超聲導(dǎo)波在焊縫缺陷檢測(cè)中的發(fā)展與挑戰(zhàn)

衛(wèi)小龍， 杜國(guó)鋒， 袁洪強(qiáng)， 張丹富， 馬 騏

(1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院， 武漢 430100； 2.長(zhǎng)江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院， 荊州 434020)

焊接作為常見(jiàn)的一種連接方式，保證焊接質(zhì)量是確保構(gòu)件正常服役的基本要求。而在焊接過(guò)程中，裂紋、咬邊、夾渣、孔洞、焊瘤、弧坑、未熔合等常見(jiàn)的焊接缺陷容易引發(fā)質(zhì)量問(wèn)題，降低焊件壽命，威脅生命財(cái)產(chǎn)安全。目前焊接質(zhì)量檢測(cè)方法主要有：聲學(xué)檢測(cè)法(超聲、聲發(fā)射等)、磁學(xué)檢測(cè)法(磁粉、漏磁等)、射線檢測(cè)法(X射線、γ射線等)、電學(xué)檢測(cè)法(渦流、微波等)、熱學(xué)檢測(cè)法(紅外熱成像、光聲光熱檢測(cè)等)、光學(xué)檢測(cè)法(激光視覺(jué))、滲透檢測(cè)法(流體滲透)。每種方法各有利弊，有其自身的特點(diǎn)和適用性。然而超聲導(dǎo)波檢測(cè)隨著近30年在基本理論、數(shù)值仿真模擬、實(shí)驗(yàn)技術(shù)等方面的快速發(fā)展，特別是近10年商業(yè)化的應(yīng)用，以其具有長(zhǎng)距離、大范圍、效率高等優(yōu)勢(shì)，得到了廣大學(xué)者的高度關(guān)注。

1 導(dǎo)波發(fā)展歷程

聲波在波導(dǎo)材料中(如管、棒、板等)受到幾何界面影響發(fā)生多次反射、透射等作用，進(jìn)而形成復(fù)雜的干涉和幾何彌散，疊加之后繼續(xù)沿著波導(dǎo)材料向前傳播最終形成了導(dǎo)波。主要分為板狀材料中的SH波、蘭姆波(Lamb)，圓柱體中的縱向?qū)Р?L模態(tài)、T模態(tài)、F模態(tài))、周向?qū)Р?周向Lamb波、周向SH波)和表面波(Rayleigh波)。超聲導(dǎo)波的技術(shù)發(fā)展大致分為兩個(gè)階段。第一階段以理論機(jī)理為主，在過(guò)去的兩個(gè)多世紀(jì)，Stokes[1]、Rayleigh[2]、Hopkinson[3]、Pochhammer[4]、Chree[5]、Lamb[6]、Davies[7]、Mindlin[8]、Graff[9]和Auld[10]等著名學(xué)者在動(dòng)力學(xué)和彈性力學(xué)等領(lǐng)域作出了杰出的貢獻(xiàn)，為導(dǎo)波技術(shù)發(fā)展做了大量開(kāi)拓性的工作。20世紀(jì)50年代，Bancroft[11]、Hudson[12]、McFadden[13]、Thomson[14]、Haskell[15]、Ghosh[16]、Herrmann等[17]主要集中在對(duì)波的特征方程計(jì)算、頻散方程的求解上。最終Gazis[18-19]在前人研究基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)值模擬給出了縱向模態(tài)和扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻散方程的通解以及頻散曲線。Fitch[20]在實(shí)驗(yàn)中激勵(lì)了最低階的四個(gè)對(duì)稱和不對(duì)稱模態(tài)的導(dǎo)波，測(cè)得群速度的實(shí)驗(yàn)值，驗(yàn)證了Gazis[18-19]的結(jié)論。20世紀(jì)90年代，第二階段以技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用為主。隨著計(jì)算機(jī)普及，運(yùn)算速度加快，仿真數(shù)值模擬在研究聲場(chǎng)分布與缺陷的作用做出了積極貢獻(xiàn)，為導(dǎo)波傳播機(jī)理研究、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集分析處理、缺陷定性定量識(shí)別、定位成像分析提供了理論指導(dǎo)。文獻(xiàn)[21-36]在導(dǎo)波理論研究、傳播機(jī)理、導(dǎo)波模態(tài)、頻率選取、電磁超聲探頭、導(dǎo)波檢測(cè)傳感器、導(dǎo)波相控陣、信號(hào)分析與成像算法等方面取得了諸多成果。中國(guó)導(dǎo)波技術(shù)雖起步較晚，但通過(guò)研究人員的不懈努力，近些年與國(guó)外學(xué)術(shù)水平已不相伯仲，特別是在商業(yè)應(yīng)用方面。文獻(xiàn)[37-47]在管道充液和包覆層缺陷檢測(cè)、錨固件導(dǎo)波應(yīng)用、時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦系統(tǒng)研發(fā)、PVDF(polyvinglid ene-flouride)探頭、寬帶柔性梳狀表面波傳感器、電磁傳感器等領(lǐng)域碩果累累。然而，針對(duì)損傷識(shí)別，中外研究人員的研究領(lǐng)域主要聚集在板狀結(jié)構(gòu)、管道、復(fù)合材料中的缺陷檢測(cè)，以焊縫缺陷作為研究對(duì)象相對(duì)較少。在SCI數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行文獻(xiàn)搜索，以“guided wave”“weld defect”為關(guān)鍵詞，近10年的研究成果如圖1所示?？梢钥闯觯挥薪?年利用導(dǎo)波對(duì)焊縫缺陷檢測(cè)的研究成果才呈遞增趨勢(shì)，但數(shù)量仍較少?，F(xiàn)從板狀結(jié)構(gòu)和管道兩方面，調(diào)研大量文獻(xiàn)，梳理、分析、總結(jié)導(dǎo)波在焊縫缺陷檢測(cè)中的發(fā)展以及面臨的挑戰(zhàn)，方便后續(xù)研究人員開(kāi)展工作。

