焊縫超聲波無損檢測新技術(shù)的研究進(jìn)

展石杰　范浙銘

【摘??要】近些年來，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展與進(jìn)步，促使超聲波無損檢測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并且在建筑行業(yè)領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。鑒于此，本文主要針對焊縫超聲波無損檢測新技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行詳細(xì)的闡述說明。

【關(guān)鍵詞】焊縫;超聲波;無損檢測技術(shù);研究進(jìn)展

近年來，我國現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)主要采用焊接技術(shù)進(jìn)行連接，但是鋼鐵焊縫處極易產(chǎn)生氣孔、裂紋等諸多問題現(xiàn)象，從而致使焊縫的連續(xù)性遭到破壞，導(dǎo)致焊縫力學(xué)性能大大降低。而超聲波無損檢測技術(shù)的出現(xiàn)，促使鋼構(gòu)件連接焊縫的焊接質(zhì)量得到提升。

現(xiàn)階段，我國超聲波檢測新技術(shù)種類比較繁多，不僅包括超聲檢測技術(shù)，同時還包括接觸式超聲波檢測新技術(shù)以及非接觸式超聲檢測新技術(shù)。而接觸式超聲波檢測新技術(shù)包括超聲相控陣檢測、衍射時差超聲檢測、超聲導(dǎo)波檢測技術(shù);非接觸式超聲波檢測新技術(shù)包括激光超聲檢測、電磁超聲檢測以及空氣耦合式超聲波檢測等多種新技術(shù)。

1、超聲波無損檢測技術(shù)的概述

超聲無損檢測技術(shù)主要是在超聲波與試件共同作用下，對試件反射、透射以及散射的波進(jìn)行深入研究，并且對試件的宏觀缺陷、幾何特性以及組織結(jié)構(gòu)等進(jìn)行相應(yīng)的檢測和測量，進(jìn)而對其本身的特定應(yīng)用性進(jìn)行綜合評價。伴隨著超聲波無損檢測技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步以及應(yīng)用需求的大幅度提升，促使超聲無損檢測技術(shù)在工業(yè)焊接領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。金屬材料在實際焊接過程中，常常會出現(xiàn)不同程度的變形以及內(nèi)部缺陷等問題現(xiàn)象，而超聲無損檢測技術(shù)可以對產(chǎn)品、工件以及材料內(nèi)部的缺陷進(jìn)行檢測，從而促使該技術(shù)在金屬材料焊接過程中得到普遍運(yùn)用。精度和質(zhì)量作為超聲檢測技術(shù)的關(guān)鍵部分，占據(jù)重要地位。

伴隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的快速發(fā)展，世界各個國家針對技術(shù)交流逐漸增加，從而促使社會各界人士越來越關(guān)注無損檢測技術(shù)的重要性。超聲無損檢測技術(shù)主要通過超聲波以及被測物體之間所形成的均質(zhì)回聲波進(jìn)行檢測。在超聲無損檢測技術(shù)過程中，超聲波以彈性物質(zhì)為媒介，對超聲波進(jìn)行快速傳播，但超聲波的傳播速度會因溫度和材質(zhì)等因素的影響差生變化。除此之外，超聲波在固體介質(zhì)中進(jìn)行傳播時，其聲速傳播相對比較慢，并且溫度比較高，存在一定的差異，甚至?xí)ε蛎浡十a(chǎn)生直接影響，由此可見，超聲波傳播速度還會受到材質(zhì)的均勻程度產(chǎn)生影響。伴隨著超聲無損檢測技術(shù)的普遍運(yùn)用，促使我國金屬材料焊接檢測水平得到大幅度提升。

2、超聲波無損檢測新技術(shù)包括的主要內(nèi)容

2.1超聲相控陣檢測技術(shù)

