超声波无损检测技术应用现状及发展前景分析

王福军

摘 要：近年来，我国的经济飞速发展的同时，社会进步迅速，各行各业的发展也突飞猛进，在此过程中，超声波无损检测技术的应用也越来越广泛。超声波检测技术逐渐向数字化、智能化方向发展，工业生产过程中超声波无损检测仪器可以对产品进行实时监控，识别并剔除生产过程中有缺陷的产品，提高产品生产质量和生产效率。

关键词：超声波无损检测技术;应用现状;发展前景分析

超声波检测是常规无损检测技术之一，是目前发展较快、应用范围较广、使用频率较高的无损检测技术。尤其是近一二十年，随着对声学理论研究的深入和细化，加之计算机大数据时代的到来，很多以声学为基础的崭新检测方法涌现出来。这就使超声波检测技术成为一门以声学理论为根基向多元化呈树冠型发展的综合学科。为了在普及和教学过程中能够有清晰的组成架构，便于系统地由浅入深来展开，也为了在理论研究中和新技术研发时能提供可靠的知识架构，对现有超声波检测技术和基于超声波检测理论的检测技术进行梳理是很有必要的。

1 超声波的工作原理

超声波是一种工作频率超过人耳辨识范围的高频率的声波，它具备这传递能量还有传递信息的功能。并且超声波容易获取，成本低廉，工作操作简单，没有什么危险性，是一种性能十分优良的检测工具。同时超声波的工作过程中受到外部环境的影响较小，它不会因为温度，湿度，光照强度等一系列外部环境的变化而发生变化，具有稳定，可以进行相对精确度要求比较高的测量。超声检测器主要有四个模块工程，超声波的发射装置，超声波接收装置，数据的收集转换装置，还有数据分析处理装置。通过超声波在介质中传播的速度就可以判断出介质材料的性能，如果传播的速度快，说明了该种介质材料具有较强的硬度，如果超声波在该种介质中传播的速度较慢，那么，就说明了该种介质材料具有较弱的强度。根绝超声波反射的情况，可以判断路面的平整度，可以判断障碍物距离波源的距离。应用超声波进行测量可以节省大量的工作时间，减轻工作人员的工作量，超声波具有广泛的应用前景。

2 超声波无损检测技术应用

2.1 超声波探伤的运行方式和操作技术

对附件焊接质量进行检测时，借助超声波原理，将不同频率的声波发送到检测位置。检测位置反弹声波后，会接收到不同振动信号的声波，并根据声学原理判断附件结构内存在的质量问题。检测过程中，由压电晶片发出超声波，附件受超声波作用后，自身结构内部存在的缺陷会将超声波形成反射波，将反射波以脉冲的形式出现在检测设备上。此时，检测人员可根据脉冲波形确定附件内存在缺陷的位置和规格。目前，以超声波为原理研制的检测技术可分为四种。第一，穿透法。借助设备发出的脉冲波，形成持续的传播信号作用在附件上，附件将传播信号转换成能量，工作人员根据能量的变化确定附件内的缺陷位置和规格。使用穿透法对附件进行检测时，工作人员将两个探头放置在设备和附件上作为信号发射设备和信号接收设备。第二，脉冲反射法。工作人员通过产生的发射波检测附件存在的缺陷。检测过程以缺陷回波法为主，工作人员通过仪器即可获得相关信息。第三，TOFD法。使用该方法，工作人员使用多个探头将产生的声波营造成一个检测环境，将附件放置在该环境内，若附件结构内存在缺陷，会产生反射声波和衍射波。工作人员计算反射时间，并按照三角方程原理确定附件内缺陷的位置和规格。现阶段，在飞机附件检测过程中，通常会使用脉冲发射法。