圖1 SCI數(shù)據(jù)庫(kù)中近10年來(lái)對(duì)導(dǎo)波焊縫缺陷的研究成果Fig.1 Research results of weld defects of guided waves in SCI database in recent ten years

2 板狀結(jié)構(gòu)焊縫缺陷檢測(cè)

板狀結(jié)構(gòu)中的超聲導(dǎo)波有Lamb波(分為對(duì)稱S型、非對(duì)性A型)和SH剪切波(圖2)。每一種模態(tài)劃分不同的階數(shù)，不同的頻率傳播速度也不同，這是導(dǎo)波特有的多模態(tài)和頻散特征。在板狀結(jié)構(gòu)的檢測(cè)中，Lamb波應(yīng)用較為廣泛。Lamb[48]在擬定沒(méi)有邊界限定的平板中求解應(yīng)力波動(dòng)方程式得到解析解，將該波動(dòng)命名為L(zhǎng)amb波。隨后有眾多的學(xué)者對(duì)Lamb波的傳播特性以及頻率方程的優(yōu)化求解進(jìn)行探索。Worlton[49]求解鋁板和鋯板的特征頻散曲線，提出S型和A型Lamb波均可用于檢測(cè)缺陷的觀點(diǎn)，自此，Lamb波的應(yīng)用價(jià)值得以體現(xiàn)。

圖2 板波傳播示意圖Fig.2 Schematic of plate wave propagation

2.1 導(dǎo)波與焊縫的交互作用

Lamb波在焊縫中的應(yīng)用較晚，原因在于導(dǎo)波在板狀結(jié)構(gòu)中傳播的多向性，頻散嚴(yán)重，衰減量大，同時(shí)遇到不規(guī)則的焊縫結(jié)構(gòu)發(fā)生模態(tài)轉(zhuǎn)換。直至RokhlinS[50]利用Lamb波對(duì)搭接剪切接縫進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)分析，根據(jù)焊縫中超聲信號(hào)的相位延遲和傳輸損耗得出關(guān)于焊縫區(qū)質(zhì)量的結(jié)論。這項(xiàng)工作在理論和實(shí)驗(yàn)上都展示了如何選擇Lamb波的模式類(lèi)型和頻率，以在焊縫區(qū)域中獲得合適的模式，從而成功地識(shí)別焊縫質(zhì)量。隨后Cho[51]考慮板厚的變化對(duì)Lamb波傳播的影響，采用邊界元法研究了Lamb波在不同板厚中的散射現(xiàn)象，進(jìn)而分析了散射時(shí)的模態(tài)轉(zhuǎn)換問(wèn)題。不過(guò)，真正吸引廣大研究人員關(guān)注的還是因?yàn)镾argent[52]通過(guò)實(shí)驗(yàn)使用單個(gè)邊緣安裝式換能器進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)S0模態(tài)的Lamb波優(yōu)先沿焊縫在波導(dǎo)中傳播，提出了“焊接導(dǎo)波”，后來(lái)被Zheng等[53-54]重新解釋為“能陷效應(yīng)”。Juluri[55-56]為了直觀展示能量束縛在焊縫中，利用abaqus有限元數(shù)值模擬，并將焊縫設(shè)置成規(guī)則的矩形結(jié)構(gòu)，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中對(duì)焊縫端部激勵(lì)和接收信號(hào),通過(guò)數(shù)據(jù)分析解釋了產(chǎn)生的原因。吳斌等[57-58]在此基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，采用不同波結(jié)構(gòu)的位移加載方式，激勵(lì)單一的S0模態(tài)和A0模態(tài)，傳播過(guò)程中抑制其他模態(tài)的產(chǎn)生，通過(guò)有限元模擬方法，對(duì)板中出現(xiàn)的4類(lèi)回波信號(hào)分析處理，得到焊縫中S0模態(tài)和A0模態(tài)的傳播特性以及各自能量散失情況。