超聲相控陣檢測技術(shù)主要是對相控陣列頭產(chǎn)生和接收的超聲波進(jìn)行控制，而相控陣列頭嚴(yán)格按照設(shè)定的規(guī)律進(jìn)行獨(dú)立排列，以晶片為媒介，對其發(fā)射或接收的超聲脈沖延遲時間進(jìn)行有效控制，從而保證超聲波的偏轉(zhuǎn)和聚焦特性。超聲相控陣檢測技術(shù)與傳統(tǒng)的超聲檢測技術(shù)相比而言，其檢測速度比較大，檢測范圍相對比較廣，檢測精準(zhǔn)度比較高，檢測結(jié)果比較好。而超聲相控陣檢測技術(shù)憑借自身的獨(dú)有優(yōu)勢，在交通、建筑以及能源等諸多領(lǐng)域得到普遍運(yùn)用，進(jìn)而促使我國社會行業(yè)領(lǐng)域取得卓越成就。國外一名超聲檢測技術(shù)研究人員在全自動檢測核廢料罐電子束環(huán)縫過程中，合理運(yùn)用超聲相控陣檢測技術(shù)進(jìn)行檢測，并且在航空風(fēng)星期焊縫檢測過程中利用相控陣探頭進(jìn)行檢測。現(xiàn)階段，我國眾多優(yōu)秀學(xué)者以及試驗人員針對超聲相控陣檢測技術(shù)進(jìn)行深入的開發(fā)與研究，并且該檢測技術(shù)推廣至社會各個領(lǐng)域行業(yè)，雖然取得一定的成績，但仍存在諸多的不足之處，亟待進(jìn)一步解決。

2.2衍射時差超聲檢測技術(shù)

衍射時差超聲檢測技術(shù)主要是衍射信號的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的檢測工作內(nèi)容。一旦超聲波在傳播過程中遇到裂紋等缺陷問題時，會被反射，從而形成反射波。與此同時，根據(jù)惠更新工作原理，缺陷的尖端將成為一個新的聲源發(fā)射衍射波，該衍射波與正常的反射波進(jìn)行疊加，而探頭接收器在接收到疊加后的衍射波信號后，會對其進(jìn)行相應(yīng)的處理，從而判斷出發(fā)生缺陷問題的位置以及定量。

衍射時差超聲檢測技術(shù)主要具備檢測可靠性高、檢測精準(zhǔn)度高以及檢測效率高三大優(yōu)勢特點。雖然衍射時差檢測技術(shù)自身具備良好的優(yōu)勢特點，但仍無法否認(rèn)其存在諸多的不足之處。同時，衍射時差超聲檢測技術(shù)在圖像識別以及判讀方面，要求相關(guān)檢測人員必須具備豐富的工作經(jīng)驗以及知識內(nèi)涵，在橫向缺陷、粗品材料以及復(fù)雜幾何工作檢測過程中，運(yùn)用衍射時差超聲檢測技術(shù)，其獲取的測量精確度相對比較低。

2.3電磁超聲檢測技術(shù)

電磁超聲換能器在實際運(yùn)行過程中，不需要添加任何聲耦合劑，即可在導(dǎo)體中接收和激勵超聲波換能。在電磁超聲波激勵和接收換能過程中，其主要是在電磁物理場和機(jī)械波振動場的作用下進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化，通過力場之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行有效管理。電磁超聲波激勵和接收機(jī)制主要分為電磁力機(jī)制、洛侖磁力機(jī)制以及磁致伸縮力機(jī)制三大部分。與傳統(tǒng)的超聲波檢測技術(shù)相對比而言，該檢測技術(shù)在檢測過程中，不需要與被檢工件表面進(jìn)行接觸，同時也不需要對工件表面進(jìn)行處理，由此可見，高溫工件在進(jìn)行無損檢測時可以合理利用該檢測技術(shù)。除此之外，電磁超聲檢測技術(shù)在特定條件下，可以對工件產(chǎn)生的表面波以及板波等進(jìn)行相應(yīng)激勵，促使電磁超聲檢測技術(shù)在焊縫表面缺陷檢測中得到合理運(yùn)用。但是電磁超聲檢測技術(shù)仍然存在換能效率低等諸多不足之處。近些年來，經(jīng)過相關(guān)工作人員的不斷努力，促使該檢測技術(shù)由理論研究階段正式步入工業(yè)生產(chǎn)的實際應(yīng)用階段。

