超声无损检测的应用及发展趋势

摘 要：超声无损检测技术是当前常用的检测技术之一，可以在现场使用，具有检测范围广、深度强、定位精确、成本低、操作便捷等优点，超声无损检测技术已经在国内外的诸多领域得到了成功的应用，它具有提高检测灵敏度、改善产品的生产效率，在提高加工制造水平和成品质量及设备服役寿命等方面，取得了一定的进展，研究其应用具有深刻的意义。本文阐述了超声无损检测的应用情况，对其今后的发展趋势进行了讨论。

关键词：超声无损检测技术；应用；发展

引言

所谓无损检测，是在不损伤材料和成品的条件下研究其内部和表面有无缺陷的手段。也就是说，它利用材料内部结构的异常或缺陷的存在所引起的对热、声、光、电、磁等反应的变化，评价结构异常和缺陷存在及其危害程度。无损检测的目的一般包括：定量掌握缺陷与强度的关系，评价构件的允许负荷以及寿命或剩余寿命；检测在制造过程中产生的结构不完整性及缺陷等情况，以便改善制造工艺。它不仅涉及成品部件的试验评价也与设计、制造工艺直接相关。

由于超声波具有极强的穿透力，在无损检测方面发挥积极作用，尤其在工业、高新技术产业中广泛应用。因此，基于需求角度的变化，超声检测技术也要不断改进、不断优化，才能取得新进展，满足技术发展需求。以下将对超声无损检测的几大发展趋势进行细致分析：

1 超声无损检测的信号处理技术

在超声无损检测技术应用中，采用了各种各样的先进算法，已经在特征提取、数据压缩、缺陷识别和信号降噪等诸多数据处理中应用；而现代信息处理技术的应用，也推动了超声无损检测技术的应用与发展，如人工智能技术、虚拟仪器技术、模糊控制技术、神经网络技术、自适应技术等。小波变换作为时频分析方法，在时频平面的应用，具有良好的信号局部表征、可变的频率分辨率等特性；通过应用小波分析技术，凭借其局部突出性、多分辨率等特征，已经成为当前超声信号时频表达的有效方法，在超声信号降噪、数据压缩、特征提取等方面起到积极作用。

2 新型非接触超声换能技术应用

在传统使用的超声检测设备中，均采用接触式换能方法，在超声探头和被检测材料中促使超声波的能量传输到待检工件中，但是不管采用什么样的耦合介质，完成检测工作之后都需要采取清除措施，而耦合介质的残留或者清除不彻底，将对工件质量造成影响。目前，已经成功研发并投入使用的非接触超声换能方法，主要包括激光超声方法、空气耦合方法、静电耦合方法及电磁声方法等，其中后两种方法的换能器能够较近地接触被检对象表面，在相对特殊的实验室环境、工业环境中采用，具有广泛的发展空间。空气耦合技术的应用，以空气作为耦合介质，完成整个检测过程。

3 超声无损检测的数字化与图像化

随着我国电子与计算机技术、软件技术水平的日益提高，数字化超声测试仪器正大幅度地投入使用，由于其计算的高精度、有效的控制与判断能力，减少了人为检测误差，增强检测的可靠性、稳定性，支持超声检测、超声评价的自动化与智能化发展。结合当前发展与应用的实际情况来看，新一代智能化的数字超声检测仪器，也有着极其广阔的发展空间，并将取替传统模拟探伤仪的地位，成为具有强大处理功能、高密度集成性的超声检测仪器，配合超声成像技术的应用，做到定量与定性相结合，将物体的内部结构信息转变为人眼可识别的图像。

结合当前发展与应用的实际情况来看，新一代智能化的数字超声检测仪器，也有着极其广阔的发展空间，并将取替传统模拟探伤仪的地位，成为具有强大处理功能、高密度集成性的超声检测仪器，配合超声成像技术的应用，做到定量与定性相结合，將物体的内部结构信息转变为人眼可识别的图像。当前较为常用的成像方法主要有超声波显像、扫描超声成像、超声显微镜、TOFD成像、ALOK成像、超声CT成像等多种类型。应用分辨率相对较高的声光传感器，可以直接将

超声转化为可视图像，在小型、复合型材料结构中的检测，比传统意义的扫描更有效率，同时也降低了成本。例如，在基于ARM9处理器的网络化超声检测成像系统中，融入了便携式机械扫描装置，利用TOFD技术成像，同时借助以太网完成波形数据的传输。

