淺談超聲檢測技術(shù)在無損檢測中的應(yīng)用

姚智源 趙丹

[摘 要]無損檢測技術(shù)主要包括射線探傷、超聲波探傷、磁粉探傷、滲透探傷、聲發(fā)射等方法。超聲波探傷以其探傷距離大、探傷裝置體積小、重量輕、便于攜帶、檢測速度快、檢測費用低等優(yōu)勢，在過程設(shè)備制造和在役檢測工作中得到越來越多的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]無損檢測，超聲，應(yīng)用

中圖分類號：TU473.16 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）11-0393-01

近年來我國超聲無損檢測事業(yè)取得了巨大進步和發(fā)展。超聲無損檢測已經(jīng)應(yīng)用到了幾乎所有工業(yè)部門，其用途正日趨擴大。超聲無損檢測的相關(guān)理論和方法及應(yīng)用的基礎(chǔ)性研究正在逐步深入，已經(jīng)取得了許多突破性進展。比如，用戶友好界面操作系統(tǒng)軟件；各種掃描成象技術(shù)；多坐標、多通道的自動超聲檢查系統(tǒng)；超聲機器人檢測系統(tǒng)等。無損檢測的標準化和規(guī)范化，檢測儀器的數(shù)字化、智能化、圖象化、小型化和系列化工作也都取得了較大發(fā)展。我國已經(jīng)制訂了一系列國標、部標及行業(yè)標準，而且引進了ISO，ATSM等一百多個國外標準。無損檢測人員的培訓也逐漸與國際接軌。

一、超聲探傷技術(shù)在無損檢測中的應(yīng)用

1.1 機車檢測方面的應(yīng)用

1.1.1 在高速鋼軌檢測中的應(yīng)用

我國鐵路運營線路近七萬公里，而且鐵路正在向高速、重載的方向發(fā)展。超期服役的鋼軌數(shù)量很大，線路上的鋼軌在承擔繁重的運輸任務(wù)過程中，不免要產(chǎn)生各種肉眼能看見及看不見的損傷如側(cè)磨、軌頭壓潰、剝離掉塊、銹蝕、核傷、水平裂紋、垂直裂紋、周邊裂紋等。

當被檢鋼軌內(nèi)部有一個裂紋缺陷（或其他缺陷），將超聲波探頭放在被檢鋼軌的某一表面部位（該面稱作探傷面、檢測面），探頭向被檢鋼軌發(fā)射超聲波信號，超聲波穿過界面進入被檢鋼軌內(nèi)部，在遇到缺陷和兩介質(zhì)的界面時都會有反射，反射信號被探頭接收后，通過探傷儀內(nèi)部的電路轉(zhuǎn)換，就可以把缺陷信號和底波信號形象地顯示出來。根據(jù)超聲波的聲程推算，就可以輕易地將缺陷信號和底波信號區(qū)分開，然后通過超聲波試塊進行定標，就可以實現(xiàn)對鋼軌缺陷的定位和定量。

1.1.2 在車輪缺陷檢測中的應(yīng)用

輪對是車輛走行部中最重要的部件之一，對軌道車輛輪對的檢測并準確地判斷其缺陷位置一直是鐵道運輸部門非常重視的問題。該系統(tǒng)采用電磁超聲探傷技術(shù)，實現(xiàn)輪對踏面的缺陷檢測，包括：踏面剝離及剝離前期檢測：踏面表面及近表面裂紋檢測。

電磁超聲探傷系統(tǒng)利用超聲表面波的脈沖反射原理進行缺陷檢測。當輪對沿鋼軌運行到探頭位置，輪對踏面接觸探頭的瞬間，EMAT（電磁超聲探傷技術(shù)）在車輪踏面表面及近表面激發(fā)出電磁超聲表面波脈沖，超聲表面波將沿踏面表面及近表面圓周以很小的損耗傳播。超聲表面波在踏面雙向傳播（順時針和逆時針），沿車輪表面及近表面?zhèn)鞑?周后回到探頭位置，EMAT探頭檢測到返回的超聲表面波后形成第1次周期回波：未衰減的超聲波繼續(xù)沿踏面?zhèn)鞑ィ来涡纬傻?次、第3次周期回波，，直到能量衰減到設(shè)備無法檢測為止。