2.4空氣耦合式超聲波檢測技術(shù)

對于空氣耦合式超聲波檢測技術(shù)而言，其真正實現(xiàn)非接觸檢測，有效避免換能器的磨損問題，從而保證原位掃描工作順利完成。但是由于換能器材料以及空氣聲阻抗存在不匹配的問題，同時空氣耦合超聲波換能器存在效率低、頻帶窄以及脈沖余振長等弊端，致使空氣耦合式超聲波檢測技術(shù)在應(yīng)用和發(fā)展發(fā)面始終停滯不前。近年來，隨著顯微機(jī)械加工技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，促使高分子材料技術(shù)取得相應(yīng)進(jìn)步，進(jìn)而有效提升空氣耦合式超聲波換能器的工作效率以及靈敏度，大大降低放大器的研制的噪聲，從而保證空氣耦合式超聲波檢測技術(shù)在社會各個行業(yè)領(lǐng)域得到普遍運(yùn)用。

2.5其他超聲波檢測新技術(shù)

超聲波檢測技術(shù)主要以回波工作原理實施檢測。換能器在對導(dǎo)波傳播進(jìn)行激勵的過程中，一旦遇到非連續(xù)變化截面，則會產(chǎn)生回波，并且回波信號的時間、幅值等相關(guān)參數(shù)則會隨著可表征截面的變化而產(chǎn)生的變化。超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)不僅在管道中的焊縫錯邊、環(huán)向裂紋以及疲勞裂紋等缺陷檢測中得到運(yùn)用，同時在板結(jié)構(gòu)、鋼絞線以及鐵軌等方面的檢測。除此之外，對于一些特殊形狀的構(gòu)件檢測也可以合理利用該檢測技術(shù)。

激光超聲主要是在高能量激光脈沖和物質(zhì)表面的瞬時熱的共同作用下，對固體表面產(chǎn)生的熱特性區(qū)進(jìn)行檢測，然后小熱層產(chǎn)生的熱應(yīng)力則會產(chǎn)生相應(yīng)的超聲波。激光超聲檢測技術(shù)在實際運(yùn)用過程中，其具備極強(qiáng)的干擾性、較高的空分辨率以及在惡劣環(huán)境下進(jìn)行在線檢測等優(yōu)勢特點。與此同時，激光超聲檢測技術(shù)不存在近場盲區(qū)，同時也不需要使用任何耦合劑，進(jìn)而對微小缺陷實施檢測。

結(jié)束語

綜上所述，隨著我國鋼結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)領(lǐng)域的比例越來越大，對鋼結(jié)構(gòu)的焊縫質(zhì)量提出更多更高的要求標(biāo)準(zhǔn)，致使越來越多的新型超聲檢測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。同時，這些新型超聲無損檢測技術(shù)不僅能夠有效解決傳統(tǒng)超聲波檢測技術(shù)的難點，還具備良好的發(fā)展前景。但這些新型超聲波無損檢測技術(shù)本身存在一定的局限性，需要對其投入更多的人力和物力進(jìn)行深入研究和完善。由此可見，伴隨著我國社會科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，促使新型超聲波無損檢測技術(shù)本身的靈敏性、精確性等得到提升，進(jìn)而為日后發(fā)展道路奠定良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄢飛.TOFD無損檢測技術(shù)應(yīng)用及特點[J].中國西部科技，2012，（11）：10-11.

[2]張成俠.超聲無損檢測技術(shù)在金屬材料焊接檢測中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2018，（24）：24-25.

[3]陳柳，陳志強(qiáng).超聲波檢測Y型節(jié)點打底層焊道異常信號研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016，（23）：22-23.

[4]徐浪，潘勤學(xué)，宿亮，等.焊接殘余應(yīng)力超聲無損檢測技術(shù)[J].計測技術(shù)，2012，32（6）：29-32，53.

（作者單位：浙江省特種設(shè)備檢驗研究院）