姚智源 趙丹

[摘 要]無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要包括射線探傷、超聲波探傷、磁粉探傷、滲透探傷、聲發(fā)射等方法。超聲波探傷以其探傷距離大、探傷裝置體積小、重量輕、便于攜帶、檢測(cè)速度快、檢測(cè)費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)，在過程設(shè)備制造和在役檢測(cè)工作中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]無(wú)損檢測(cè)，超聲，應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TU473.16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）11-0393-01

近年來(lái)我國(guó)超聲無(wú)損檢測(cè)事業(yè)取得了巨大進(jìn)步和發(fā)展。超聲無(wú)損檢測(cè)已經(jīng)應(yīng)用到了幾乎所有工業(yè)部門，其用途正日趨擴(kuò)大。超聲無(wú)損檢測(cè)的相關(guān)理論和方法及應(yīng)用的基礎(chǔ)性研究正在逐步深入，已經(jīng)取得了許多突破性進(jìn)展。比如，用戶友好界面操作系統(tǒng)軟件；各種掃描成象技術(shù)；多坐標(biāo)、多通道的自動(dòng)超聲檢查系統(tǒng)；超聲機(jī)器人檢測(cè)系統(tǒng)等。無(wú)損檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，檢測(cè)儀器的數(shù)字化、智能化、圖象化、小型化和系列化工作也都取得了較大發(fā)展。我國(guó)已經(jīng)制訂了一系列國(guó)標(biāo)、部標(biāo)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而且引進(jìn)了ISO，ATSM等一百多個(gè)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)損檢測(cè)人員的培訓(xùn)也逐漸與國(guó)際接軌。

一、超聲探傷技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用

1.1 機(jī)車檢測(cè)方面的應(yīng)用

1.1.1 在高速鋼軌檢測(cè)中的應(yīng)用

我國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)線路近七萬(wàn)公里，而且鐵路正在向高速、重載的方向發(fā)展。超期服役的鋼軌數(shù)量很大，線路上的鋼軌在承擔(dān)繁重的運(yùn)輸任務(wù)過程中，不免要產(chǎn)生各種肉眼能看見及看不見的損傷如側(cè)磨、軌頭壓潰、剝離掉塊、銹蝕、核傷、水平裂紋、垂直裂紋、周邊裂紋等。

當(dāng)被檢鋼軌內(nèi)部有一個(gè)裂紋缺陷（或其他缺陷），將超聲波探頭放在被檢鋼軌的某一表面部位（該面稱作探傷面、檢測(cè)面），探頭向被檢鋼軌發(fā)射超聲波信號(hào)，超聲波穿過界面進(jìn)入被檢鋼軌內(nèi)部，在遇到缺陷和兩介質(zhì)的界面時(shí)都會(huì)有反射，反射信號(hào)被探頭接收后，通過探傷儀內(nèi)部的電路轉(zhuǎn)換，就可以把缺陷信號(hào)和底波信號(hào)形象地顯示出來(lái)。根據(jù)超聲波的聲程推算，就可以輕易地將缺陷信號(hào)和底波信號(hào)區(qū)分開，然后通過超聲波試塊進(jìn)行定標(biāo)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌缺陷的定位和定量。

1.1.2 在車輪缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

輪對(duì)是車輛走行部中最重要的部件之一，對(duì)軌道車輛輪對(duì)的檢測(cè)并準(zhǔn)確地判斷其缺陷位置一直是鐵道運(yùn)輸部門非常重視的問題。該系統(tǒng)采用電磁超聲探傷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)輪對(duì)踏面的缺陷檢測(cè)，包括：踏面剝離及剝離前期檢測(cè)：踏面表面及近表面裂紋檢測(cè)。