依據(jù)簡(jiǎn)化原則，上述研究中的焊接結(jié)構(gòu)普遍采用單一理想模型，與實(shí)際焊縫仍存在一些差距。鑒于此，Zheng等[53-54]采用二維半解析有限元方法，將模型中矩形對(duì)接焊縫設(shè)置成了圓弧形，對(duì)板中焊接接頭所引導(dǎo)的彈性波進(jìn)行模態(tài)研究。解釋了出現(xiàn)能量陷阱現(xiàn)象的原因在于非分散的剪切焊接引導(dǎo)模式，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了剪切焊接引導(dǎo)模式的存在和有限元模型的準(zhǔn)確性。Kazys等[59]利用“能陷效應(yīng)”研究了導(dǎo)波在充液鋼板焊縫中的傳播特點(diǎn)。通過(guò)有限元和聲場(chǎng)分布測(cè)量，在鋼板水負(fù)載中測(cè)得泄漏波信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理可以重建鋼板內(nèi)部和外部的3D超聲場(chǎng)結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)研究證明焊縫中如有缺陷，泄漏信號(hào)還可以估算內(nèi)部缺陷的位置。

2.2 導(dǎo)波與缺陷的交互作用

Lamb波在焊縫中傳播，遇到缺陷會(huì)發(fā)生反射含有缺陷信息的回波信號(hào)。但同時(shí)也產(chǎn)生散射和模態(tài)轉(zhuǎn)換，這些信號(hào)與回波信號(hào)疊加一起為缺陷的識(shí)別與定位增加難度。Nassar等[60]提出模態(tài)展開(kāi)法對(duì)含有缺陷的板焊縫進(jìn)行分析，為回波信號(hào)中S型模態(tài)和A型模態(tài)的分離奠定了基礎(chǔ)。2000年，Rose等[61]首先嘗試對(duì)直升機(jī)槳葉中的搭接焊縫進(jìn)行了檢測(cè)，通過(guò)激發(fā)瞬態(tài)共振模式，檢測(cè)到搭接焊縫中具有橫向裂紋。隨后，研究人員采用不同的方式與模態(tài)分解的方法相結(jié)合，分析Lamb波在焊縫槽型缺陷中的特征響應(yīng)。Terrien等[62]提出結(jié)合有限元和模態(tài)分解的方法來(lái)研究Lamb波與損傷區(qū)域的相互作用。在時(shí)域中計(jì)算Lamb波和缺陷之間的相互關(guān)系，模態(tài)分解方法分析損傷區(qū)域反射波和透射波以及由缺陷引起的模態(tài)轉(zhuǎn)換。通過(guò)在鋁板上測(cè)得缺陷的實(shí)驗(yàn)值與數(shù)值預(yù)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析，達(dá)到了檢測(cè)效果。Imano等[63]采用二維傅里葉變換的方式分析了模態(tài)轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，并通過(guò)轉(zhuǎn)換后的模態(tài)能量與激勵(lì)的原始模態(tài)能量之比描述了缺陷損傷程度。Xu等[64]采用二維時(shí)域有限差分法計(jì)算散射場(chǎng)，提取數(shù)值趨勢(shì)進(jìn)行仿真研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。仿真和實(shí)驗(yàn)均表明，發(fā)射信號(hào)中轉(zhuǎn)換模態(tài)的群速度受缺陷位置的影響。為了描述模態(tài)轉(zhuǎn)換程度并評(píng)估缺陷的嚴(yán)重性，將原始傳輸模態(tài)和新轉(zhuǎn)換模態(tài)的波包分開(kāi)，并分析了不同缺陷強(qiáng)度下的相應(yīng)模態(tài)能量百分比。得到了模態(tài)能量百分比隨缺陷深度的增加而單調(diào)變化，具有統(tǒng)計(jì)上的一致性。