當車輪踏面表面及近表面有裂紋或剝離等缺陷存在時，超聲波在缺陷端面處一部分能量被反射，沿原傳播路徑返回并被探頭檢測到，形成缺陷回波：另一部分能量繞過缺陷端面繼續(xù)傳播，形成周期性回波。通過正常的周期回波（RT）與缺陷回波（E）的對比分析，可以定性分析當前輪對的踏面缺陷狀況。

1.2 建筑和土木方面的應(yīng)用

1.2.1 超聲在測定混凝土結(jié)構(gòu)強度及厚度的應(yīng)用

（1）強度檢測技術(shù)

超聲波檢測是利用混凝土的抗壓強度與超聲波在混凝土中的傳播參數(shù)（聲速）之間的相關(guān)性來檢測混凝土強度的?；炷恋膹椥阅Ａ吭酱?，強度越高，超聲波的傳播速度越快。經(jīng)試驗，這種相關(guān)關(guān)系可以用非線性數(shù)學模型來擬合，即通過實驗建立混凝土強度和聲速的關(guān)系曲線?，F(xiàn)場檢測混凝土強度時，應(yīng)該選擇澆筑混凝土的模板側(cè)面為測試面。每一試件上相鄰測區(qū)間距不大于2m。

測試面應(yīng)清潔平整，干燥無缺陷和無飾面層。每個測區(qū)內(nèi)應(yīng)在相對測試面上對應(yīng)的輻射和接收換能器應(yīng)在同一軸線上，測試時必須保持換能器與被測混凝土表面有良好的耦合，并利用黃油或凡士林等耦合劑，以減少聲能的反射損失。按擬定的回歸方程計算或查表取得對應(yīng)測區(qū)的混凝土強度值。

（2）聲波反射法測量厚度

超聲波從一種固體介質(zhì)入射到另一種固體介質(zhì)時，在兩種不同固體的分界面上會產(chǎn)生波的反射和折射。聲阻抗率相差越大，則反射系數(shù)也越大，反射信號就越強。所以只要能從直達波和反射波混雜的接收波中識別出反射波的疊加起始點，并測出反射波到時，就可以計算混凝土的厚度。

1.2.2 超聲在橋梁混泥土裂縫檢測中的應(yīng)用

橋梁結(jié)構(gòu)的使用性能及耐久年限，主要由設(shè)計、施工和所用材料的質(zhì)量等諸多因素共同決定。由于設(shè)計、施工和材料可能存在某些缺陷，這些缺陷會使橋梁結(jié)構(gòu)先天存在著某些薄弱之處：此外，橋梁在營運使用中又會受到不可避免的人為損傷及各種大自然侵蝕，帶來后天病害。

二、結(jié)語

超聲波探傷作為無損檢驗的一種重要手段，在工業(yè)上已獲得廣泛的應(yīng)用。目前，從儀器品種、探頭種類、探傷方法、自動化水平等各方面都在不斷的革新和發(fā)展中。它的優(yōu)點是對平面型缺陷十分敏感，一經(jīng)探傷便知結(jié)果，易于攜帶，多數(shù)超聲探傷儀不必外接電源，穿透力強。局限性是藕合傳感器要求被檢表面光滑，難于探出細小裂縫，要有參考標準，為解釋信號要求檢驗人員素質(zhì)高。

參考文獻

[1] 劉鎮(zhèn)清，劉驍；超聲無損檢測的若干新進展[J]；無損檢測；2000年09期.

[2] 劉朝軍；缺陷評定的原理與方法[J]；無損探傷；1999年04期.