焊縫超聲波無損檢測新技術的研究進

展石杰　范浙銘

【摘??要】近些年來，隨著我國社會經濟和科學技術的飛速發展與進步，促使超聲波無損檢測技術應運而生，并且在建筑行業領域得到普遍應用。鑒于此，本文主要針對焊縫超聲波無損檢測新技術的研究進展進行詳細的闡述說明。

【關鍵詞】焊縫;超聲波;無損檢測技術;研究進展

近年來，我國現代鋼結構主要采用焊接技術進行連接，但是鋼鐵焊縫處極易產生氣孔、裂紋等諸多問題現象，從而致使焊縫的連續性遭到破壞，導致焊縫力學性能大大降低。而超聲波無損檢測技術的出現，促使鋼構件連接焊縫的焊接質量得到提升。

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

1、超聲波無損檢測技術的概述

超聲無損檢測技術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行深入研究，并且對試件的宏觀缺陷、幾何特性以及組織結構等進行相應的檢測和測量，進而對其本身的特定應用性進行綜合評價。伴隨著超聲波無損檢測技術不斷發展進步以及應用需求的大幅度提升，促使超聲無損檢測技術在工業焊接領域得到廣泛運用。金屬材料在實際焊接過程中，常常會出現不同程度的變形以及內部缺陷等問題現象，而超聲無損檢測技術可以對產品、工件以及材料內部的缺陷進行檢測，從而促使該技術在金屬材料焊接過程中得到普遍運用。精度和質量作為超聲檢測技術的關鍵部分，占據重要地位。

伴隨著全球經濟一體化的快速發展，世界各個國家針對技術交流逐漸增加，從而促使社會各界人士越來越關注無損檢測技術的重要性。超聲無損檢測技術主要通過超聲波以及被測物體之間所形成的均質回聲波進行檢測。在超聲無損檢測技術過程中，超聲波以彈性物質為媒介，對超聲波進行快速傳播，但超聲波的傳播速度會因溫度和材質等因素的影響差生變化。除此之外，超聲波在固體介質中進行傳播時，其聲速傳播相對比較慢，并且溫度比較高，存在一定的差異，甚至會對膨脹率產生直接影響，由此可見，超聲波傳播速度還會受到材質的均勻程度產生影響。伴隨著超聲無損檢測技術的普遍運用，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包括的主要內容

2.1超聲相控陣檢測技術

超聲相控陣檢測技術主要是對相控陣列頭產生和接收的超聲波進行控制，而相控陣列頭嚴格按照設定的規律進行獨立排列，以晶片為媒介，對其發射或接收的超聲脈沖延遲時間進行有效控制，從而保證超聲波的偏轉和聚焦特性。超聲相控陣檢測技術與傳統的超聲檢測技術相比而言，其檢測速度比較大，檢測范圍相對比較廣，檢測精準度比較高，檢測結果比較好。而超聲相控陣檢測技術憑借自身的獨有優勢，在交通、建筑以及能源等諸多領域得到普遍運用，進而促使我國社會行業領域取得卓越成就。國外一名超聲檢測技術研究人員在全自動檢測核廢料罐電子束環縫過程中，合理運用超聲相控陣檢測技術進行檢測，并且在航空風星期焊縫檢測過程中利用相控陣探頭進行檢測。現階段，我國眾多優秀學者以及試驗人員針對超聲相控陣檢測技術進行深入的開發與研究，并且該檢測技術推廣至社會各個領域行業，雖然取得一定的成績，但仍存在諸多的不足之處，亟待進一步解決。

2.2衍射時差超聲檢測技術

衍射時差超聲檢測技術主要是衍射信號的基礎上進行相應的檢測工作內容。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，根據惠更新工作原理，缺陷的尖端將成為一個新的聲源發射衍射波，該衍射波與正常的反射波進行疊加，而探頭接收器在接收到疊加后的衍射波信號后，會對其進行相應的處理，從而判斷出發生缺陷問題的位置以及定量。

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

2.3電磁超聲檢測技術

電磁超聲換能器在實際運行過程中，不需要添加任何聲耦合劑，即可在導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械波振動場的作用下進行相互轉化，通過力場之間的關聯進行有效管理。電磁超聲波激勵和接收機制主要分為電磁力機制、洛侖磁力機制以及磁致伸縮力機制三大部分。與傳統的超聲波檢測技術相對比而言，該檢測技術在檢測過程中，不需要與被檢工件表面進行接觸，同時也不需要對工件表面進行處理，由此可見，高溫工件在進行無損檢測時可以合理利用該檢測技術。除此之外，電磁超聲檢測技術在特定條件下，可以對工件產生的表面波以及板波等進行相應激勵，促使電磁超聲檢測技術在焊縫表面缺陷檢測中得到合理運用。但是電磁超聲檢測技術仍然存在換能效率低等諸多不足之處。近些年來，經過相關工作人員的不斷努力，促使該檢測技術由理論研究階段正式步入工業生產的實際應用階段。

2.4空氣耦合式超聲波檢測技術

對于空氣耦合式超聲波檢測技術而言，其真正實現非接觸檢測，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在應用和發展發面始終停滯不前。近年來，隨著顯微機械加工技術的不斷發展進步，促使高分子材料技術取得相應進步，進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在社會各個行業領域得到普遍運用。

2.5其他超聲波檢測新技術

超聲波檢測技術主要以回波工作原理實施檢測。換能器在對導波傳播進行激勵的過程中，一旦遇到非連續變化截面，則會產生回波，并且回波信號的時間、幅值等相關參數則會隨著可表征截面的變化而產生的變化。超聲導波檢測技術不僅在管道中的焊縫錯邊、環向裂紋以及疲勞裂紋等缺陷檢測中得到運用，同時在板結構、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件檢測也可以合理利用該檢測技術。

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

結束語

綜上所述，隨著我國鋼結構在建筑行業領域的比例越來越大，對鋼結構的焊縫質量提出更多更高的要求標準，致使越來越多的新型超聲檢測技術應運而生。同時，這些新型超聲無損檢測技術不僅能夠有效解決傳統超聲波檢測技術的難點，還具備良好的發展前景。但這些新型超聲波無損檢測技術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行深入研究和完善。由此可見，伴隨著我國社會科學技術的不斷發展進步，促使新型超聲波無損檢測技術本身的靈敏性、精確性等得到提升，進而為日后發展道路奠定良好基礎。

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（作者單位：浙江省特種設備檢驗研究院）