超聲探傷技術(shù)在無(wú)損檢測中的應用

2．2 建筑和土木方面的應用
2．2．1 超聲在測定混凝土結構強度及厚度的應用
(1)強度檢測技術(shù)
超聲波檢測是利用混凝土的抗壓強度與超聲波在混凝土中的傳播參數(聲速)之間的相關(guān)性來(lái)檢測混凝土強度的?；炷恋膹椥阅Ａ吭酱?，強度越高，超聲波的傳播速度越快。經(jīng)試驗，這種相關(guān)關(guān)系可以用非線(xiàn)性數學(xué)模型來(lái)擬合，即通過(guò)實(shí)驗建立混凝土強度和聲速的關(guān)系曲線(xiàn)?，F場(chǎng)檢測混凝土強度時(shí)，應該選擇澆筑混凝土的模板側面為測試面，一般以200 mm×200 mm的面積為一測區。每一試件上相鄰測區間距不大于2 m。測試面應清潔平整，干燥無(wú)缺陷和無(wú)飾面層。每個(gè)測區內應在相對測試面上對應的輻射和接收換能器應在同一軸線(xiàn)上，測試時(shí)必須保持換能器與被測混凝土表面有良好的耦合，并利用黃油或凡士林等耦合劑，以減少聲能的反射損失。按擬定的回歸方程計算或查表取得對應測區的混凝土強度值。
(2)聲波反射法測量厚度
如圖8所示，超聲波從一種固體介質(zhì)入射到另一種固體介質(zhì)時(shí)，在兩種不同固體的分界面上會(huì )產(chǎn)生波的反射和折射。聲阻抗率相差越大，則反射系數也越大，反射信號就越強。所以只要能從直達波和反射波混雜的接收波中識別出反射波的疊加起始點(diǎn)，并測出反射波到時(shí)，就可以由式(1)計算混凝土的厚度：

式中：H為混凝土厚度；C為混凝土中聲速；T為反射波走時(shí)；L為兩換能器間距。由(1)式知，要準確得到厚度，關(guān)鍵是如何設法測得較準確的混凝土聲速C和混凝土結構底面波反射聲時(shí)T。當換能器固定時(shí)，L是一個(gè)常數。

2．2．2 超聲在橋梁混泥土裂縫檢測中的應用
橋梁結構的使用性能及耐久年限，主要由設計、施工和所用材料的質(zhì)量等諸多因素共同決定。由于設計、施工和材料可能存在某些缺陷，這些缺陷會(huì )使橋梁結構先天存在著(zhù)某些薄弱之處；此外，橋梁在營(yíng)運使用中又會(huì )受到不可避免的人為損傷及各種大自然侵蝕，帶來(lái)后天病害。

如圖9所示，先在與裂縫相鄰的無(wú)缺陷混凝土利用評測法計算出超聲波在測距為2a的混凝土中的聲時(shí)to；再將超聲換能器置于裂縫兩側各為a的距離，計算出跨縫測試超聲波的聲時(shí)tc，計算裂縫深度dc公式為：

2．3 焊接方面的應用
采用超聲相控陣技術(shù)及B掃描實(shí)時(shí)成像技術(shù)，通過(guò)足夠數量的探頭排列和觸發(fā)時(shí)間控制，并選用不同頻率范圍，可以實(shí)現嵌入式電阻絲電熔連接接頭的檢測。通過(guò)對比超聲圖像與接頭實(shí)剖圖，發(fā)現該方法能可靠地檢出物體中的缺陷，并能較精確地確定缺陷位置和大小。在聚乙烯管道安裝工程中的檢測進(jìn)一步驗證了該技術(shù)的可靠性。

檢測示意圖如圖10所示。超聲相控陣檢測結合B掃描技術(shù)可以判斷檢測截面上電阻絲的位置，從而可以判斷由于管材和套筒配合過(guò)緊造成的電阻絲垂直方向的錯位情況，從實(shí)剖圖上得到驗證如圖11所示，比較超聲成像圖和實(shí)剖圖可以看出，相控陣超聲方法對金屬絲有較好的分辨效果，連很微小的位移也能分辨出來(lái)，定位精度達O．5 mm。

超聲相控陣技術(shù)及B掃描實(shí)時(shí)成像方法對聚乙烯管電熔接頭各類(lèi)缺陷有較好的檢出能力。對大量含缺陷電熔接頭進(jìn)行檢測和試驗研究，對比超聲成像圖和實(shí)剖圖，發(fā)現該方法對于聚乙烯電熔接頭的各類(lèi)缺陷均有較高的檢測靈敏度和檢出精度。通過(guò)城鎮聚乙烯燃氣管道安裝工程檢測實(shí)踐，驗證該技術(shù)能實(shí)現嵌入式電阻絲電熔連接接頭的檢測。

3 結語(yǔ)
現代意義的無(wú)損檢測技術(shù)是隨著(zhù)各種科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。超聲檢測作為無(wú)損檢測的一種重要方法和熱點(diǎn)研究，主要集中在研制適應性強、靈敏度高的探頭；為判斷缺陷性質(zhì)而對各種缺陷數學(xué)模型的建立；缺陷的檢出和信號分析技術(shù)；無(wú)損評價(jià)的量化研究以及拓展超聲檢測在其他領(lǐng)域的應用。它的優(yōu)點(diǎn)是對平面型缺陷十分敏感，一經(jīng)探傷便知結果，易于攜帶，多數超聲探傷儀不必外接電源，穿透力強。局限性是藕合傳感器要求被檢表面光滑，難于探出細小裂縫，要有參考標準，為解釋信號要求檢驗人員素質(zhì)高。
超聲檢測技術(shù)未來(lái)將會(huì )向著(zhù)以下幾個(gè)方面發(fā)展：
(1)向高精度、高分辨率方向發(fā)展。
(2)高溫條件下的測量明顯增多，在線(xiàn)檢測、動(dòng)態(tài)檢測增多。
(3)在若干領(lǐng)域向超聲無(wú)損評價(jià)發(fā)展，使得超聲檢測內容有了新的內涵。如超聲檢測技術(shù)與斷裂力學(xué)相結合，對重要構件進(jìn)行剩余壽命評價(jià)；超聲檢測技術(shù)與材料科學(xué)相結合，對材料進(jìn)行物理評價(jià)。
(4)在無(wú)損檢測方面向定量化、圖像化方向發(fā)展，超聲檢測系統將進(jìn)一步數字化、圖像化、自動(dòng)化、智能化。
(5)現代信息處理技術(shù)如數值分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、模糊技術(shù)、遺傳算法、虛擬儀器技術(shù)將廣泛應用于超聲檢測技術(shù)領(lǐng)域。
隨著(zhù)各種科學(xué)技術(shù)在超聲檢測及探傷中的不斷深入應用，相信超聲檢測作為許多領(lǐng)域產(chǎn)品質(zhì)量保證的重要手段之一必將得到更多的關(guān)注與提高。