超聲波無損檢測技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析

王福軍

摘 要：近年來，我國的經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的同時，社會進(jìn)步迅速，各行各業(yè)的發(fā)展也突飛猛進(jìn)，在此過程中，超聲波無損檢測技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。超聲波檢測技術(shù)逐漸向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程中超聲波無損檢測儀器可以對產(chǎn)品進(jìn)行實時監(jiān)控，識別并剔除生產(chǎn)過程中有缺陷的產(chǎn)品，提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：超聲波無損檢測技術(shù);應(yīng)用現(xiàn)狀;發(fā)展前景分析

超聲波檢測是常規(guī)無損檢測技術(shù)之一，是目前發(fā)展較快、應(yīng)用范圍較廣、使用頻率較高的無損檢測技術(shù)。尤其是近一二十年，隨著對聲學(xué)理論研究的深入和細(xì)化，加之計算機(jī)大數(shù)據(jù)時代的到來，很多以聲學(xué)為基礎(chǔ)的嶄新檢測方法涌現(xiàn)出來。這就使超聲波檢測技術(shù)成為一門以聲學(xué)理論為根基向多元化呈樹冠型發(fā)展的綜合學(xué)科。為了在普及和教學(xué)過程中能夠有清晰的組成架構(gòu)，便于系統(tǒng)地由淺入深來展開，也為了在理論研究中和新技術(shù)研發(fā)時能提供可靠的知識架構(gòu)，對現(xiàn)有超聲波檢測技術(shù)和基于超聲波檢測理論的檢測技術(shù)進(jìn)行梳理是很有必要的。

1 超聲波的工作原理

超聲波是一種工作頻率超過人耳辨識范圍的高頻率的聲波，它具備這傳遞能量還有傳遞信息的功能。并且超聲波容易獲取，成本低廉，工作操作簡單，沒有什么危險性，是一種性能十分優(yōu)良的檢測工具。同時超聲波的工作過程中受到外部環(huán)境的影響較小，它不會因為溫度，濕度，光照強度等一系列外部環(huán)境的變化而發(fā)生變化，具有穩(wěn)定，可以進(jìn)行相對精確度要求比較高的測量。超聲檢測器主要有四個模塊工程，超聲波的發(fā)射裝置，超聲波接收裝置，數(shù)據(jù)的收集轉(zhuǎn)換裝置，還有數(shù)據(jù)分析處理裝置。通過超聲波在介質(zhì)中傳播的速度就可以判斷出介質(zhì)材料的性能，如果傳播的速度快，說明了該種介質(zhì)材料具有較強的硬度，如果超聲波在該種介質(zhì)中傳播的速度較慢，那么，就說明了該種介質(zhì)材料具有較弱的強度。根絕超聲波反射的情況，可以判斷路面的平整度，可以判斷障礙物距離波源的距離。應(yīng)用超聲波進(jìn)行測量可以節(jié)省大量的工作時間，減輕工作人員的工作量，超聲波具有廣泛的應(yīng)用前景。

2 超聲波無損檢測技術(shù)應(yīng)用

2.1 超聲波探傷的運行方式和操作技術(shù)

