超聲探傷技術(shù)在無損檢測中的運(yùn)用

佟鵬 胡曉鳳 孫海鳳

摘要：超聲探傷在目前的使用效果較好，本文主要對該技術(shù)的原理、優(yōu)缺點和基礎(chǔ)分類方式進(jìn)行簡要介紹，找到技術(shù)的操作方法和相關(guān)注意事項，以確保該技術(shù)能夠在各個行業(yè)的物體探傷工作中得到廣泛的應(yīng)用。其中，關(guān)鍵是要在工作開始之前先確定工作流程，并根據(jù)不同物體的材質(zhì)特點和探傷要求，在工作中遵循適應(yīng)性的原則，讓探傷技術(shù)的使用價值得到充分發(fā)揮，且必須要保障探傷工作結(jié)束后，物體的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)不會發(fā)生變化，可以繼續(xù)投入使用。新時期，技術(shù)人員還在研究優(yōu)化超聲探傷技術(shù)，以期提升探傷效率及準(zhǔn)確率，降低探傷難度。

關(guān)鍵詞：超聲探傷無損檢測脈沖回波裂縫探測

Application of Ultrasonic Flaw Detection Technology in Nondestructive Testing

TONG Peng HU XiaofengSUN Haifeng

（North Hua'an Industry Group Co.， Ltd.， Qiqihar， Heilongjiang Province， 161046 China）

Abstract： Ultrasonic flaw detection has a good effect at present. This article mainly introduces the principle， advantages and disadvantages and basic classification of the technology， and finds the operation method and relevant precautions of the technology to ensure that the technology can be used in the detection of objects in various industries. widely used. Among them， the key is to determine the work flow before starting the work， and follow the principle of adaptability in the work according to the material characteristics of different objects and flaw detection requirements， so that the use value of flaw detection technology can be fully utilized， and flaw detection work must be guaranteed. After the end， the properties and structure of the object will not change and can continue to be put into use. In the new era， technicians are still studying and optimizing ultrasonic flaw detection technology in order to improve the efficiency and accuracy of flaw detection and reduce the difficulty of flaw detection.

Key Words： Ultrasonic flaw detection; Nondestructive testing; Pulse echo; Crack detection

無損檢測是技術(shù)水平不斷提升的當(dāng)下人們提出的一個新概念，特點是在對物體進(jìn)行質(zhì)量檢查時，不破壞物體的結(jié)構(gòu)，只在物體表面通過一些技術(shù)手段完成檢測，精準(zhǔn)判斷質(zhì)量問題的類型和具體位置，預(yù)估該物體的使用價值及安全風(fēng)險。新時期，技術(shù)人員會考慮在工作中應(yīng)用超聲探傷技術(shù)，該技術(shù)的特點就是通過超聲波穿透物體，進(jìn)入物體深層結(jié)構(gòu)當(dāng)中，完成對物體內(nèi)部缺陷問題的判斷，該技術(shù)具有操作難度低、穩(wěn)定性和安全性高的特點，實際應(yīng)用范圍較廣，能滿足無損檢測工作的基本要求[1-2]。

1超聲探傷的原理、優(yōu)缺點及基礎(chǔ)分類方式

1.1探傷原理

在進(jìn)行無損檢測工作時使用超聲探傷技術(shù)，要先了解該技術(shù)的基本原理，掌握技術(shù)的操作技巧，才能在實際工作中發(fā)揮該技術(shù)的使用價值，保障檢測工作的精準(zhǔn)度達(dá)標(biāo)。通常來說，超聲探傷主要是通過超聲波的反射、折射等方式，根據(jù)聲波接觸物體時波形變化的情況，判斷是否存在內(nèi)部缺陷。并且，需要使用可視化的儀器，將聲波圖繪制出來，觀察聲波振動的幅度、頻率，計算缺陷的深度、長度。此外，還需要應(yīng)用到脈沖回波設(shè)備，而這是保障檢測效率、質(zhì)量的核心裝置，要求工作人員具備操作該設(shè)備的能力[3-4]。

1.2技術(shù)優(yōu)缺點

1.2.1優(yōu)點介紹

超聲探傷是要依靠超聲波進(jìn)行檢測工作，特點是探測儀器體積小，便于攜帶，在不同介質(zhì)中的聲波反射效果不同，經(jīng)常用于物品質(zhì)量探測，具有明顯的指向性。不僅能夠判斷出物體中是否存在結(jié)構(gòu)缺陷，還能判斷缺陷位置、嚴(yán)重程度，估算物體的使用價值，為后續(xù)的物體維修工作提供參考。此外，整個技術(shù)操作過程的安全系數(shù)高[5-6]。