应该认识到，在三维成像技术中，无论采取二维图像重建三维图像还是机械臂逐点扫查方法，其扫描的时间都相对较长，且空间分辨率较低，可应用性弱化。针对这一问题，日本制作所研发了基于超声波反射技术的“三维超声波探伤系统”，在该系统中，借助超声波束的作用，完成了三维方式的扫描过程，可以在数秒之内完成三维影像。

4 超声无损检测的网络化与集成化

无损检测的技术与方法非常多，单一的技术可能功能不完善，如果能够综合运用，则可发挥技术之间的互补性。例如，将若干NDT技术集成化处理，实现NDT集成技术应用；在同一台设备中，实现多种检测方法的融合，在关键部位应用检测手段，提高检测结果的精确性。同时采集、存储、处理各种数据，通过综合性的分析与评价，提高工作效率与结论的正确性。以我国国内的复合式无损检测技术及其应用来看，大多为综合型无损检测、组合型无损检测，在NDT集成技术产品应用方面还存在一定制约。而基于微磁技术、超声检测技术的集成化无损检测系统，可较好地发挥微磁检测技术优势，具有快捷、方便、简单等特征，可较好地检测铁磁材料表面缺陷；凭借超声技术的高灵敏性、大深度检测等性能，对铁磁材料内部结构、铝合金材料内部结构等缺陷进行确定。

5 超声无损检测的智能技术应用

当前，关于各种材料、产品或者设备的无损检测，已经不能停留在传统意义的缺陷等级评价、质量等级评价等方面，而是对其缺陷进行预测，尤其对可能发生超标缺陷的工件，严格质量管理措施。在进行探伤检测过程中，实行全面性、综合性的评价，如缺陷性质、危害程度、严重程度、发生原因等，都应提交一份完整的质量评价报告。无损评价技术的应用具有一定复杂性，涉及到材料科学、工程结构、无损检测等诸多学科，但是由此产生的经济效益也不容忽视。在一些特殊的作业环境下，如果采取不必要的停机维修，将带来极大损失。例如，当大型球罐经过焊接之后，如果使用时发现存在缺陷，补焊之后需要重新退火，增大了成本；再如，一些设备的返修需要在设备停止运行的状态下进行，但是这些设备在整个生产中起到关键作用、生产效率相对较高，长时间停产将造成严重的经济损失；采用智能化技术，则可将无损检测技术、无损评价技术与计算机技术结合起来，尤其考虑到超声检测信号的输出特点、数字式超声波探伤仪的特点等，实现了超声检测技术的智能化发展，这也是今后研发与应用的重点方向之一。

6 超声无损检测的高精确、高可靠发展

当前，随着电子技术、计算机技术、自动化控制技术及传感技术的发展，超声无损检测技术也逐渐实现了计算机控制。在生产过程中，可以对产品的运行、质量等进行监控；例如，自动化定位和跟踪检测、缺陷的自动识别、计算机模拟技术等。通过应用计算机软件技术，对超声无损检测过程进行模拟，减少人为因素在这一过程中的干涉，应用计算机进行数据检测与分析，提高数据的完整性、有效性，确保检测的精确度、可靠度。

总之，随着各种全新电子技术、材料科学及测试技术的发展，推动了现代化的无损检测技术；过去，无损探伤的主要目的在于不损坏产品，可发现人眼不能察觉的缺陷，在工程设计及生产中应用；当前，奠定在断裂力学、物理科学等基础上，对产品质量提出更高要求，结合工件、材料的极限寿命等观念，由探伤技术转变为测伤技术、评价技术，除了探测相关的缺陷性质、尺寸、材料力学行为以外，还可以针对被检测的设备、产品等进行使用安全性、检修周期合理性等评价。因此，超声检测已经成为无损检测的关键技术与方法，今后的研究仍集中于灵敏度、适应性、精确性等角度，通过构建数学模型、检出缺陷、分析信号等，实现无损评价的量化处理，进一步拓展超声无损检测的应用领域。发挥更多的价值作用。

参考文献

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作者简介：王新，单位邮编：161041，性别：男，出生年月：1985.12.29，籍貫：黑龙江省龙江县哈拉海乡，学历：本科，毕业院校：黑龙江东方学院，职称：助理工程师，现就职于：中国第一重型机械股份公司，研究方向：大型锻件超声波无损检测方向。