淺析超聲波無損檢測技術(shù)及其應(yīng)用

杜孟啟 蔣 娟 代 揚

（臥龍電氣南陽防爆集團股份有限公司 河南南陽 473000）

1 超聲波無損檢測技術(shù)的簡介

超聲波無損檢測是利用超聲波與工件產(chǎn)生相互作用的原理，就反射、透射和散射的波進行研究，對檢驗物存在的缺陷檢測、幾何特征測量等并通過數(shù)據(jù)分析進行評價的技術(shù)。其最大的優(yōu)勢就是在不損害被檢測物體使用性能和原始形態(tài)的前提下，對檢測物體進行檢驗看其內(nèi)部是否存在不完善或缺陷問題、以及不均勻性，除此之外超聲波無損檢測技術(shù)能夠詳細的檢測出被檢驗物體的缺陷大小、缺陷的具體位置、數(shù)量等詳細信息，技術(shù)員工依據(jù)這些數(shù)據(jù)進行詳細的分析從而確定檢測物體的現(xiàn)狀。現(xiàn)如今這項技術(shù)在航天、航海、特種設(shè)備、核工業(yè)以及機械工程檢驗等許多行業(yè)中被廣泛應(yīng)用。

2 超聲波無損檢測技術(shù)在我國的發(fā)展實況

在20世紀(jì)50年代初，超聲波無損檢測設(shè)備才開始被引進入我國，當(dāng)時這些技術(shù)設(shè)備被廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造生產(chǎn)中。于20世紀(jì)80年代初，我們國家就自發(fā)研究并生產(chǎn)了超聲波無損檢測設(shè)備，測量精度、放大器線性等主要技術(shù)相比之前的設(shè)備各項指標(biāo)數(shù)據(jù)都有了很大程度的提升。在80年代末期，由于集成電路的快速發(fā)展，開啟了數(shù)字化超聲波檢測儀器的新時代。近幾年，在我國國民經(jīng)濟快速發(fā)展的時代下，數(shù)字化超聲波檢測儀器也得到快速發(fā)展的空間。在我國現(xiàn)如今已有很多家企業(yè)專門從事超聲波無損檢測儀器的硏究、生產(chǎn)機構(gòu)和企業(yè)，例如：中科院武漢物理研究所、南通精密儀器有限公司等都是大家眾所周知的知名企業(yè)。目前，我國的超聲波無損檢測設(shè)備開始向數(shù)字化、智能化的領(lǐng)域發(fā)展，并取得了優(yōu)異的成績。與此同時國內(nèi)的航空航天領(lǐng)域、石油化工領(lǐng)域、核電站和鐵路領(lǐng)域等這些大型的企業(yè)，不斷的引進和學(xué)習(xí)國外先進設(shè)備的理念和檢測技術(shù)，更新了我國的超聲檢測設(shè)備的研究理念。

3 超聲波無損檢測技術(shù)的原理及優(yōu)缺點

3.1 超聲波無損檢測技術(shù)的原理

超聲波無損檢測技術(shù)的原理是物體在被檢測的時候利用超聲波的傳導(dǎo)性在不破壞檢測物體的性質(zhì)的同時，利用其傳導(dǎo)性的功能檢測。其原理主要為：①檢測物在被進行檢測的過程中都會產(chǎn)生超聲波，利用相應(yīng)的技術(shù)設(shè)施將這些超聲波的信息導(dǎo)入到所要檢測的試件中。②超聲波在傳導(dǎo)的過程中會和檢測物體的材料性質(zhì)或者其中存在的缺陷問題發(fā)生一定的作用，這種作用會影響超聲波原本的方向。③檢測設(shè)備能及時的收集超聲波的傳導(dǎo)情況，工作人員就能夠及時的根據(jù)實際情況作出分析并處理問題。④檢驗人員依據(jù)收集到的形狀特征及數(shù)據(jù)信息等，能夠及時準(zhǔn)確的判斷檢測物體是否存在缺陷，以便及時解決問題。

