超聲無損檢測的應用及發展趨勢

摘 要：超聲無損檢測技術是當前常用的檢測技術之一，可以在現場使用，具有檢測范圍廣、深度強、定位精確、成本低、操作便捷等優點，超聲無損檢測技術已經在國內外的諸多領域得到了成功的應用，它具有提高檢測靈敏度、改善產品的生產效率，在提高加工制造水平和成品質量及設備服役壽命等方面，取得了一定的進展，研究其應用具有深刻的意義。本文闡述了超聲無損檢測的應用情況，對其今后的發展趨勢進行了討論。

關鍵詞：超聲無損檢測技術；應用；發展

引言

所謂無損檢測，是在不損傷材料和成品的條件下研究其內部和表面有無缺陷的手段。也就是說，它利用材料內部結構的異常或缺陷的存在所引起的對熱、聲、光、電、磁等反應的變化，評價結構異常和缺陷存在及其危害程度。無損檢測的目的一般包括：定量掌握缺陷與強度的關系，評價構件的允許負荷以及壽命或剩余壽命；檢測在制造過程中產生的結構不完整性及缺陷等情況，以便改善制造工藝。它不僅涉及成品部件的試驗評價也與設計、制造工藝直接相關。

由于超聲波具有極強的穿透力，在無損檢測方面發揮積極作用，尤其在工業、高新技術產業中廣泛應用。因此，基于需求角度的變化，超聲檢測技術也要不斷改進、不斷優化，才能取得新進展，滿足技術發展需求。以下將對超聲無損檢測的幾大發展趨勢進行細致分析：

1 超聲無損檢測的信號處理技術

在超聲無損檢測技術應用中，采用了各種各樣的先進算法，已經在特征提取、數據壓縮、缺陷識別和信號降噪等諸多數據處理中應用；而現代信息處理技術的應用，也推動了超聲無損檢測技術的應用與發展，如人工智能技術、虛擬儀器技術、模糊控制技術、神經網絡技術、自適應技術等。小波變換作為時頻分析方法，在時頻平面的應用，具有良好的信號局部表征、可變的頻率分辨率等特性；通過應用小波分析技術，憑借其局部突出性、多分辨率等特征，已經成為當前超聲信號時頻表達的有效方法，在超聲信號降噪、數據壓縮、特征提取等方面起到積極作用。

2 新型非接觸超聲換能技術應用

在傳統使用的超聲檢測設備中，均采用接觸式換能方法，在超聲探頭和被檢測材料中促使超聲波的能量傳輸到待檢工件中，但是不管采用什么樣的耦合介質，完成檢測工作之后都需要采取清除措施，而耦合介質的殘留或者清除不徹底，將對工件質量造成影響。目前，已經成功研發并投入使用的非接觸超聲換能方法，主要包括激光超聲方法、空氣耦合方法、靜電耦合方法及電磁聲方法等，其中后兩種方法的換能器能夠較近地接觸被檢對象表面，在相對特殊的實驗室環境、工業環境中采用，具有廣泛的發展空間。空氣耦合技術的應用，以空氣作為耦合介質，完成整個檢測過程。

3 超聲無損檢測的數字化與圖像化

隨著我國電子與計算機技術、軟件技術水平的日益提高，數字化超聲測試儀器正大幅度地投入使用，由于其計算的高精度、有效的控制與判斷能力，減少了人為檢測誤差，增強檢測的可靠性、穩定性，支持超聲檢測、超聲評價的自動化與智能化發展。結合當前發展與應用的實際情況來看，新一代智能化的數字超聲檢測儀器，也有著極其廣闊的發展空間，并將取替傳統模擬探傷儀的地位，成為具有強大處理功能、高密度集成性的超聲檢測儀器，配合超聲成像技術的應用，做到定量與定性相結合，將物體的內部結構信息轉變為人眼可識別的圖像。

結合當前發展與應用的實際情況來看，新一代智能化的數字超聲檢測儀器，也有著極其廣闊的發展空間，并將取替傳統模擬探傷儀的地位，成為具有強大處理功能、高密度集成性的超聲檢測儀器，配合超聲成像技術的應用，做到定量與定性相結合，將物體的內部結構信息轉變為人眼可識別的圖像。當前較為常用的成像方法主要有超聲波顯像、掃描超聲成像、超聲顯微鏡、TOFD成像、ALOK成像、超聲CT成像等多種類型。應用分辨率相對較高的聲光傳感器，可以直接將

超聲轉化為可視圖像，在小型、復合型材料結構中的檢測，比傳統意義的掃描更有效率，同時也降低了成本。例如，在基于ARM9處理器的網絡化超聲檢測成像系統中，融入了便攜式機械掃描裝置，利用TOFD技術成像，同時借助以太網完成波形數據的傳輸。