然而，Lamb在板狀結(jié)構(gòu)中傳播是多向性的，要想獲得精確的檢測(cè)結(jié)果，除了上述研究人員考慮二維模型中的反射透射系數(shù)外，利用三維模型研究不同方向的散射更符合實(shí)際。鄭陽(yáng)[65]、吳斌等[66]利用矩陣法，為了抑制其他模態(tài)的干擾，采用雙元激勵(lì)單一S0模態(tài)的方法，建立三維仿真模型，研究了該模態(tài)與圓孔缺陷和槽型裂紋的交互作用，對(duì)焊縫余高、焊縫寬度、彈性模量變化做了詳細(xì)說(shuō)明。除此之外，Zhang等[67]在焊縫中發(fā)現(xiàn)了一種非泄漏且?guī)缀醪环稚⒌募羟泻附右龑?dǎo)模態(tài)，在二維有限元模擬的基礎(chǔ)上，應(yīng)用三維時(shí)間步長(zhǎng)有限元法研究了剪切模態(tài)、壓縮模態(tài)與不同焊縫缺陷的相互作用。許幀英等[68-70]考慮到不同于Lamb波的特性，采用SH波在基于半解析有限元法對(duì)結(jié)構(gòu)中的能量分布、衰減特性以及最佳激勵(lì)高頻的范圍進(jìn)行了深度分析，在數(shù)據(jù)處理方面提出利用時(shí)頻分析方法中的wigner-ville分布及其改進(jìn)方法能對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行模態(tài)分離和缺陷識(shí)別。Kim等[71]、Marchi等[72]利用導(dǎo)波相控陣技術(shù)來(lái)檢測(cè)板狀結(jié)構(gòu)波束成型和缺陷檢測(cè)。顧建祖等[73]提出導(dǎo)波相控陣波束形成全域損傷定位及時(shí)反局部損傷量化方法，基于頻率域上相位延遲，能有效定位損傷并提高損傷成像精度。Sohn等[74]在Lamb波非線性損傷的基礎(chǔ)上，提出時(shí)間反轉(zhuǎn)信號(hào)重構(gòu)的損傷檢測(cè)方法。Lu等[75]檢測(cè)焊接鋼軌缺陷，分析頻率變化與回波信號(hào)的相互關(guān)系，提出了概率損傷成像方法。

3 管道焊縫缺陷檢測(cè)

按照傳統(tǒng)的命名方法，管道導(dǎo)波可分為縱向模態(tài)、扭轉(zhuǎn)模態(tài)和彎曲模態(tài)(圖3)。所有模態(tài)都可以跟板波類(lèi)比：導(dǎo)波縱向模態(tài)L(0,1)類(lèi)似Lamb波A0模態(tài)，L(0,2)類(lèi)似Lamb波S0模態(tài)；扭轉(zhuǎn)模態(tài)T(0,1)類(lèi)似板波SH0模態(tài)，非軸對(duì)稱模態(tài)類(lèi)似彎曲模態(tài)F。與板波相似的原因在于其產(chǎn)生的機(jī)理上，板波是聲波振動(dòng)受上、下兩個(gè)界面的限制而產(chǎn)生，而管道是受內(nèi)壁和外壁作用，因此兩者都具有多模態(tài)和頻散特性。

圖3 不同縱向?qū)РB(tài)Fig.3 Different longitudinal guided wave modes

管道導(dǎo)波理論是在19世紀(jì)末的柱面導(dǎo)波傳播理論基礎(chǔ)上展開(kāi)的，Pochammer[4]和Chree[5]最早研究了自由棒中的導(dǎo)波傳播。隨后眾多學(xué)者在此基礎(chǔ)上研究了縱向模態(tài)和扭轉(zhuǎn)模態(tài)的頻散曲線以及群速度的求解。Mohr等[76]、Silk等[77]分別首次采用電磁式和壓電式傳感器對(duì)管道橫向和縱向缺陷成功進(jìn)行了檢測(cè)。自此，開(kāi)始了管道缺陷檢測(cè)的新篇章。

