重庆市渝发水利科学研究院
摘要：超声波作为一种较为先进的检测手段，有着其独特的优势，在目前水利工程质量检测中得到了广泛的应用。超声波在水利工程质量检测中的应用已经有了一定的经验基础，并且现阶段发展速度十分迅速。相对于这总发展速度来讲，现阶段超声波在水利工程质量检测中的应用质量无法满足实际应用需求，这也对其质量提高有了更高的要求。在现阶段来说超声波在水利工程质量检测中的应用需要通过探索与研究才能得出进一步的结论。水利工程专业人员需要加深对超声波技术的理解，并且不断将其应用于水利工程质量检测中，这能够有效保证水利工程的建设质量提高。
关键词：超声波；水利工程；质量检测；应用
超声波作为一种先进的技术手段，能够更好的满足水利工程质量检测的需求。在对超声波检测技术简述的基础上，重点探讨超声波在水利工程质量检测中的应用，通过对超声波在钢焊缝缺陷检测、钢管壁厚度检测以及混凝土质量检测中的应用进行研究分析，从多个角度试验超声波能够在水利工程质量检测这一领域得到更好的应用，有效保证水利工程建设质量。
1超声波检测技术简述
超声波检测技术主要是利用超声波与被检测物体内部接触时，材料密度所发生的变化反射或透射接收声部讯号野生变化，从而对物体内部缺陷情况进行检测。超声波检测根据发射与接收方式的不同，或者时间的不同可以分为脉冲反射法、脉冲透射法、共振法、衍射时差法几种。
2超声波检测水利工程质量的原理
超声波是一种频率高于人耳能听到的频率(20Hz－20KHz)的声波，频率越高检测精度越高，分辨率越高。超声检测是利用超声波的特性在被检测物体表面及内部传播时，遇到材料密度发生变化的界面发生反射或透射接收的声波讯号特征变化，来检测物体内部或表面的缺陷情况。理论上超声波在不同材质的内部的传播速度不同，同一材质的金属不同的厚度超声波的传播速度也不同，由于多普勒效应形成的反射图像也会有影响。超声波在本质上是一种波，它在传播过程中服从波的传输规律和原则。
3水利工程质量检测中超声波应用的重要性分析
水利工程质量检测是指水利工程质量检测单位，依照国家相关法律法规，对水利工程实体以及用于水利工程的原材料、中间产品、金属结构和机电等设备进行的检查、测量、试验或者度量，并将结果与有关标准、要求进行对比确保工程质量的每一个步骤是否合格所进行的活动。水利工程的质量检测主要分为:量测、岩土、机械电气、金属结构、混凝土几个方面，检测结果分为甲、乙两个等级，大型水利工程的质量检测业务主要包含对建筑物的质量鉴定以及水利工程质量与安全事故鉴定等。在大型的工程当中，任何一个零件的质量不过关都可能导致整个工程的全面崩溃，所以每一个环节都要有相当高标准的质量要求。由于水利工程项目的特殊性和项目难度，对该项目的检测的难度系数也就增高，为解决检测过程中的问题引入了各项新的科技技术。超声波是一种频率高于20000Hz的声波，是使用到于水利工程质量检测的技术之一，超声波具有方向性好、穿透力强的功能，最重要的是其在水中的传输距离远，解决了水利工程零件处于水中难以精确检测的空间限制，为国家的水利事业引入了新鲜的力量。
4超声波在钢焊缝缺陷检测中的应用
超声波与X射线作为水利工程质量检测过程中最重要到的两种方式，也是钢焊缝质量检测最常用的方法。水利工程施工过程中会留下大量的钢焊缝，同时由于钢焊缝结构物尺寸交到，在水利工程施工过程中受到外界影响较大，使得钢焊缝质量无法得到提升，这也对钢焊缝质量检测提出了更高的要求。钢焊缝的质量检测过程需要利用超声波检测才能确保其经济性能的优良。利用超声波对钢焊缝质量进行检测过程中，由于金属晶粒存在声阻抗较大、尺寸较小等特征，给检测过程带来一定困难，因此需要考虑到金属晶粒的特征，对其缺陷进行检测。而超声波检测能够检测出其中存在的细小缺陷，同时根据其倾斜角度将超声波射到需要被检测的钢焊缝中。水利工程在建设过程中，压力引水管道主要材料为钢，且钢管直径较大。超声波在钢焊缝质量检测中进行应用时，超声探头发出主频率为2.5MHz的超声波，以一定角度对其进行斜角入射，透过待检测钢焊缝，将钢焊缝中存在的缺陷通过超声波的形式反射回超声探头。