應該認識到，在三維成像技術中，無論采取二維圖像重建三維圖像還是機械臂逐點掃查方法，其掃描的時間都相對較長，且空間分辨率較低，可應用性弱化。針對這一問題，日本制作所研發了基于超聲波反射技術的“三維超聲波探傷系統”，在該系統中，借助超聲波束的作用，完成了三維方式的掃描過程，可以在數秒之內完成三維影像。

4 超聲無損檢測的網絡化與集成化

無損檢測的技術與方法非常多，單一的技術可能功能不完善，如果能夠綜合運用，則可發揮技術之間的互補性。例如，將若干NDT技術集成化處理，實現NDT集成技術應用；在同一臺設備中，實現多種檢測方法的融合，在關鍵部位應用檢測手段，提高檢測結果的精確性。同時采集、存儲、處理各種數據，通過綜合性的分析與評價，提高工作效率與結論的正確性。以我國國內的復合式無損檢測技術及其應用來看，大多為綜合型無損檢測、組合型無損檢測，在NDT集成技術產品應用方面還存在一定制約。而基于微磁技術、超聲檢測技術的集成化無損檢測系統，可較好地發揮微磁檢測技術優勢，具有快捷、方便、簡單等特征，可較好地檢測鐵磁材料表面缺陷；憑借超聲技術的高靈敏性、大深度檢測等性能，對鐵磁材料內部結構、鋁合金材料內部結構等缺陷進行確定。

5 超聲無損檢測的智能技術應用

當前，關于各種材料、產品或者設備的無損檢測，已經不能停留在傳統意義的缺陷等級評價、質量等級評價等方面，而是對其缺陷進行預測，尤其對可能發生超標缺陷的工件，嚴格質量管理措施。在進行探傷檢測過程中，實行全面性、綜合性的評價，如缺陷性質、危害程度、嚴重程度、發生原因等，都應提交一份完整的質量評價報告。無損評價技術的應用具有一定復雜性，涉及到材料科學、工程結構、無損檢測等諸多學科，但是由此產生的經濟效益也不容忽視。在一些特殊的作業環境下，如果采取不必要的停機維修，將帶來極大損失。例如，當大型球罐經過焊接之后，如果使用時發現存在缺陷，補焊之后需要重新退火，增大了成本；再如，一些設備的返修需要在設備停止運行的狀態下進行，但是這些設備在整個生產中起到關鍵作用、生產效率相對較高，長時間停產將造成嚴重的經濟損失；采用智能化技術，則可將無損檢測技術、無損評價技術與計算機技術結合起來，尤其考慮到超聲檢測信號的輸出特點、數字式超聲波探傷儀的特點等，實現了超聲檢測技術的智能化發展，這也是今后研發與應用的重點方向之一。

6 超聲無損檢測的高精確、高可靠發展

當前，隨著電子技術、計算機技術、自動化控制技術及傳感技術的發展，超聲無損檢測技術也逐漸實現了計算機控制。在生產過程中，可以對產品的運行、質量等進行監控；例如，自動化定位和跟蹤檢測、缺陷的自動識別、計算機模擬技術等。通過應用計算機軟件技術，對超聲無損檢測過程進行模擬，減少人為因素在這一過程中的干涉，應用計算機進行數據檢測與分析，提高數據的完整性、有效性，確保檢測的精確度、可靠度。

總之，隨著各種全新電子技術、材料科學及測試技術的發展，推動了現代化的無損檢測技術；過去，無損探傷的主要目的在于不損壞產品，可發現人眼不能察覺的缺陷，在工程設計及生產中應用；當前，奠定在斷裂力學、物理科學等基礎上，對產品質量提出更高要求，結合工件、材料的極限壽命等觀念，由探傷技術轉變為測傷技術、評價技術，除了探測相關的缺陷性質、尺寸、材料力學行為以外，還可以針對被檢測的設備、產品等進行使用安全性、檢修周期合理性等評價。因此，超聲檢測已經成為無損檢測的關鍵技術與方法，今后的研究仍集中于靈敏度、適應性、精確性等角度，通過構建數學模型、檢出缺陷、分析信號等，實現無損評價的量化處理，進一步拓展超聲無損檢測的應用領域。發揮更多的價值作用。

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作者簡介：王新，單位郵編：161041，性別：男，出生年月：1985.12.29，籍貫：黑龍江省龍江縣哈拉海鄉，學歷：本科，畢業院校：黑龍江東方學院，職稱：助理工程師，現就職于：中國第一重型機械股份公司，研究方向：大型鍛件超聲波無損檢測方向。