3.2 超聲波無損檢測技術(shù)的優(yōu)勢

現(xiàn)如今超聲波無損檢測技術(shù)被大量運用于金屬類及非金屬類材料的檢驗當(dāng)中，由于超聲波具有較強的穿透力，所以對于檢測一些厚度相對較大的檢驗物時超聲波無損技術(shù)就是最佳的選擇。例如：對于3mm厚度以內(nèi)的金屬材料進行缺陷檢測時，超聲波無損檢測技術(shù)就能輕松應(yīng)對，甚至還可以穿透較長的鋼管進行檢測。

除此之外，超聲波無損檢測技術(shù)對檢測物體中存在缺陷的具體位置定位的準(zhǔn)確度也很高。據(jù)有效數(shù)據(jù)表示：超聲波無損檢測技術(shù)對檢測物體中存在缺陷檢測的準(zhǔn)確率為90%以上。因為具有較強的感知靈敏度，所以在被檢測物體中哪怕是面積較小的缺陷也都能被檢測出來并準(zhǔn)確定位。

另外由于超聲波無損檢測技術(shù)的檢測的投資成本相對低，檢測速度快，對工作人員及周邊的環(huán)境沒有造成任何的危害，因此被廣泛適用于工程施工的質(zhì)量檢測當(dāng)中。

3.3 超聲波無損檢測技術(shù)存在的不足

雖然近年來超聲波無損技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于各大工程中，但是超聲波無損檢測還是有很多不足之處。例如它在檢測形態(tài)復(fù)雜或是形狀不規(guī)則的物體時，一般檢測出數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率相對都較低。超聲波技術(shù)雖然對檢測物體缺陷問題定位很準(zhǔn)確，但是還是存在不足比如對于定量性的數(shù)據(jù)信息采集，超聲波無損技術(shù)還達不到精確的要求，依舊要求工作人員的進行細致研究。另外，如果被檢測物體中發(fā)現(xiàn)有晶質(zhì)物體存在，最終的檢測結(jié)果就會產(chǎn)生不同程度的影響。

4 超聲波無損檢測技術(shù)的具體應(yīng)用

超聲無損檢測技術(shù)因其檢測范圍廣、深度大、對被檢測物體的缺陷定位率準(zhǔn)確、投資成本較低、操作方便、快捷等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用，同時幾年來也得到快速的發(fā)展，這項技術(shù)幾乎融入了所有的工業(yè)部門。金屬材料和構(gòu)件的檢測是目前主要應(yīng)用的兩大部門，其中包括商品的在線質(zhì)量監(jiān)控和產(chǎn)品檢查。以下主要從超聲波無損檢測技術(shù)對鋼管混凝土的密寬和均勻性的標(biāo)準(zhǔn)檢測應(yīng)用以及超聲波無損檢測技術(shù)在檢測橋梁內(nèi)部鋼筋質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用。

4.1 鋼管泥凝土的密度和均勻性的標(biāo)準(zhǔn)檢測應(yīng)用

超聲波無損檢測技術(shù)在對鋼管混凝土進行檢測的時候，超聲波對銅管中泥凝土的密度以及均勻性的檢測起著至關(guān)重要的作用，超聲波是一種具有傳送量和傳送信息功能的聲波。檢測設(shè)備接收到被測物體釋放出來的被改變過的超聲波狀態(tài)，高加波損耗，依據(jù)這些信息從而檢測出鋼管中混凝土的密度以及均勻性，如果在檢測中產(chǎn)生的超聲波較小，超聲波的耗損相對較低時這就代表鋼管混凝土的密度和均勻性都比較好。相反如果在鋼管混凝土的密度和均勻性都比較差的情況下，那么在傳送檢測的過程中，超聲波產(chǎn)生的能量相對就會較大，高頻超聲波波的耗損也比較大。