與板狀結(jié)構(gòu)相比，管道焊縫缺陷檢測(cè)起步更晚，Rattanawangcharoen等[78]、Zhuang等[79]將有限元公式和波函數(shù)展開(kāi)的組合用于研究軸對(duì)稱導(dǎo)波在圓柱體焊接區(qū)域的散射，給出了圓柱體的波散射數(shù)值結(jié)果。研究表明隨著頻率的增加，反射系數(shù)會(huì)出現(xiàn)共振峰，透射系數(shù)會(huì)在圓柱中高階模態(tài)的截止頻率處急劇下降。焊縫厚度和材料特性的頻率會(huì)影響反射系數(shù)最小值，確定了對(duì)圓柱體焊縫無(wú)損評(píng)估的可行性。Long等[80]以埋地充水管道為研究對(duì)象，分析了管道接頭與管件的相互作用發(fā)生能量散射以及散射后導(dǎo)波模態(tài)能量的衰減，通過(guò)數(shù)值分析F(1,1)與L(0,2)模態(tài)的衰減情況較為嚴(yán)重。姜秀娟[81]使用數(shù)值仿真軟件，逐一改變焊縫材料密度和彈性模量變化參數(shù)，觀察回波信號(hào)的變化規(guī)律，對(duì)比了導(dǎo)波在含裂紋和含焊縫的管道中的傳播特性，但并未給出識(shí)別缺陷的判斷標(biāo)準(zhǔn)。劉秋閣[82]基于有限元分析，采用L(0,2)模態(tài)導(dǎo)波，利用模態(tài)分離算法對(duì)焊縫裂紋、孔洞進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，同時(shí)考慮實(shí)際工況，對(duì)充水埋地管道的焊縫裂紋缺陷進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明導(dǎo)波在復(fù)雜工況下仍可以對(duì)焊縫缺陷實(shí)施有效檢測(cè)。

關(guān)于導(dǎo)波模態(tài)的選擇，除了縱向模態(tài)，不少學(xué)者也嘗試用扭轉(zhuǎn)模態(tài)導(dǎo)波檢測(cè)管道焊縫。在Long等[80]的基礎(chǔ)上，Kwun等[83]和Lu等[75]利用扭轉(zhuǎn)模態(tài)導(dǎo)波在涂層管道中傳播，分析在5～30 kHz頻率范圍內(nèi)和最大1.7 m的土壤覆蓋范圍內(nèi)能量的變化。結(jié)果表明地面以上涂層管的衰減系數(shù)比裸管的衰減系數(shù)大一個(gè)數(shù)量級(jí)，并且在研究的頻率范圍內(nèi)，衰減系數(shù)隨頻率近似線性增加。管道上的土壤覆蓋物加劇了這一變化，在1.7 m的覆蓋深度處增加了3～10倍的衰減。Deepesh等[84]利用有限元分析得到有缺陷的焊接整體反射系數(shù)取決于焊縫高度和周向范圍，而且缺陷的徑向位置、焊縫厚度和管壁厚度均會(huì)對(duì)焊縫回波產(chǎn)生影響。Chua等[85]研究了扭轉(zhuǎn)導(dǎo)波與周向裂紋的相互作用。有限元結(jié)果表明，具有較大周向范圍和更深輪廓的周向裂紋將在反射扭轉(zhuǎn)T(0,1)信號(hào)的振幅上產(chǎn)生較大的變化，管壁截面實(shí)驗(yàn)表明，較高的檢查頻率會(huì)產(chǎn)生較大的反射系數(shù)，并且對(duì)于較小的窄裂紋，可以將其近似為頻率的線性函數(shù)。

突破了直管的束縛，Demma等[86]、Zhou等[87]、Aristegui等[88]、何存富等[89]以不同結(jié)構(gòu)部件(如彎管、不同橫截面積管道)為研究對(duì)象，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。研究了L模態(tài)導(dǎo)波在不同構(gòu)件處轉(zhuǎn)換成不同類(lèi)型的T模態(tài)和F模態(tài)導(dǎo)波，為后續(xù)彎管和不同橫截面積管道的焊縫缺陷檢測(cè)奠定了基礎(chǔ)。Nishino等[90]采用L(0,1)模態(tài)導(dǎo)波展開(kāi)對(duì)彎管焊接缺陷檢測(cè)靈敏度的實(shí)驗(yàn)研究。為了評(píng)估靈敏度，人工缺陷的深度以0.05 mm的增量逐漸增加到2.0 mm。實(shí)驗(yàn)表明焊接彎管的缺陷檢測(cè)靈敏度為直管的1/5～1/4，最后還討論了在焊接彎管中觀察到的波形特征，以用于導(dǎo)波檢查。Tan等[91]利用有限元模擬研究了導(dǎo)波在彎曲管道中的傳播。采用延時(shí)聚焦和合成聚焦相結(jié)合提高了彎曲面以外小缺陷的檢出率，但無(wú)法直接檢測(cè)到與彎曲面接近的缺陷，需要使用無(wú)缺陷管道的參考圖像來(lái)輔助才得以實(shí)現(xiàn)。葉夢(mèng)雅等[92]采用模態(tài)分離算法，基于L(0,2)模態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬，建立新的笛卡爾直角坐標(biāo)系提取缺陷特征，利用時(shí)間反轉(zhuǎn)波場(chǎng)聚焦特性定位，最終實(shí)現(xiàn)雙焊縫和彎管焊縫缺陷的檢測(cè)。