對附件焊接質(zhì)量進(jìn)行檢測時，借助超聲波原理，將不同頻率的聲波發(fā)送到檢測位置。檢測位置反彈聲波后，會接收到不同振動信號的聲波，并根據(jù)聲學(xué)原理判斷附件結(jié)構(gòu)內(nèi)存在的質(zhì)量問題。檢測過程中，由壓電晶片發(fā)出超聲波，附件受超聲波作用后，自身結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在的缺陷會將超聲波形成反射波，將反射波以脈沖的形式出現(xiàn)在檢測設(shè)備上。此時，檢測人員可根據(jù)脈沖波形確定附件內(nèi)存在缺陷的位置和規(guī)格。目前，以超聲波為原理研制的檢測技術(shù)可分為四種。第一，穿透法。借助設(shè)備發(fā)出的脈沖波，形成持續(xù)的傳播信號作用在附件上，附件將傳播信號轉(zhuǎn)換成能量，工作人員根據(jù)能量的變化確定附件內(nèi)的缺陷位置和規(guī)格。使用穿透法對附件進(jìn)行檢測時，工作人員將兩個探頭放置在設(shè)備和附件上作為信號發(fā)射設(shè)備和信號接收設(shè)備。第二，脈沖反射法。工作人員通過產(chǎn)生的發(fā)射波檢測附件存在的缺陷。檢測過程以缺陷回波法為主，工作人員通過儀器即可獲得相關(guān)信息。第三，TOFD法。使用該方法，工作人員使用多個探頭將產(chǎn)生的聲波營造成一個檢測環(huán)境，將附件放置在該環(huán)境內(nèi)，若附件結(jié)構(gòu)內(nèi)存在缺陷，會產(chǎn)生反射聲波和衍射波。工作人員計算反射時間，并按照三角方程原理確定附件內(nèi)缺陷的位置和規(guī)格。現(xiàn)階段，在飛機(jī)附件檢測過程中，通常會使用脈沖發(fā)射法。

2.2 無損檢測中超聲波探傷技術(shù)檢測缺陷等級的評定

在等級評定過程中，主要對三方面的等級進(jìn)行評定，分別是無損檢測的技術(shù)規(guī)則分析、焊縫處的記數(shù)方法、抽樣檢驗合格判定。其中無損檢測技術(shù)的超聲波探傷技術(shù)需要嚴(yán)格的遵守?zé)o損檢測測的技術(shù)規(guī)則，一般在焊縫內(nèi)部都具有不同的等級，表示的傷情也不同。一般一級焊縫需要探傷比例100%，需要每一個檢測材料都無損傷。同時，在二級焊接處需要探傷比例為20%，一般按照工廠制作焊縫，進(jìn)行探傷也要對現(xiàn)場安裝焊縫按照同一類型、同一施焊條件進(jìn)行百分比的計算。探傷長度不得少于2cm，也不能小于一條焊縫，這樣才符合當(dāng)前的無損檢測的要求。同時在焊縫處的技術(shù)方法方面需要以10cm的焊縫為臨界值，工廠制作焊縫的過程中，如果超過10cm，則每條焊縫記為一處，這樣通過分段計數(shù)的方式，能將不同的長度分為四段，一般每3cm設(shè)置一處焊縫。最后，在抽樣檢測的過程中，可以對單拼接材料進(jìn)行檢測，在檢測時每一批的材料都需要保證合格，如果不合格率超過5%，那么整批材料都要重新進(jìn)行制定，同時對于不合格材料的兩側(cè)要增加焊縫的延長線，如果不合格率超過3%，可能整一個材料批次都不符合，不合格要對所有剩余的材料進(jìn)行重復(fù)檢驗。

3 超聲波無損檢測技術(shù)發(fā)展前景

幾十年來，我國超聲無損檢測事業(yè)已得到了巨大發(fā)展和廣泛應(yīng)用，幾乎應(yīng)用到所有工業(yè)部門。如作為基礎(chǔ)工業(yè)的鋼鐵工業(yè)、機(jī)器制造工業(yè)、鍋爐壓力容器有關(guān)工業(yè)部門、石油化工工業(yè)、鐵路運輸工業(yè)、造船工業(yè)、航空航天工業(yè)、高速發(fā)展中的新技術(shù)產(chǎn)業(yè)如集成電路工業(yè)、核電工業(yè)等重要工業(yè)部門。目前大量應(yīng)用于金屬材料和構(gòu)件，包括質(zhì)量在線監(jiān)控和產(chǎn)品在役檢查。水平普遍提高，應(yīng)用頻度和領(lǐng)域也日益增多。目前我國對各種大型結(jié)構(gòu)壓力容器和復(fù)雜設(shè)備都已具備檢測能力。在裂縫自身高度的測量和高溫條件下的非接觸超聲檢測等方面都有很大進(jìn)展。核電工業(yè)雖然是我國的新興工業(yè)，但超聲檢測已用于核電工業(yè)的各個方面。我國已能按業(yè)主的要求及標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，使用國際先進(jìn)的裝備，執(zhí)行國際通用標(biāo)準(zhǔn)，完成核電廠和核設(shè)施的役前及在役檢查。利用超聲波測量流速、流量的技術(shù)在醫(yī)療、供水、排水、廢水處理、電力、石油、化工、冶金、礦山、環(huán)保、河流、海洋等計量巾有著廣泛的應(yīng)用，不僅可用于流體，液體兩相流的測量，還可用于氣體流量測量，其研究已有數(shù)十年歷史。

