探究超聲無損檢測研究的新進(jìn)展

劉康

摘 ? 要：當(dāng)前，超聲無損檢測技術(shù)由于其無損傷、高效等優(yōu)勢，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于多種領(lǐng)域中，且成為了國內(nèi)外的研究重點(diǎn)?；诖?，本文分析了無損檢測的發(fā)展歷程，并以超聲導(dǎo)波技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)、超聲非線性成像檢測技術(shù)、激光超聲無損檢測技術(shù)為切入點(diǎn)，闡述了現(xiàn)階段超聲無損檢測技術(shù)的新進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：超聲無損檢測技術(shù) ?導(dǎo)波 ?聲發(fā)射檢測

中圖分類號：TP274.53 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（a）-0066-02

超聲檢測技術(shù)由于具備較強(qiáng)的穿透力，且不會對人體或其他物體產(chǎn)生傷害，因此得到了廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)階段的超聲技術(shù)發(fā)展中，由于科技水平不斷在增強(qiáng)，且人們的需求增多，其逐漸向著無損的方向發(fā)展，并出現(xiàn)了大量的新進(jìn)展，使得超聲檢測的內(nèi)涵得到了進(jìn)一步的擴(kuò)充。

1 ?無損檢測的發(fā)展歷程分析

1.1 無損檢測技術(shù)的發(fā)展

無損檢測技術(shù)從1970年發(fā)展至今，已經(jīng)取得了較高的成果。在該技術(shù)整體的發(fā)展歷程中，可以劃分為三個(gè)階段，這些發(fā)展階段主要是以無損檢測形式的發(fā)展與更新進(jìn)行劃分。在無損檢測技術(shù)發(fā)展的第一階段，主要形成了無損探傷的形式，主要被應(yīng)用于產(chǎn)品的最終檢驗(yàn)。在這一過程中，能夠在保證產(chǎn)品完整性的基礎(chǔ)上，對其內(nèi)部的缺陷完成診斷，確保所有的產(chǎn)品強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。在無損檢測技術(shù)發(fā)展的第二階段，主要形成了無損檢測的形式，主要被應(yīng)用于無損探傷。此時(shí)，能夠?qū)庸ば袨橹兴猩婕暗降墓に噮?shù)展開標(biāo)準(zhǔn)測量，包括溫度、壓力等。在第三階段中，主要形成了無損評價(jià)形式，其能夠在實(shí)現(xiàn)無損探傷與無損檢測的基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品展開全方位的評價(jià)。

1.2 超聲無損檢測技術(shù)的發(fā)展

在無損檢測技術(shù)中，超聲、射線、磁粉等均為常用的形式，其中，超聲無損檢測技術(shù)由于其更高的優(yōu)勢而得到了重點(diǎn)的發(fā)展。就當(dāng)前超聲無損檢測技術(shù)的發(fā)展情況來看，其已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于多種領(lǐng)域中，包括醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、電子工業(yè)領(lǐng)域等。截止到2019年上半年，我國有關(guān)于超聲無損檢測技術(shù)的專利申請數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了世界總量的9%，已經(jīng)超過了日本的申請數(shù)量（6%），并與德國持平（9%）。相比于超聲無損檢測技術(shù)專利申請量的排在前兩位的前蘇聯(lián)（14%）以及美國（11%）來說，雖然尚未超過，但是由于我國相關(guān)專利的申請趨勢快速增長，因此總體上呈現(xiàn)出在未來超過前兩位的形勢。

2 ?超聲無損檢測技術(shù)的新進(jìn)展探究

2.1 超聲導(dǎo)波技術(shù)

在主動式無損檢測中，若是聲傳播媒介遠(yuǎn)大于波長，則可以使用超聲反射或散射等現(xiàn)象完成物體質(zhì)量以及特性的檢測。在這一過程中，需要盡可能避免導(dǎo)波的出現(xiàn)。然而在現(xiàn)階段的發(fā)展中，國內(nèi)外研究人員將研究的重點(diǎn)放置于基于超聲導(dǎo)波的無損檢測方面，這主要是由于當(dāng)前的實(shí)際需求所造成的。例如，對于纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料來說，使用超聲反射法無法展開其內(nèi)部缺陷或損傷的檢測，但是導(dǎo)波有可能實(shí)現(xiàn)這類材料的單面檢測;在使用主動式無損檢測技術(shù)展開大構(gòu)件的檢測時(shí)，需要消耗大量的時(shí)間與精力，因此研究基于導(dǎo)波的高速有效無損檢測技術(shù)具有較高的現(xiàn)實(shí)意義。

現(xiàn)階段，超聲導(dǎo)波技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空結(jié)構(gòu)件、大型的固體或者是液體火箭殼體等展開無損檢測與無損評價(jià)，檢測結(jié)果的質(zhì)量相對較高，且相比于常規(guī)的主動式無損檢測技術(shù)更為迅速。在超聲導(dǎo)波技術(shù)的支持下，能夠完成管道的長距離一次性檢測。在國外，該技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于石油化工、核工業(yè)等領(lǐng)域中。

2.2 聲發(fā)射技術(shù)

對于聲發(fā)射技術(shù)來說，其主要使用了被動檢測技術(shù)，此時(shí)，超聲波主要來源于材料或是外力對構(gòu)件的影響，屬于自發(fā)性聲波。相比于其他超聲無損檢測技術(shù)來說，聲發(fā)射技術(shù)的研究與發(fā)展時(shí)間相對較長，在20世紀(jì)60、70年代，該技術(shù)就已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用的階段，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括材料與構(gòu)件裂縫擴(kuò)展的檢測與分析、泄漏的檢測與定位、構(gòu)件失效報(bào)警等等。

