(nèi)部是否存在不完善或缺陷問題、以及不均勻性，除此之外超聲波無損檢測(cè)技術(shù)能夠詳細(xì)的檢測(cè)出被檢驗(yàn)物體的缺陷大小、缺陷的具體位置、數(shù)量等詳細(xì)信息，技術(shù)員工依據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析從而確定檢測(cè)物體的現(xiàn)狀。現(xiàn)如今這項(xiàng)技術(shù)在航天、航海、特種設(shè)備、核工業(yè)以及機(jī)械工程檢驗(yàn)等許多行業(yè)中被廣泛應(yīng)用。

2 超聲波無損檢測(cè)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展實(shí)況

在20世紀(jì)50年代初，超聲波無損檢測(cè)設(shè)備才開始被引進(jìn)入我國(guó)，當(dāng)時(shí)這些技術(shù)設(shè)備被廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造生產(chǎn)中。于20世紀(jì)80年代初，我們國(guó)家就自發(fā)研究并生產(chǎn)了超聲波無損檢測(cè)設(shè)備，測(cè)量精度、放大器線性等主要技術(shù)相比之前的設(shè)備各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)都有了很大程度的提升。在80年代末期，由于集成電路的快速發(fā)展，開啟了數(shù)字化超聲波檢測(cè)儀器的新時(shí)代。近幾年，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的時(shí)代下，數(shù)字化超聲波檢測(cè)儀器也得到快速發(fā)展的空間。在我國(guó)現(xiàn)如今已有很多家企業(yè)專門從事超聲波無損檢測(cè)儀器的硏究、生產(chǎn)機(jī)構(gòu)和企業(yè)，例如：中科院武漢物理研究所、南通精密儀器有限公司等都是大家眾所周知的知名企業(yè)。目前，我國(guó)的超聲波無損檢測(cè)設(shè)備開始向數(shù)字化、智能化的領(lǐng)域發(fā)展，并取得了優(yōu)異的成績(jī)。與此同時(shí)國(guó)內(nèi)的航空航天領(lǐng)域、石油化工領(lǐng)域、核電站和鐵路領(lǐng)域等這些大型的企業(yè)，不斷的引進(jìn)和學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)設(shè)備的理念和檢測(cè)技術(shù)，更新了我國(guó)的超聲檢測(cè)設(shè)備的研究理念。

3 超聲波無損檢測(cè)技術(shù)的原理及優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 超聲波無損檢測(cè)技術(shù)的原理

超聲波無損檢測(cè)技術(shù)的原理是物體在被檢測(cè)的時(shí)候利用超聲波的傳導(dǎo)性在不破壞檢測(cè)物體的性質(zhì)的同時(shí)，利用其傳導(dǎo)性的功能檢測(cè)。其原理主要為：①檢測(cè)物在被進(jìn)行檢測(cè)的過程中都會(huì)產(chǎn)生超聲波，利用相應(yīng)的技術(shù)設(shè)施將這些超聲波的信息導(dǎo)入到所要檢測(cè)的試件中。②超聲波在傳導(dǎo)的過程中會(huì)和檢測(cè)物體的材料性質(zhì)或者其中存在的缺陷問題發(fā)生一定的作用，這種作用會(huì)影響超聲波原本的方向。③檢測(cè)設(shè)備能及時(shí)的收集超聲波的傳導(dǎo)情況，工作人員就能夠及時(shí)的根據(jù)實(shí)際情況作出分析并處理問題。④檢驗(yàn)人員依據(jù)收集到的形狀特征及數(shù)據(jù)信息等，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的判斷檢測(cè)物體是否存在缺陷，以便及時(shí)解決問題。

3.2 超聲波無損檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)如今超聲波無損檢測(cè)技術(shù)被大量運(yùn)用于金屬類及非金屬類材料的檢驗(yàn)當(dāng)中，由于超聲波具有較強(qiáng)的穿透力，所以對(duì)于檢測(cè)一些厚度相對(duì)較大的檢驗(yàn)物時(shí)超聲波無損技術(shù)就是最佳的選擇。例如：對(duì)于3mm厚度以內(nèi)的金屬材料進(jìn)行缺陷檢測(cè)時(shí)，超聲波無損檢測(cè)技術(shù)就能輕松應(yīng)對(duì)，甚至還可以穿透較長(zhǎng)的鋼管進(jìn)行檢測(cè)。