超声波探头通过能量转换将其反射回波转换成为电信号后输入探伤仪，经过处理后将其基线显示在显示屏上，根据其缺陷反射波能够精准确定钢焊缝中缺陷存在的具体位置，通过反射波幅及变化情况对缺陷性质与面积进行反应，如图1所示。
图1 超声波在钢焊缝质量检测中的应用示意图
若在钢焊缝中无缺陷的存在，超声波通过钢焊缝则无反射波存在，在显示屏上仅仅会显示起始声波。
5超声波在钢管壁厚度检测中的应用
在水利工程中，众多泥沙河流、水电站以及灌区等引水管都采用钢制材料，经过长时间的冲刷，管壁厚度会逐渐减小。为保证引水管道的安全性，主要针对水管厚度定期进行安全性检查。由于水利工程中的引水钢管直径较大、管线较长，一部分管段会埋在地下，由于其管体被混凝土包裹，不仅无法对钢管横截面进行测量，也无法对钢管厚度进行测量。因此，反射声波金属测厚仪对其发生超声波，虽然水管有一部分被混凝土包裹且管中有水体，但通过对已知金属材料往返时间进行测量，能够对水钢管壁厚进行检测。
6超声波在混凝土质量检测中的应用
混凝土作为水利工程中最重要的结构材料之一，主要用于工地材料的养护、拌和、浇筑、配料等，每一个环节对于对整个工程质量都有着重大的影响。而混凝土标准试件抗压强度对混凝土来说，作为一种间接测定值，对于混凝土在特定条件下的性能能够进行反应。在水利施工过程中，若其中某个环节存在问题，则会造成非常严重的安全隐患，因此对混凝土的质量检测十分重要。相较于传统的检测方法，超声波在混凝体质量检测中主要针对混凝土强度、混凝土缺陷以及混凝土裂缝等。超声波在混凝土强度检测的应用中，由于混凝土主要材料为人造石材与多种配料相结合，因此配料与施工不同条件下对混凝土强度也会产生不同程度的负面影响。利用超声波对混凝土强度进行检测时，通常情况下回采用超声脉冲法。
其主要原理为利用超声脉冲在通过混凝土的一定速度内，由于混凝土自身的一定弹性，超声脉冲根据两者中的一定关系对其进行检测。检测过程可以利用数学模型进行辅助，保证测试结果更加精确;超声波在混凝土缺陷检测的应用过程中，想要对龄期、配合比、测试距离以原材料都固定的混凝土来说，混凝土中如果存在一定空隙或裂缝，那么超声波只能绕过空隙或裂缝传播到接收换能器。由于空气声阻抗率与混凝土声阻抗率相比较低，因此超声波在遇到空隙或裂缝时，会出现反射或散射现象，声能量逐渐出现衰弱的现象，并且其中频率较高的声能量衰弱的更快，接收信号的声速、频率以及波幅明显降低。因此，根据混凝土中超声波生存参数测试值对于混凝土中的缺陷范围和位置进行确定。其原理如图2和图3所示。
图4 混凝土伤层厚度平测
7结语
超声波在水利工程质量检测中主要可以针对钢焊缝、钢管壁厚度以及混凝土质量进行检测，且有着较好的发展前景。超声波在钢焊缝质量检测的应用中，能将超声波斜角穿透到钢焊缝中，从而对钢焊缝中存在的缺陷进行检测。同时由于声速在金属材料上的往返时间固定，根据这一特定能够对水管壁厚度进行检测。或者利用超声波在混凝土中的穿透速度对混凝土的强度以及其中存在的缝隙进行检测。相对于传统水利工程质量检测方法，超声波检在水利工程质量检测中的应用有着更多的优势。超声波的应用在检测方法与技术要求上也较高，目前来说国内超声波检测技术的实际应用存在一定限制，因此需要从多个角度对这一领域进行试验，让超声波在水利工程质量检测中得到更好的应用。
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论文作者:张学智
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年4期
论文发表时间:2019/6/13
标签：超声波论文; 水利工程论文; 混凝土论文; 质量检测论文; 水利论文; 缺陷论文; 反射论文; 《建筑学研究前沿》2019年4期论文;