但是，我國超聲無損檢測事業(yè)從整體水平而言，與發(fā)達(dá)國家之問存在很大差距。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：①檢測專業(yè)隊伍中高級技術(shù)人員和高級操作人員所占比例較小，極大阻礙了超聲無損檢測技術(shù)自動化、智能化、圖象化的進(jìn)展由于經(jīng)驗豐富的老一輩檢測工作者缺乏把實踐經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為理論總結(jié)，而年輕的檢測人員雖擁有豐富的計算機(jī)等現(xiàn)代技術(shù)，卻缺乏切實的實踐經(jīng)驗，這有可能導(dǎo)致現(xiàn)有的超聲檢測軟件系統(tǒng)不同程度的缺陷，降低了檢測的可靠性。特別像專家系統(tǒng)軟件，以及有自動判傷，自動評定缺陷級別功能的軟件編寫應(yīng)該引起足夠的重視;②專業(yè)無損檢測人員相對較少，現(xiàn)有無損檢測設(shè)備利用率低我國無損檢測技術(shù)經(jīng)過40年的發(fā)展，雖然應(yīng)用已經(jīng)遍及近30個系統(tǒng)領(lǐng)域，直接從事無損檢測技術(shù)方面的人員已達(dá)20萬左右。但是高技術(shù)專業(yè)人員較少目前我國的投入不比日本少，國民生產(chǎn)總值只有日本的三分之一左右。這主要是由于我國產(chǎn)品質(zhì)量上存在問題而導(dǎo)致大量產(chǎn)品報廢所致。據(jù)測算，我國不良品的年損失約2000億元。更嚴(yán)重的后果是產(chǎn)品的競爭能力差，影響產(chǎn)品進(jìn)入國際市場。我們調(diào)研的幾個大型機(jī)械制造企業(yè)，都擁有為數(shù)不少的無損檢測設(shè)備，但由于對無損檢測重要性認(rèn)識不夠，專門從事無損檢測的人員缺乏等因素，無損檢測在生產(chǎn)中并未發(fā)揮其應(yīng)有的作用。無損檢測方面的書籍缺乏，很不利于無損檢測后繼人員的培養(yǎng);③重視對無損檢測技術(shù)領(lǐng)域的信息技術(shù)應(yīng)用。當(dāng)信息技術(shù)和無損檢測結(jié)合以后，人們就可以最大限度地從檢測過程中獲取大量信息。我國對無損檢測信息技術(shù)的建設(shè)工作還處在相當(dāng)薄弱的階段。

4 結(jié)語

超聲波檢測作為一種常見的無損檢測技術(shù)，由于適應(yīng)性強、靈敏度高、檢測范圍廣等被廣泛應(yīng)用于建筑工程、電氣工程、鐵路運輸工程等各個領(lǐng)域，是近年來無損檢測技術(shù)的重點研究方向。隨著計算機(jī)信息技術(shù)、人工智能技術(shù)等在超聲波檢測中的廣泛應(yīng)用，超聲波無損檢測技術(shù)將逐漸向定量、圖像化、智能化方向發(fā)展。

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