李昊明 趙慧

摘要：隨著社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步，金屬材料超聲無損檢測(cè)技術(shù)作為重要的質(zhì)量控制手段，在工業(yè)裝備檢測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。文章從超聲無損檢測(cè)的概念與研究現(xiàn)狀入手，研究了超聲無損檢測(cè)常用的幾種方法，探討了超聲無損檢測(cè)技術(shù)在金屬材料中的應(yīng)用。

Abstract： With the development of society and the progress of science and technology， ultrasonic nondestructive testing of metal materials， as an important mean of quality control， has been widely used in industrial equipment testing. Starting from the concept and research status of ultrasonic nondestructive testing， this paper studies several commonly used methods of ultrasonic nondestructive testing， and discusses the application of ultrasonic nondestructive testing technology in metal materials.

關(guān)鍵詞：金屬材料;超聲波;無損檢測(cè)技術(shù);應(yīng)用;焊接

Key words： metal material;ltrasonic;nondestructive testing technology;application;welding

中圖分類號(hào)：TB741 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）15-0247-02

0 ?引言

金屬材料是當(dāng)前各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中常用的材料之一，其質(zhì)量的好壞對(duì)生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量具有直接性影響，所以，在工業(yè)生產(chǎn)中，要切實(shí)把握與控制好金屬材料的質(zhì)量。超聲無損檢測(cè)技術(shù)則是如今把控金屬材料質(zhì)量中應(yīng)用效果較好的一種檢測(cè)方式，超聲無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬材料內(nèi)部缺陷的檢測(cè)，還可以對(duì)材料的微觀部分進(jìn)行檢查。這些年以來，我們國(guó)家在此方面的研究力度加大，并且應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸拓寬。

1 ?超聲無損檢測(cè)的概念與研究現(xiàn)狀

超聲無損檢測(cè)是無損檢測(cè)技術(shù)中的一種，是運(yùn)用超聲波來檢查與測(cè)試材料或工件的缺陷。具體來講，超聲檢測(cè)通過對(duì)超聲波的運(yùn)用，將其投射到被檢測(cè)物體上，在遇到物體缺陷之后，超聲波會(huì)反射回來，根據(jù)反射回來的聲訊號(hào)、聲波在傳播過程中的衰減特點(diǎn)等來判斷物體內(nèi)部存在缺陷的可能性。此種檢測(cè)方式不但適用于金屬材料，在一些大型鍛件中也有所運(yùn)用。相比于其他無損檢測(cè)技術(shù)，超聲檢測(cè)技術(shù)具備可探測(cè)厚度寬、操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)靈敏度高、成本較低且對(duì)人體沒有傷害等特點(diǎn)。因而，超聲檢測(cè)技術(shù)在我們國(guó)家已經(jīng)得到了廣泛運(yùn)用，發(fā)展快速。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，超聲檢測(cè)也愈加可靠與直觀。現(xiàn)在這個(gè)時(shí)期，超聲檢測(cè)技術(shù)已取得了一定的進(jìn)展，在很多工業(yè)生產(chǎn)中得以應(yīng)用，領(lǐng)域涵蓋了化工、橋梁、電廠、航空航天、鐵路等行業(yè)。

我們國(guó)家逐漸加大在超聲無損檢測(cè)技術(shù)方面的研究和使用，同時(shí)技術(shù)水平也得到了顯著的提升，這就展現(xiàn)出我們國(guó)家的超聲檢測(cè)技術(shù)發(fā)展已經(jīng)邁向了一個(gè)新的階段。伴隨具有更強(qiáng)功能的信號(hào)處理器與全新數(shù)字化超聲器的出現(xiàn)，特別是人們?cè)诔暀z測(cè)技術(shù)方面的認(rèn)識(shí)也不斷加深，促使超聲檢測(cè)技術(shù)邁進(jìn)一個(gè)層級(jí)更高的發(fā)展時(shí)期，使用范圍也逐步拓寬。當(dāng)前，超聲檢測(cè)技術(shù)經(jīng)常使用的領(lǐng)域就是構(gòu)件質(zhì)量與金屬材料的檢測(cè)與控制方面，以及相應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)。本文主要從金屬材料超聲無損檢測(cè)技術(shù)入手進(jìn)行研究與分析[2]。

2 ?超聲無損檢測(cè)方法研究

超聲無損檢測(cè)方法可根據(jù)聲波類型進(jìn)行劃分，包括連續(xù)波法和脈沖波法，連續(xù)波法中又分為連續(xù)波透射法和共振法兩種，脈沖波法中分為脈沖反射法和脈沖透射法兩種，下面針對(duì)這四種超聲無損檢測(cè)方法展開詳細(xì)的介紹。