除此之外，超聲波無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)檢測(cè)物體中存在缺陷的具體位置定位的準(zhǔn)確度也很高。據(jù)有效數(shù)據(jù)表示：超聲波無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)檢測(cè)物體中存在缺陷檢測(cè)的準(zhǔn)確率為90%以上。因?yàn)榫哂休^強(qiáng)的感知靈敏度，所以在被檢測(cè)物體中哪怕是面積較小的缺陷也都能被檢測(cè)出來并準(zhǔn)確定位。

另外由于超聲波無損檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)的投資成本相對(duì)低，檢測(cè)速度快，對(duì)工作人員及周邊的環(huán)境沒有造成任何的危害，因此被廣泛適用于工程施工的質(zhì)量檢測(cè)當(dāng)中。

3.3 超聲波無損檢測(cè)技術(shù)存在的不足

雖然近年來超聲波無損技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于各大工程中，但是超聲波無損檢測(cè)還是有很多不足之處。例如它在檢測(cè)形態(tài)復(fù)雜或是形狀不規(guī)則的物體時(shí)，一般檢測(cè)出數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率相對(duì)都較低。超聲波技術(shù)雖然對(duì)檢測(cè)物體缺陷問題定位很準(zhǔn)確，但是還是存在不足比如對(duì)于定量性的數(shù)據(jù)信息采集，超聲波無損技術(shù)還達(dá)不到精確的要求，依舊要求工作人員的進(jìn)行細(xì)致研究。另外，如果被檢測(cè)物體中發(fā)現(xiàn)有晶質(zhì)物體存在，最終的檢測(cè)結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。

4 超聲波無損檢測(cè)技術(shù)的具體應(yīng)用

超聲無損檢測(cè)技術(shù)因其檢測(cè)范圍廣、深度大、對(duì)被檢測(cè)物體的缺陷定位率準(zhǔn)確、投資成本較低、操作方便、快捷等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用，同時(shí)幾年來也得到快速的發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)幾乎融入了所有的工業(yè)部門。金屬材料和構(gòu)件的檢測(cè)是目前主要應(yīng)用的兩大部門，其中包括商品的在線質(zhì)量監(jiān)控和產(chǎn)品檢查。以下主要從超聲波無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)鋼管混凝土的密寬和均勻性的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)應(yīng)用以及超聲波無損檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)橋梁內(nèi)部鋼筋質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用。

4.1 鋼管泥凝土的密度和均勻性的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)應(yīng)用

超聲波無損檢測(cè)技術(shù)在對(duì)鋼管混凝土進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，超聲波對(duì)銅管中泥凝土的密度以及均勻性的檢測(cè)起著至關(guān)重要的作用，超聲波是一種具有傳送量和傳送信息功能的聲波。檢測(cè)設(shè)備接收到被測(cè)物體釋放出來的被改變過的超聲波狀態(tài)，高加波損耗，依據(jù)這些信息從而檢測(cè)出鋼管中混凝土的密度以及均勻性，如果在檢測(cè)中產(chǎn)生的超聲波較小，超聲波的耗損相對(duì)較低時(shí)這就代表鋼管混凝土的密度和均勻性都比較好。相反如果在鋼管混凝土的密度和均勻性都比較差的情況下，那么在傳送檢測(cè)的過程中，超聲波產(chǎn)生的能量相對(duì)就會(huì)較大，高頻超聲波波的耗損也比較大。