4.2 檢測橋梁內(nèi)部鋼筋質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用

超聲波對檢測橋梁內(nèi)部鋼筋質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用中同樣起到了至關(guān)重要的作用，超聲波無損檢測技術(shù)給人們的日常生活帶來了很大的方便。尤其在建筑工程方便被越來越重視，因為在建筑的施工過程中，建筑物的建設(shè)以及日后的維護工作都需要應(yīng)用到超聲波無損檢測技術(shù)。因為橋梁常年在戶外，要經(jīng)歷風(fēng)、日、電、雪，夏天的板溫等惡劣環(huán)境的考驗，在冬季，經(jīng)歷冬天的寒冷，橋梁內(nèi)部的鋼筋難免會在一定程度上發(fā)生損害。因為橋梁內(nèi)部的鋼筋質(zhì)量直接會影響行人的安全，如果橋梁內(nèi)部鋼筋質(zhì)量發(fā)生變化后不及時檢修處理，會導(dǎo)致很嚴(yán)重的后果，安全事故發(fā)生也是不可避免的，甚至?xí)斐纱罅拷?jīng)濟損大，阻礙了交通便利。所以要定期利用超聲波無損檢測對橋梁內(nèi)部的鋼筋質(zhì)量進行檢測，通過超聲波檢無損檢測技術(shù)，檢測分析的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的狀態(tài)數(shù)據(jù)與原始的內(nèi)部結(jié)夠進行比較，從而初步判斷其損耗程度，然后進行全面的分析，并及時制定相應(yīng)的建筑方案和具體實施策略。

5 超聲波無損檢測技術(shù)的展望

超聲波無損檢測技術(shù)的應(yīng)用依賴于其具有完善的檢測工藝和方法，為了適應(yīng)現(xiàn)今的工作效率從而提高檢測效率，因此超聲檢測技術(shù)得到進一步的發(fā)展。隨著超聲波機器掃描成像技術(shù)的成熟發(fā)展，超聲成像檢測技術(shù)因此也得到快速發(fā)展。目前，超聲波無損檢測儀器的發(fā)展開始向檢測設(shè)備的自動化、超聲波信息處理實現(xiàn)數(shù)字化、智能化診斷、成像技術(shù)多樣化等方向發(fā)展。

5.1 檢測設(shè)備自動化

現(xiàn)今超聲波無損檢測技術(shù)鋼鐵和機械行業(yè)已經(jīng)廣泛采用了，管材、板材或其它型材的檢測已經(jīng)成為基本的自動流水線檢測。此外，還更新了各種類型的專業(yè)檢測儀器，如針對窄空間的管道檢測時，利用遙控自動爬車進入檢測管道后變速齒輪焊縫的自動超聲檢測系統(tǒng)等。

5.2 超聲波信息處理實現(xiàn)數(shù)字化

目前，超聲波信息處理已經(jīng)實現(xiàn)了數(shù)字化，自適應(yīng)算法、小波分析等各種現(xiàn)代化信息處理技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，這些數(shù)字化信息技術(shù)既能在一定程度上有效的減少超聲回波中夾雜的噪聲，又能對檢測物體中存在缺陷的屬性進行詳細分析，在一定程度上提高了檢測的準(zhǔn)確性。

5.3 智能化診斷

借助超聲波無損模式的識別和人工網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，既可以對存在的缺陷類別進行智能分類，同時檢測的結(jié)果也可以進行智能化的進行評定，大大的減少了人為因素產(chǎn)生的影響，為提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性提供條件。

5.4 超聲波成像技術(shù)多樣化發(fā)展

超聲波成像技術(shù)是超聲波無損檢測技術(shù)的另一個重要發(fā)展領(lǐng)域。超聲波成像技術(shù)可以為工作人員提供直觀的信息，實現(xiàn)了成像技術(shù)的多樣化，避免了傳統(tǒng)超聲檢測技術(shù)的缺陷帶來的數(shù)據(jù)顯示不直觀、難以判斷的缺點。

總之，隨著檢測設(shè)備的自動化、人工智能、技術(shù)設(shè)備的更新發(fā)展、以及科學(xué)技術(shù)的進步，超聲檢測設(shè)備正在向著檢測設(shè)備自動化、智能化和數(shù)字化、以及圖像多樣化的領(lǐng)域發(fā)展。