2.1 連續(xù)波透射法

該方法需要將兩個(gè)探頭放置在被測(cè)工件的相對(duì)兩側(cè)，采用一個(gè)探頭向工件內(nèi)發(fā)射連續(xù)超聲波，另一個(gè)探頭進(jìn)行超聲波的接收。如果工件完好那么接收探頭可以獲得較強(qiáng)的信號(hào);如果工件內(nèi)存在小缺陷等，部分超聲波就會(huì)被反射出去，在接收端就只能獲得較弱信號(hào);如果工件內(nèi)的缺陷面積大于聲束的截面，聲波就會(huì)被缺陷完全反射，造成接收探頭處完全接收不到信號(hào)。該檢測(cè)方法具有聲程衰少、無盲區(qū)的優(yōu)點(diǎn)，但存在無法準(zhǔn)確定位缺陷和靈敏度低的缺陷，操作上也比較繁瑣。

2.2 共振法

共振法主要通過試樣的共振特性，對(duì)構(gòu)件厚度變化和缺陷情況進(jìn)行判斷。利用聲波在被檢測(cè)物體中進(jìn)行傳遞，在試樣厚度和超聲波半波長(zhǎng)之間為整倍數(shù)的時(shí)候，由于反射與入射波的相位相同而出現(xiàn)共振，并產(chǎn)生共振頻率，通過鄰近的兩個(gè)共振頻率的差值對(duì)試件厚度進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：

（1）

如工件厚度或試樣內(nèi)存在的缺陷發(fā)生變化，需要對(duì)試件共振頻率進(jìn)行改變。在求解出共振次數(shù)n與共振頻率f時(shí)，就可以算出工件厚度。因?yàn)槭褂眠@種方式進(jìn)行檢測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確，且所應(yīng)用的設(shè)備也比較簡(jiǎn)便，適合在厚壁測(cè)量中使用。另外，在工件的厚度發(fā)生變化或出現(xiàn)比較大的缺陷時(shí)，會(huì)出現(xiàn)共振點(diǎn)偏移或共振消失的現(xiàn)象，這種情況適合在板材點(diǎn)焊質(zhì)量、復(fù)合材料的膠合質(zhì)量、板材內(nèi)部夾層、均勻腐蝕量等缺陷的檢測(cè)中使用[3]。

2.3 脈沖反射法

此種方式主要運(yùn)用超聲脈沖波，利用反射機(jī)理在兩種不一樣的介質(zhì)界面上來檢測(cè)工件的缺陷。使用同時(shí)擁有發(fā)射與接收作用的換能器，在熒光屏上將接收的信號(hào)展現(xiàn)出來。若構(gòu)件中沒有缺陷，熒光屏上展示的是底波B和始波T;當(dāng)發(fā)生比聲束截面的缺陷小時(shí)，熒光屏上中展示的是缺陷F，缺陷聲程與F波在時(shí)基軸上的位置有關(guān)，故而能夠?qū)υ嚰腥毕菸恢眠M(jìn)行確定。缺陷的反射方向角和反射面積的大小決定了缺陷當(dāng)量的大小，能夠?qū)θ毕莓?dāng)量大小進(jìn)行評(píng)價(jià);當(dāng)出現(xiàn)大于聲束截面的缺陷時(shí)，反射全部聲能，在熒光屏上將對(duì)大的缺陷波和始波進(jìn)行顯示[4]。

2.4 脈沖透射法

此方法主要在被檢試件兩邊裝有發(fā)射、探收探頭，并使兩個(gè)探頭的聲軸保持在一條直線上，試件與探頭之間耦合良好，按照超聲波穿透試件后的能量浮動(dòng)情況，來評(píng)判試件內(nèi)部質(zhì)量的好壞。試件中不存在缺陷時(shí)，在熒光屏上會(huì)展現(xiàn)具備一定幅度的回波脈沖B和始波T;在試件中出現(xiàn)較小缺陷時(shí)，由于聲波被缺陷擋住，回波信號(hào)幅度降低;當(dāng)試件中發(fā)生了面積比聲束載面的缺陷大時(shí)，熒光屏上失去回波信號(hào)，對(duì)起始脈沖T進(jìn)行顯示[4]。

3 ?超聲無損檢測(cè)技術(shù)在金屬材料中的應(yīng)用

金屬材料為工業(yè)生產(chǎn)中的首要操作對(duì)象，若金屬材料自身存在缺陷，則整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)工作都失去了意義。因而，在開始工業(yè)生產(chǎn)以前，應(yīng)對(duì)金屬材料的質(zhì)量進(jìn)行有效的檢測(cè)。