2.2 无损检测中超声波探伤技术检测缺陷等级的评定

在等级评定过程中，主要对三方面的等级进行评定，分别是无损检测的技术规则分析、焊缝处的记数方法、抽样检验合格判定。其中无损检测技术的超声波探伤技术需要严格的遵守无损检测测的技术规则，一般在焊缝内部都具有不同的等级，表示的伤情也不同。一般一级焊缝需要探伤比例100%，需要每一个检测材料都无损伤。同时，在二级焊接处需要探伤比例为20%，一般按照工厂制作焊缝，进行探伤也要对现场安装焊缝按照同一类型、同一施焊条件进行百分比的计算。探伤长度不得少于2cm，也不能小于一条焊缝，这样才符合当前的无损检测的要求。同时在焊缝处的技术方法方面需要以10cm的焊缝为临界值，工厂制作焊缝的过程中，如果超过10cm，则每条焊缝记为一处，这样通过分段计数的方式，能将不同的长度分为四段，一般每3cm设置一处焊缝。最后，在抽样检测的过程中，可以对单拼接材料进行检测，在检测时每一批的材料都需要保证合格，如果不合格率超过5%，那么整批材料都要重新进行制定，同时对于不合格材料的两侧要增加焊缝的延长线，如果不合格率超过3%，可能整一个材料批次都不符合，不合格要对所有剩余的材料进行重复检验。

3 超声波无损检测技术发展前景

几十年来，我国超声无损检测事业已得到了巨大发展和广泛应用，几乎应用到所有工业部门。如作为基础工业的钢铁工业、机器制造工业、锅炉压力容器有关工业部门、石油化工工业、铁路运输工业、造船工业、航空航天工业、高速发展中的新技术产业如集成电路工业、核电工业等重要工业部门。目前大量应用于金属材料和构件，包括质量在线监控和产品在役检查。水平普遍提高，应用频度和领域也日益增多。目前我国对各种大型结构压力容器和复杂设备都已具备检测能力。在裂缝自身高度的测量和高温条件下的非接触超声检测等方面都有很大进展。核电工业虽然是我国的新兴工业，但超声检测已用于核电工业的各个方面。我国已能按业主的要求及标准的规定，使用国际先进的装备，执行国际通用标准，完成核電厂和核设施的役前及在役检查。利用超声波测量流速、流量的技术在医疗、供水、排水、废水处理、电力、石油、化工、冶金、矿山、环保、河流、海洋等计量巾有着广泛的应用，不仅可用于流体，液体两相流的测量，还可用于气体流量测量，其研究已有数十年历史。

但是，我国超声无损检测事业从整体水平而言，与发达国家之问存在很大差距。具体表现在以下几个方面：①检测专业队伍中高级技术人员和高级操作人员所占比例较小，极大阻碍了超声无损检测技术自动化、智能化、图象化的进展由于经验丰富的老一辈检测工作者缺乏把实践经验转化为理论总结，而年轻的检测人员虽拥有丰富的计算机等现代技术，却缺乏切实的实践经验，这有可能导致现有的超声检测软件系统不同程度的缺陷，降低了检测的可靠性。特别像专家系统软件，以及有自动判伤，自动评定缺陷级别功能的软件编写应该引起足够的重视;②专业无损检测人员相对较少，现有无损检测设备利用率低我国无损检测技术经过40年的发展，虽然应用已经遍及近30个系统领域，直接从事无损检测技术方面的人员已达20万左右。但是高技术专业人员较少目前我国的投入不比日本少，国民生产总值只有日本的三分之一左右。这主要是由于我国产品质量上存在问题而导致大量产品报废所致。据测算，我国不良品的年损失约2000亿元。更严重的后果是产品的竞争能力差，影响产品进入国际市场。我们调研的几个大型机械制造企业，都拥有为数不少的无损检测设备，但由于对无损检测重要性认识不够，专门从事无损检测的人员缺乏等因素，无损检测在生产中并未发挥其应有的作用。无损检测方面的书籍缺乏，很不利于无损检测后继人员的培养;③重视对无损检测技术领域的信息技术应用。当信息技术和无损检测结合以后，人们就可以最大限度地从检测过程中获取大量信息。我国对无损检测信息技术的建设工作还处在相当薄弱的阶段。

4 结语

超声波检测作为一种常见的无损检测技术，由于适应性强、灵敏度高、检测范围广等被广泛应用于建筑工程、电气工程、铁路运输工程等各个领域，是近年来无损检测技术的重点研究方向。随着计算机信息技术、人工智能技术等在超声波检测中的广泛应用，超声波无损检测技术将逐渐向定量、图像化、智能化方向发展。

参考文献：

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