1.2.2缺點分析

超聲探傷技術(shù)在目前仍然有待進(jìn)一步優(yōu)化，關(guān)鍵是在對缺陷進(jìn)行定量、定性分析時，存在一些難點問題還未攻克。比如，如果物品表面凹凸不平、過小、過薄，都無法使用超聲探測方法進(jìn)行無損檢測。此外，對于有空腔的物體來說，檢測準(zhǔn)確度還需要進(jìn)一步提升。

1.3技術(shù)類型

（1）反射超聲波的方法是比較常見的一種超聲探傷類型，主要是關(guān)注聲波穿透物體后，反射回儀器上的時間和波形情況。（2）根據(jù)耦合方式的不同，探傷方法可分為直接與物體接觸，用液體浸泡被檢測物體以及使用電磁、激光來間接探傷的方法，不同方法有不同的應(yīng)用價值和使用條件。在實際應(yīng)用過程中，應(yīng)根據(jù)被測物體的類型和數(shù)量，從成本、便利性、準(zhǔn)確度等方面進(jìn)行綜合分析，選擇出最合適的無損檢測方法。（3）根據(jù)探傷結(jié)果的顯示情況，在脈沖信號反射的過程中，根據(jù)儀器類型、數(shù)量，以及放置位置和使用方法的不同，會分成A類、B類、C類3種探傷技術(shù)方法。A類的應(yīng)用效果良好，主要是通過在作業(yè)面設(shè)置2個點，發(fā)射聲波并接收反射信號的方式，完成探傷任務(wù)。由于工作時整體造型上類似A這個字母，所以被稱為A類探測法。（4）在科技信息技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的當(dāng)下，超聲探傷技術(shù)中還衍生出了智能探傷方法，需要人才具備對相關(guān)技術(shù)的操作能力，做好創(chuàng)新研究工作。

2在無損檢測中應(yīng)用超聲探傷技術(shù)的基本原則

2.1要規(guī)范工作流程

超聲探傷技術(shù)的探測效率高、范圍廣，有較高的應(yīng)用價值和良好的發(fā)展前景。不過，在實際使用這項技術(shù)時，必須要保證工作人員有實踐操作經(jīng)驗，能了解技術(shù)的原理，應(yīng)按照規(guī)定的流程有序完成每步操作，操作時要小心謹(jǐn)慎，細(xì)心發(fā)現(xiàn)問題，這是影響探測準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素，要求工作人員引起重視。由于人耳無法直接接收超聲波信息，還要保證基礎(chǔ)設(shè)施完善，提前做好設(shè)備試運(yùn)行工作，為探測工作的安全與穩(wěn)定提供基礎(chǔ)保障。

2.2要遵循適應(yīng)性原則

由于探傷范圍比較廣，各種需要探傷的物品材質(zhì)不同、體型大小不同，還有些物品具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點，因此決定使用超聲探傷技術(shù)，在不破壞物品使用性能的基礎(chǔ)上展開探傷工作，必須要遵循適應(yīng)性原則?？梢愿鶕?jù)常見的探傷技術(shù)類型及特點，進(jìn)行對比分析，從中選擇合適的技術(shù)方法，這也是降低檢測工作難度的關(guān)鍵前提。

2.3不能破壞被檢測物體

使用超聲探傷技術(shù)必須遵循無損檢測工作的規(guī)定，不能對物體造成不可逆的損害。從超聲波的特點來看，有很多物體會吸收聲波，這是工作人員在優(yōu)化檢測方案，提升檢測效果時，應(yīng)關(guān)注的重點問題之一。應(yīng)當(dāng)將相關(guān)工作要求融入管理機(jī)制當(dāng)中，對人才的技術(shù)、設(shè)備操作行為進(jìn)行嚴(yán)格、全面的管理。