3.1 靈活選擇超聲無損檢測(cè)技術(shù)方法

由于不同金屬材料在外表形狀、內(nèi)部性質(zhì)以及尺寸等方面不一致，在對(duì)金屬材料進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候，都可能會(huì)發(fā)生一些缺陷問題。所以，對(duì)于相關(guān)檢測(cè)人員來說，其在開始應(yīng)用超聲無損檢測(cè)技術(shù)之前，應(yīng)進(jìn)行反復(fù)的測(cè)試與驗(yàn)證，選擇一種最適宜的方法?；诖耍趯?shí)際工作中，超聲無損檢測(cè)技術(shù)的選擇應(yīng)從下面兩個(gè)方面予以考慮：一方面，工作人員需充分考慮材料本身可能存在的缺陷問題，并在此基礎(chǔ)上來選擇合理的檢測(cè)方法;另一方面，在進(jìn)行金屬材料測(cè)試的時(shí)候，考慮檢測(cè)技術(shù)自身，針對(duì)其中存在的不足予以改進(jìn)，可以結(jié)合其他檢測(cè)方法一起使用，從而起到互相補(bǔ)充的作用。

3.2 在對(duì)的時(shí)間段內(nèi)實(shí)施無損檢測(cè)工作

從上文已知，不同的金屬材料其性能具有非常大的區(qū)別，而即使對(duì)于同樣的金屬材料，其在不同時(shí)間與狀態(tài)下開展的檢測(cè)工作，最后產(chǎn)生的效果也不一樣。故在運(yùn)用超聲無損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行金屬材料檢測(cè)時(shí)，應(yīng)選擇合適的時(shí)間段。在選擇檢測(cè)時(shí)間時(shí)，檢測(cè)人員可以從金屬材料的性能方面入手，通過不同材料的性能來為其選擇合適的時(shí)間段。若檢測(cè)人員需要提前對(duì)金屬材料進(jìn)行檢測(cè)，則應(yīng)與現(xiàn)實(shí)情況相結(jié)合，明確具體的檢測(cè)時(shí)機(jī)，以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.3 對(duì)超聲無損檢測(cè)方式加以升級(jí)

在使用超聲無損檢測(cè)技術(shù)開展金屬檢測(cè)工作時(shí)，應(yīng)不斷升級(jí)超聲無損檢測(cè)技術(shù)。當(dāng)今，伴隨科技的進(jìn)步與發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)獲得了一定的改進(jìn)，現(xiàn)在已經(jīng)擁有的超聲無損檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)結(jié)果方面也趨于準(zhǔn)確，檢測(cè)設(shè)備也不斷朝著集成化的方向發(fā)展。在確定金屬材料具有缺陷時(shí)，就應(yīng)對(duì)新型檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行深入的研究，不斷優(yōu)化檢測(cè)方式，確保全方位開展金屬材料的缺陷檢測(cè)工作[1]。

3.4 超聲無損檢測(cè)技術(shù)在金屬材料應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

利用超聲無損檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)金屬材料，分析檢測(cè)結(jié)果，總結(jié)出如下幾點(diǎn)應(yīng)用中需要注意的事項(xiàng)：首先，按照設(shè)計(jì)圖紙中的要求使用相應(yīng)的技術(shù)，依據(jù)超聲無損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行檢測(cè);其次，通過對(duì)超聲無損檢測(cè)技術(shù)的時(shí)間運(yùn)用，確定工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)節(jié)步驟，進(jìn)一步對(duì)工件現(xiàn)實(shí)運(yùn)用狀況進(jìn)行檢測(cè)。再次，通過使用超聲無損檢測(cè)技術(shù)定位準(zhǔn)確特性，定位其探頭位置，確定檢測(cè)結(jié)果。最后，在運(yùn)用超聲無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)金屬材料進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，要正確分析反射波幅值，保證超聲波的完整與準(zhǔn)確。

4 ?結(jié)束語

通過金屬材料超聲無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，能夠提高金屬材料等不可再生資源的利用率，對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展有著極大的推動(dòng)作用。同時(shí)，隨著電子信息技術(shù)日新月異的發(fā)展，超聲無損檢測(cè)技術(shù)日趨成熟，促使工業(yè)領(lǐng)域原材料檢測(cè)技術(shù)能力大幅度提高，在未來的發(fā)展中獲得更加全面、廣泛的應(yīng)用空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]婁振洋.金屬材料超聲無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究[J].世界有色金屬，2019，17：172，174.

[2]郝培培.金屬材料超聲缺陷檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用[D].南京信息工程大學(xué)，2013.

[3]龐聰.試論金屬材料焊接中超聲無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用[J].世界有色金屬，2017，11：258-259.

[4]Masanari Shoji. Ultrasonic Guided Wave Inspection of Anchor Rods Embedded in Soil[J]. Journal of Nondestructive Evaluation， 2019， 38（4）：96.

作者簡(jiǎn)介：李昊明（1991-），男，山東蓬萊人，助理工程師，本科，主要從事質(zhì)量健康安全環(huán)保體系咨詢、檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究、安全環(huán)保專業(yè)咨詢、評(píng)價(jià)等;趙慧（1994-），女，山東蓬萊人，助理工程師，本科，主要從事建筑設(shè)計(jì)與研究、QHSE工程管理等相關(guān)工作。