超声探伤技术在无损检测中的应用

2．2 建筑和土木方面的应用
2．2．1 超声在测定混凝土结构强度及厚度的应用
(1)强度检测技术
超声波检测是利用混凝土的抗压强度与超声波在混凝土中的传播参数(声速)之间的相关性来检测混凝土强度的。混凝土的弹性模量越大，强度越高，超声波的传播速度越快。经试验，这种相关关系可以用非线性数学模型来拟合，即通过实验建立混凝土强度和声速的关系曲线。现场检测混凝土强度时，应该选择浇筑混凝土的模板侧面为测试面，一般以200 mm×200 mm的面积为一测区。每一试件上相邻测区间距不大于2 m。测试面应清洁平整，干燥无缺陷和无饰面层。每个测区内应在相对测试面上对应的辐射和接收换能器应在同一轴线上，测试时必须保持换能器与被测混凝土表面有良好的耦合，并利用黄油或凡士林等耦合剂，以减少声能的反射损失。按拟定的回归方程计算或查表取得对应测区的混凝土强度值。
(2)声波反射法测量厚度
如图8所示，超声波从一种固体介质入射到另一种固体介质时，在两种不同固体的分界面上会产生波的反射和折射。声阻抗率相差越大，则反射系数也越大，反射信号就越强。所以只要能从直达波和反射波混杂的接收波中识别出反射波的叠加起始点，并测出反射波到时，就可以由式(1)计算混凝土的厚度：

式中：H为混凝土厚度；C为混凝土中声速；T为反射波走时；L为两换能器间距。由(1)式知，要准确得到厚度，关键是如何设法测得较准确的混凝土声速C和混凝土结构底面波反射声时T。当换能器固定时，L是一个常数。

2．2．2 超声在桥梁混泥土裂缝检测中的应用
桥梁结构的使用性能及耐久年限，主要由设计、施工和所用材料的质量等诸多因素共同决定。由于设计、施工和材料可能存在某些缺陷，这些缺陷会使桥梁结构先天存在着某些薄弱之处；此外，桥梁在营运使用中又会受到不可避免的人为损伤及各种大自然侵蚀，带来后天病害。

如图9所示，先在与裂缝相邻的无缺陷混凝土利用评测法计算出超声波在测距为2a的混凝土中的声时to；再将超声换能器置于裂缝两侧各为a的距离，计算出跨缝测试超声波的声时tc，计算裂缝深度dc公式为：

2．3 焊接方面的应用
采用超声相控阵技术及B扫描实时成像技术，通过足够数量的探头排列和触发时间控制，并选用不同频率范围，可以实现嵌入式电阻丝电熔连接接头的检测。通过对比超声图像与接头实剖图，发现该方法能可靠地检出物体中的缺陷，并能较精确地确定缺陷位置和大小。在聚乙烯管道安装工程中的检测进一步验证了该技术的可靠性。

检测示意图如图10所示。超声相控阵检测结合B扫描技术可以判断检测截面上电阻丝的位置，从而可以判断由于管材和套筒配合过紧造成的电阻丝垂直方向的错位情况，从实剖图上得到验证如图11所示，比较超声成像图和实剖图可以看出，相控阵超声方法对金属丝有较好的分辨效果，连很微小的位移也能分辨出来，定位精度达O．5 mm。

超声相控阵技术及B扫描实时成像方法对聚乙烯管电熔接头各类缺陷有较好的检出能力。对大量含缺陷电熔接头进行检测和试验研究，对比超声成像图和实剖图，发现该方法对于聚乙烯电熔接头的各类缺陷均有较高的检测灵敏度和检出精度。通过城镇聚乙烯燃气管道安装工程检测实践，验证该技术能实现嵌入式电阻丝电熔连接接头的检测。

3 结语
现代意义的无损检测技术是随着各种科学技术的发展而发展起来的。超声检测作为无损检测的一种重要方法和热点研究，主要集中在研制适应性强、灵敏度高的探头；为判断缺陷性质而对各种缺陷数学模型的建立；缺陷的检出和信号分析技术；无损评价的量化研究以及拓展超声检测在其他领域的应用。它的优点是对平面型缺陷十分敏感，一经探伤便知结果，易于携带，多数超声探伤仪不必外接电源，穿透力强。局限性是藕合传感器要求被检表面光滑，难于探出细小裂缝，要有参考标准，为解释信号要求检验人员素质高。
超声检测技术未来将会向着以下几个方面发展：
(1)向高精度、高分辨率方向发展。
(2)高温条件下的测量明显增多，在线检测、动态检测增多。
(3)在若干领域向超声无损评价发展，使得超声检测内容有了新的内涵。如超声检测技术与断裂力学相结合，对重要构件进行剩余寿命评价；超声检测技术与材料科学相结合，对材料进行物理评价。
(4)在无损检测方面向定量化、图像化方向发展，超声检测系统将进一步数字化、图像化、自动化、智能化。
(5)现代信息处理技术如数值分析法、神经网络技术、模糊技术、遗传算法、虚拟仪器技术将广泛应用于超声检测技术领域。
随着各种科学技术在超声检测及探伤中的不断深入应用，相信超声检测作为许多领域产品质量保证的重要手段之一必将得到更多的关注与提高。