經(jīng)過長時(shí)間的發(fā)展，聲發(fā)射技術(shù)逐漸成熟，并被廣泛應(yīng)用于更多的行業(yè)領(lǐng)域中。現(xiàn)階段，聲發(fā)射技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于航空航天制造領(lǐng)域、國防工業(yè)、導(dǎo)彈殼檢測、潛水艇測試等專業(yè)領(lǐng)域中，主要對相應(yīng)構(gòu)件的安全性、失效行為等完成動態(tài)的檢測與評價(jià)。需要注意的是，在一定的測試條件下，聲發(fā)射技術(shù)不能完全視為無損檢測技術(shù)，構(gòu)件可能由于不可忽視的損傷產(chǎn)生聲發(fā)射。

2.3 超聲非線性成像檢測技術(shù)

對于傳統(tǒng)的超聲相控陣檢測技術(shù)來說，其能夠更加方便的完成聲束控制，使得聲束的聚焦與偏轉(zhuǎn)成為現(xiàn)實(shí)，被廣泛的應(yīng)用于焊接、工業(yè)制造等領(lǐng)域中。隨著科技水平的不斷發(fā)展，相關(guān)學(xué)者對基于傳統(tǒng)的超聲相控陣檢測技術(shù)的非線性檢測方法進(jìn)行了探究。例如，在2014年，Potter等人的研究表明，利用超聲相控陣檢測技術(shù)，并結(jié)合串行和并行聚焦模式下激勵帶寬內(nèi)能量的損失差，能夠?qū)υ缙谄趽p傷完成檢測，且不會受到孔洞、裂紋等的影響;焦敬品應(yīng)用同樣的方法展開研究，完成了鋼板早期的疲勞損傷檢測，并進(jìn)一步優(yōu)化形成了超聲非線性成像檢測技術(shù)等等。

結(jié)合相關(guān)人員完成的研究能夠了解到，當(dāng)前，多數(shù)學(xué)者展開的超聲非線性成像檢測技術(shù)，其基本思想主要停留與超聲波在損傷位置處的非線性表現(xiàn)，也就是在基波頻帶范圍內(nèi)的聲動能向高頻頻帶內(nèi)發(fā)生的能量轉(zhuǎn)移[1]。

2.4 激光超聲無損檢測技術(shù)

對于激光超聲無損檢測技術(shù)而言，其屬于復(fù)合技術(shù)的一種，包含著材料學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)等專業(yè)領(lǐng)域的內(nèi)容，是超聲學(xué)與激光技術(shù)的結(jié)合。發(fā)展至今，激光超聲無損檢測技術(shù)已經(jīng)形成了較為成熟的發(fā)展規(guī)模。例如，Yashiro等人應(yīng)用激光超聲傳播的可逆性，對激光超聲在被檢測物體中的實(shí)際傳播過程進(jìn)行了還原，證實(shí)了相關(guān)技術(shù)的可行性，并提出了超聲傳播可視化技術(shù);Kenderian等人將激光超聲無損檢測技術(shù)與空氣耦合技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建起了鐵軌動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，并在鋼軌裂紋的現(xiàn)場檢測中獲得了較好的效果等等[2]。

現(xiàn)階段，激光超聲無損檢測技術(shù)不斷發(fā)展，并由于其較高的優(yōu)越性而被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中。例如，在航空航天領(lǐng)域的制造中更多的應(yīng)用了復(fù)合材料。對于復(fù)合材料而言，其密度小、高減震性、耐腐蝕、抗疲勞性好、高強(qiáng)度等，所以在飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料中占據(jù)著較大的比重。因此，檢測復(fù)合材料的缺陷極為關(guān)鍵，但是由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較高，因此常用的檢測方法無法完成無損的缺陷檢測。而應(yīng)用激光超聲無損檢測技術(shù)就能彌補(bǔ)這一問題，由于激光的照射角度相對靈活，因此能夠更加全面的完成復(fù)合材料的檢測。

在鋼軌車軌領(lǐng)域中，激光超聲無損檢測技術(shù)也得到了較好的應(yīng)用。由于當(dāng)前的列車使用量較大、負(fù)載更高，同時(shí)必須要長期高速運(yùn)行，因此對鋼軌的磨損較大，也極易產(chǎn)生一定的缺陷。此時(shí)，檢測鋼軌中的缺陷、亞表面斜裂紋等極為關(guān)鍵，同時(shí)，受到列車運(yùn)行的限制，必須要實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)檢測。通過應(yīng)用激光超聲無損檢測技術(shù)就能夠滿足這些要求，這一成果在Kenderian等人的研究中已經(jīng)得到證實(shí)。另外，激光超聲無損檢測技術(shù)還被廣泛應(yīng)用于超聲掃描的快速成像、高溫等惡劣環(huán)境材料特性檢測、高精度缺陷檢測等領(lǐng)域中，也取得了較好的效果。

3 ?結(jié)語

綜上所述，就當(dāng)前超聲無損檢測技術(shù)的發(fā)展情況來看，其已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于多種領(lǐng)域中。現(xiàn)階段，超聲導(dǎo)波技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)、超聲非線性成像檢測技術(shù)、激光超聲無損檢測技術(shù)這些超聲無損檢測技術(shù)均受到了更多的研究與關(guān)注，并被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，促進(jìn)了不同的行業(yè)技術(shù)升級，也推動了超聲無損檢測技術(shù)進(jìn)入新的發(fā)展階段。

參考文獻(xiàn)

[1] 王璇，李菊峰，牛衛(wèi)飛，等.超聲非線性無損檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J].化學(xué)工程與裝備，2019（4）：246-249.

[2] 袁久鑫，秦訓(xùn)鵬.激光超聲無損檢測技術(shù)研究進(jìn)展[J].表面工程與再制造，2019，19（1）：30-34，42.