4 焊縫缺陷檢測(cè)技術(shù)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

導(dǎo)波技術(shù)作為超聲檢測(cè)中的新型技術(shù)，具有一次掃描即可檢測(cè)整個(gè)范圍內(nèi)所有缺陷的特點(diǎn)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)缺陷定量與定位。目前中外研究人員采用超聲導(dǎo)波在管道和板狀結(jié)構(gòu)中，對(duì)裂紋、孔洞缺陷的識(shí)別以及焊縫、法蘭和端面結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理研究成果豐碩。然而超聲導(dǎo)波的多模態(tài)、頻散特征和焊接結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，提高了導(dǎo)波檢測(cè)焊縫缺陷的難度，而焊縫作為材料中的重要結(jié)構(gòu)，是容易產(chǎn)生缺陷的部位。目前對(duì)于焊縫缺陷檢測(cè)，在理論研究、數(shù)值仿真、實(shí)驗(yàn)方法、工程應(yīng)用等方面仍存在一些亟待解決的問(wèn)題。

(1)復(fù)雜的焊縫結(jié)構(gòu)、材料物理參數(shù)、邊界條件設(shè)置，使導(dǎo)波的傳播在理論研究方面難度增大，如鋼軌、大小截面管徑、非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件等。

(2)由于各導(dǎo)波模態(tài)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)形式不同，對(duì)于不同類(lèi)型、不同形狀的缺陷的檢測(cè)能力也各有所長(zhǎng)。因此為提高焊縫缺陷的檢出率和檢測(cè)精度，需進(jìn)一步研究更高頻、更高階的特征導(dǎo)波模態(tài)，對(duì)于這方面的內(nèi)容仍需進(jìn)一步探索。

(3)焊縫中多類(lèi)型缺陷的檢測(cè)是導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)重點(diǎn)之一。在數(shù)值模擬以及實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，為方便仿真模型搭建和后期數(shù)據(jù)運(yùn)算，研究人員通常對(duì)缺陷類(lèi)型設(shè)置較為單一。未針對(duì)除孔洞、裂紋缺陷之外(如夾渣、氣孔、未熔合)更多的焊縫缺陷類(lèi)型進(jìn)行分析，因此仍然需要深入模擬實(shí)驗(yàn)研究。

(4)多條焊縫或不同結(jié)構(gòu)(彎管、大小截面管道)焊縫的缺陷檢測(cè)，是典型的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題。對(duì)研究人員在傳感器配置、數(shù)據(jù)采集、分析處理等方面提出了更高的挑戰(zhàn)。

(5)環(huán)境影響是容易忽略的因素。要統(tǒng)籌考慮壓力、溫度、濕度、機(jī)械振動(dòng)、輻射等對(duì)超聲信號(hào)的影響，提高焊縫缺陷實(shí)時(shí)檢測(cè)的精度，是導(dǎo)波技術(shù)能夠在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用的重要保障。

(6)當(dāng)前導(dǎo)波缺陷檢測(cè)正向著集成化、可視化方向發(fā)展，缺陷成像技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。計(jì)算復(fù)雜、精度高、傳感網(wǎng)絡(luò)密度高的導(dǎo)波相控陣成像、導(dǎo)波層析成像，廣泛應(yīng)用在簡(jiǎn)單構(gòu)件或結(jié)構(gòu)熱點(diǎn)突出區(qū)域；導(dǎo)波偏移成像、延遲疊加成像、加權(quán)分布診斷成像普遍應(yīng)用于大面積復(fù)雜結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，如何避免焊縫信息的干擾，檢出焊縫缺陷，對(duì)缺陷清晰成像，是亟待解決的難點(diǎn)之一。