電磁超聲探傷系統(tǒng)利用超聲表面波的脈沖反射原理進(jìn)行缺陷檢測(cè)。當(dāng)輪對(duì)沿鋼軌運(yùn)行到探頭位置，輪對(duì)踏面接觸探頭的瞬間，EMAT（電磁超聲探傷技術(shù)）在車輪踏面表面及近表面激發(fā)出電磁超聲表面波脈沖，超聲表面波將沿踏面表面及近表面圓周以很小的損耗傳播。超聲表面波在踏面雙向傳播（順時(shí)針和逆時(shí)針），沿車輪表面及近表面?zhèn)鞑?周后回到探頭位置，EMAT探頭檢測(cè)到返回的超聲表面波后形成第1次周期回波：未衰減的超聲波繼續(xù)沿踏面?zhèn)鞑?，依次形成?次、第3次周期回波，，直到能量衰減到設(shè)備無(wú)法檢測(cè)為止。

當(dāng)車輪踏面表面及近表面有裂紋或剝離等缺陷存在時(shí)，超聲波在缺陷端面處一部分能量被反射，沿原傳播路徑返回并被探頭檢測(cè)到，形成缺陷回波：另一部分能量繞過缺陷端面繼續(xù)傳播，形成周期性回波。通過正常的周期回波（RT）與缺陷回波（E）的對(duì)比分析，可以定性分析當(dāng)前輪對(duì)的踏面缺陷狀況。

1.2 建筑和土木方面的應(yīng)用

1.2.1 超聲在測(cè)定混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及厚度的應(yīng)用

（1）強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)

超聲波檢測(cè)是利用混凝土的抗壓強(qiáng)度與超聲波在混凝土中的傳播參數(shù)（聲速）之間的相關(guān)性來(lái)檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的。混凝土的彈性模量越大，強(qiáng)度越高，超聲波的傳播速度越快。經(jīng)試驗(yàn)，這種相關(guān)關(guān)系可以用非線性數(shù)學(xué)模型來(lái)擬合，即通過實(shí)驗(yàn)建立混凝土強(qiáng)度和聲速的關(guān)系曲線?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)該選擇澆筑混凝土的模板側(cè)面為測(cè)試面。每一試件上相鄰測(cè)區(qū)間距不大于2m。

測(cè)試面應(yīng)清潔平整，干燥無(wú)缺陷和無(wú)飾面層。每個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)應(yīng)在相對(duì)測(cè)試面上對(duì)應(yīng)的輻射和接收換能器應(yīng)在同一軸線上，測(cè)試時(shí)必須保持換能器與被測(cè)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(jì)算或查表取得對(duì)應(yīng)測(cè)區(qū)的混凝土強(qiáng)度值。

（2）聲波反射法測(cè)量厚度

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(shù)也越大，反射信號(hào)就越強(qiáng)。所以只要能從直達(dá)波和反射波混雜的接收波中識(shí)別出反射波的疊加起始點(diǎn)，并測(cè)出反射波到時(shí)，就可以計(jì)算混凝土的厚度。

1.2.2 超聲在橋梁混泥土裂縫檢測(cè)中的應(yīng)用

橋梁結(jié)構(gòu)的使用性能及耐久年限，主要由設(shè)計(jì)、施工和所用材料的質(zhì)量等諸多因素共同決定。由于設(shè)計(jì)、施工和材料可能存在某些缺陷，這些缺陷會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)先天存在著某些薄弱之處：此外，橋梁在營(yíng)運(yùn)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。

二、結(jié)語(yǔ)

超聲波探傷作為無(wú)損檢驗(yàn)的一種重要手段，在工業(yè)上已獲得廣泛的應(yīng)用。目前，從儀器品種、探頭種類、探傷方法、自動(dòng)化水平等各方面都在不斷的革新和發(fā)展中。它的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)平面型缺陷十分敏感，一經(jīng)探傷便知結(jié)果，易于攜帶，多數(shù)超聲探傷儀不必外接電源，穿透力強(qiáng)。局限性是藕合傳感器要求被檢表面光滑，難于探出細(xì)小裂縫，要有參考標(biāo)準(zhǔn)，為解釋信號(hào)要求檢驗(yàn)人員素質(zhì)高。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉鎮(zhèn)清，劉驍；超聲無(wú)損檢測(cè)的若干新進(jìn)展[J]；無(wú)損檢測(cè)；2000年09期.

[2] 劉朝軍；缺陷評(píng)定的原理與方法[J]；無(wú)損探傷；1999年04期.