3超聲探傷技術(shù)在軌道及車輛無損檢測中的實際應(yīng)用要點

3.1鋼軌檢測

鐵路出行方式是人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂妙l率最高的一種方法，而火車、動車都是屬于有軌車輛，特點是要在提前建設(shè)好的軌道上按照既定的路線運(yùn)行。為了降低軌道的檢修成本，提高軌道的耐久性，在進(jìn)行軌道建設(shè)工作時，施工人員會選擇使用鋼材。為了避免軌道在使用過程中出現(xiàn)裂紋、壓潰等質(zhì)量問題，帶來使用安全隱患，必須要在不移動鋼軌、不損壞鋼材料結(jié)構(gòu)的前提下，完成探傷工作。以使用超聲探傷技術(shù)為例，需要讓設(shè)備探頭與鋼軌表面接觸，向鋼軌內(nèi)部發(fā)射聲波信號。一般信號在遇到內(nèi)部有缺陷的位置時，會反射信號。如果沒有缺陷，則信號會直接穿過鋼軌，不會發(fā)生信號反射的情況?；诖耍ぷ魅藛T只需要記錄作業(yè)面出現(xiàn)反射信號的位置，根據(jù)反射的時間就可以計算內(nèi)部缺陷與探測面之間的距離。

3.2車輪檢測

車輪是車輛穩(wěn)定、安全運(yùn)行的基礎(chǔ)零部件，而且車輪長期在地面上碾壓，磨損頻率高。因此，檢修人員在進(jìn)行車輛保養(yǎng)、維修等工作時，需要將側(cè)重點放在對車輪的探傷檢測工作上。為了保證檢測任務(wù)結(jié)束后，該車輪還可以繼續(xù)投入使用，應(yīng)當(dāng)采用無損檢測法。注意分別對輪輞和輪胎進(jìn)行檢測，以輪輞為例，主要是觀察這個零部件是否會出現(xiàn)裂紋。一般需要進(jìn)行模擬試驗，在樣板輪上進(jìn)行打孔和刻槽，模擬缺陷問題，研究解決對策。并且應(yīng)將超聲探測裝置的探頭放置在車輪邊緣處，選擇合適的超聲探傷技術(shù)類型，對不同種類的輪輞缺陷展開探測工作。比如，對聲波信號進(jìn)行相位補(bǔ)償時，需要使用相控陣。其分為縱波探測和橫波探測兩種方法。在周向、徑向的缺陷問題上，不適宜使用橫波探測的方法，并要確定探頭的放置位置。而針對軸向缺陷，則可以根據(jù)實際情況靈活選擇使用縱波或橫波探測，關(guān)鍵要記錄好探測時所獲得的參數(shù)信息。

4超聲探傷技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域無損檢測中的實際應(yīng)用要點

4.1結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

在建筑物施工完成后，應(yīng)進(jìn)行一次全面的無損檢測工作，以判斷建筑物的質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，做好安全隱患排查工作。與此同時，在日常實際使用建筑物時，也要定期進(jìn)行無損檢測，方便第一時間發(fā)現(xiàn)建筑物的安全風(fēng)險，并及時采取有效措施處理問題。以混凝土結(jié)構(gòu)為例，建筑施工時經(jīng)常以混凝土作為建筑物的基礎(chǔ)原材料，進(jìn)行墻體、梁柱的澆筑施工工作。在檢測環(huán)節(jié)中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)建筑物的使用要求，對混凝土結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度等級進(jìn)行檢測。一般工作人員比較關(guān)注的是混凝土的抗壓能力，結(jié)合工作經(jīng)驗來分析，使用超聲波穿透混凝土?xí)r，混凝土的彈性模量大小，將直接影響聲波傳遞速度。一般模量越小，傳遞速度越慢，成正相關(guān)的關(guān)系，可構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，直觀地觀察出聲波變化情況。此外，為了保障耦合效果符合無損檢測要求，應(yīng)當(dāng)先清潔混凝土結(jié)構(gòu)表面，保證作業(yè)面平整，還可以嘗試使用耦合劑，避免探傷結(jié)果受到其他因素的影響，降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測效果。