4.2 檢測(cè)橋梁內(nèi)部鋼筋質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用

超聲波對(duì)檢測(cè)橋梁內(nèi)部鋼筋質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用中同樣起到了至關(guān)重要的作用，超聲波無損檢測(cè)技術(shù)給人們的日常生活帶來了很大的方便。尤其在建筑工程方便被越來越重視，因?yàn)樵诮ㄖ氖┕み^程中，建筑物的建設(shè)以及日后的維護(hù)工作都需要應(yīng)用到超聲波無損檢測(cè)技術(shù)。因?yàn)闃蛄撼Ｄ暝趹敉?，要?jīng)歷風(fēng)、日、電、雪，夏天的板溫等惡劣環(huán)境的考驗(yàn)，在冬季，經(jīng)歷冬天的寒冷，橋梁內(nèi)部的鋼筋難免會(huì)在一定程度上發(fā)生損害。因?yàn)闃蛄簝?nèi)部的鋼筋質(zhì)量直接會(huì)影響行人的安全，如果橋梁內(nèi)部鋼筋質(zhì)量發(fā)生變化后不及時(shí)檢修處理，會(huì)導(dǎo)致很嚴(yán)重的后果，安全事故發(fā)生也是不可避免的，甚至?xí)斐纱罅拷?jīng)濟(jì)損大，阻礙了交通便利。所以要定期利用超聲波無損檢測(cè)對(duì)橋梁內(nèi)部的鋼筋質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，通過超聲波檢無損檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)分析的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的狀態(tài)數(shù)據(jù)與原始的內(nèi)部結(jié)夠進(jìn)行比較，從而初步判斷其損耗程度，然后進(jìn)行全面的分析，并及時(shí)制定相應(yīng)的建筑方案和具體實(shí)施策略。

5 超聲波無損檢測(cè)技術(shù)的展望

超聲波無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用依賴于其具有完善的檢測(cè)工藝和方法，為了適應(yīng)現(xiàn)今的工作效率從而提高檢測(cè)效率，因此超聲檢測(cè)技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展。隨著超聲波機(jī)器掃描成像技術(shù)的成熟發(fā)展，超聲成像檢測(cè)技術(shù)因此也得到快速發(fā)展。目前，超聲波無損檢測(cè)儀器的發(fā)展開始向檢測(cè)設(shè)備的自動(dòng)化、超聲波信息處理實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化診斷、成像技術(shù)多樣化等方向發(fā)展。

5.1 檢測(cè)設(shè)備自動(dòng)化

現(xiàn)今超聲波無損檢測(cè)技術(shù)鋼鐵和機(jī)械行業(yè)已經(jīng)廣泛采用了，管材、板材或其它型材的檢測(cè)已經(jīng)成為基本的自動(dòng)流水線檢測(cè)。此外，還更新了各種類型的專業(yè)檢測(cè)儀器，如針對(duì)窄空間的管道檢測(cè)時(shí)，利用遙控自動(dòng)爬車進(jìn)入檢測(cè)管道后變速齒輪焊縫的自動(dòng)超聲檢測(cè)系統(tǒng)等。

5.2 超聲波信息處理實(shí)現(xiàn)數(shù)字化

目前，超聲波信息處理已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，自適應(yīng)算法、小波分析等各種現(xiàn)代化信息處理技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，這些數(shù)字化信息技術(shù)既能在一定程度上有效的減少超聲回波中夾雜的噪聲，又能對(duì)檢測(cè)物體中存在缺陷的屬性進(jìn)行詳細(xì)分析，在一定程度上提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

5.3 智能化診斷

借助超聲波無損模式的識(shí)別和人工網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，既可以對(duì)存在的缺陷類別進(jìn)行智能分類，同時(shí)檢測(cè)的結(jié)果也可以進(jìn)行智能化的進(jìn)行評(píng)定，大大的減少了人為因素產(chǎn)生的影響，為提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性提供條件。

5.4 超聲波成像技術(shù)多樣化發(fā)展

超聲波成像技術(shù)是超聲波無損檢測(cè)技術(shù)的另一個(gè)重要發(fā)展領(lǐng)域。超聲波成像技術(shù)可以為工作人員提供直觀的信息，實(shí)現(xiàn)了成像技術(shù)的多樣化，避免了傳統(tǒng)超聲檢測(cè)技術(shù)的缺陷帶來的數(shù)據(jù)顯示不直觀、難以判斷的缺點(diǎn)。

總之，隨著檢測(cè)設(shè)備的自動(dòng)化、人工智能、技術(shù)設(shè)備的更新發(fā)展、以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，超聲檢測(cè)設(shè)備正在向著檢測(cè)設(shè)備自動(dòng)化、智能化和數(shù)字化、以及圖像多樣化的領(lǐng)域發(fā)展。