4.2結(jié)構(gòu)厚度

建筑工程施工工作不僅會對建筑結(jié)構(gòu)的使用質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的管理，還會根據(jù)設(shè)計方案的相關(guān)要求，科學(xué)控制結(jié)構(gòu)厚度。在厚度的檢測工作中，也可以使用超聲探傷技術(shù)。結(jié)合該技術(shù)的原理來看，最簡單的方法就是：通過聲波的反射情況來精準(zhǔn)確定結(jié)構(gòu)厚度。通常當(dāng)聲波從一種固體中穿過，進(jìn)入另一種固體當(dāng)中，聲波波形會發(fā)生不同的變化。具體操作時，要充分考慮到聲阻抗率的數(shù)據(jù)變化情況。常見做法是在建筑結(jié)構(gòu)的同一個作業(yè)面上的不同位置點，設(shè)置2個探測頭，讓一個探測頭發(fā)出的聲波信號通過折射、反射等方式，發(fā)送到另一個探測頭上，利用三角關(guān)系原理，結(jié)合2個探頭的距離和聲波折射的長度、角度，完成垂直高度的計算。最終精準(zhǔn)獲得結(jié)構(gòu)的厚度數(shù)據(jù)，將實際數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)相對比，判斷施工誤差。

4.3焊接縫隙

建筑結(jié)構(gòu)施工建設(shè)工作中會使用許多金屬材料，根據(jù)建筑框架造型特點，還會涉及到對材料的切割和焊接處理工藝。因此，每個焊接點的連接情況，就是施工人員在質(zhì)量管理工作中需要關(guān)注的重點問題。新時期，應(yīng)用超聲探傷技術(shù)可以進(jìn)行焊接縫隙的有效探測。首先，工作人員要了解常見的焊接質(zhì)量問題種類及特點。其次，要對超聲技術(shù)進(jìn)行合理的選擇。比如，可以使用脈沖回波的方式，完成焊接點是否存在縫隙的探測工作。也可以使用相控陣，并配合成像技術(shù)，完成對焊接位置的缺陷檢測。尤其是在地下管道安裝工作中，可以應(yīng)用該方法來全面檢查管道是否存在裂紋、滲漏等情況，應(yīng)做好對成像圖的分析。完成探測任務(wù)后，能夠預(yù)估材料的使用壽命，為及時更換新的材料提供參考數(shù)據(jù)，保障建筑物框架結(jié)構(gòu)、地下管道的使用價值能夠得到充分發(fā)揮。

5超聲探傷技術(shù)在其他領(lǐng)域無損檢測中的實際應(yīng)用要點

5.1復(fù)合材料檢測

在材料生產(chǎn)制造工作中，相關(guān)企業(yè)會根據(jù)市場對各種材料的使用需求，加工制作復(fù)合材料。以復(fù)合棒材為例，在生產(chǎn)過程中進(jìn)行無損檢測工作時，應(yīng)用頻率較高的是電磁超聲檢測技術(shù)，與脈沖回波的方式相比，這種技術(shù)主要利用電磁感應(yīng)原理，對材料表面和內(nèi)部進(jìn)行區(qū)域劃分，分別展開缺陷檢測工作?？墒褂蒙咝尉€圈，控制好兩端的繞組方向和電流方向。在實際遇到缺陷后，要將形成的電磁波掃描出來，通過圖形來可視化地分析缺陷的具體情況，有序開展缺陷修復(fù)工作。

5.2高溫設(shè)備檢測

電磁超聲檢測技術(shù)能進(jìn)行高溫檢測，對于一些高溫壓力管道也有良好的檢測效果。因此，在很多新能源存儲、運(yùn)輸?shù)裙ぷ髦?，針對設(shè)備容器的質(zhì)量問題，可以使用這種檢測技術(shù)。其特點是不會與設(shè)備直接接觸，對被檢測物體的表面光滑度沒有較高要求。但是，工作時需要使用電能，應(yīng)著重考慮換能效率方面的問題。

6 結(jié)語

常見超聲波探傷方法主要是通過脈沖回波設(shè)備，向物體當(dāng)中發(fā)射聲波，根據(jù)聲波折射、反射情況完成探傷任務(wù)，也可以使用電磁超聲檢測技術(shù)。具體進(jìn)行鋼軌、車輪質(zhì)量檢測，建筑物結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、厚度、焊接縫隙檢測，以及復(fù)合材料、高溫設(shè)備檢測工作時，要保障基礎(chǔ)設(shè)施健全，科學(xué)確定設(shè)備探頭的擺放位置，做好作業(yè)面的清潔處理工作。大多數(shù)情況下，合理使用耦合劑是提高探測效果的有效方法。注意提升人才的創(chuàng)新意識及專業(yè)能力，保障人才能夠靈活應(yīng)用設(shè)備、技術(shù)，實現(xiàn)無損檢測工作目標(biāo)。

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