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摘要：无损检测（Non Destructive Testing），是在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，采用射线、超声、红外、电磁等原理技术并结合仪器对材料、零件、设备进行缺陷、化学、物理参数检测的技术。常见的如超声波检测焊缝中的裂纹。由于并不影响被检对象的使用性能，无损检测技术在这些年得到了飞速的发展。随着市场对产品质量的要求越来越高，无损检测技术也进入了高速发展的阶段，主要有射线检验（RT）、超声检测（UT）、磁粉检测（MT）和液体渗透检测（PT）四种。
关键词：无损检测；超声检测
一、引言
1.1选题背景及研究意义
无损检测是工业发展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平，其重要性已得到公认。中国在1978年11月成立了全国性的无损检测学术组织——中国机械工程学会无损检测分会。在无损检测的基础理论研究和仪器设备开发方面，中国与世界先进国家之间仍有较大的差距。
与破坏性检测相比，无损检测有以下特点。第一是具有非破坏性，因为它在做检测时不会损害被检测对象的使用性能；第二具有全面性，由于检测是非破坏性，因此必要时可对被检测对象进行100%的全面检测，这是破坏性检测办不到的；第三具有全程性，破坏性检测一般只适用于对原材料进行检测，如机械工程中普遍采用的拉伸、压缩、弯曲等，破坏性检验都是针对制造用原材料进行的，对于产成品和在用品，除非不准备让其继续服役，否则是不能进行破坏性检测的，而无损检测因不损坏被检测对象的使用性能。所以，它不仅可对制造用原材料，各中间工艺环节、直至最终产成品进行全程检测，也可对服役中的设备进行检测。
二、超声检测原理
2.1超声波检测的基本原理
声波是一种机械波，超声波是一种频率很高的声波。使用具有压电或磁致伸缩效应的材料便可产生超声波。当在压电材料两面的电极上加上电压，他就会按照电压的正负和大小，在厚度方向产生伸、缩的特点。利用这一性质，若加上高频电压，就会产生高频伸缩现象。如果把这个伸缩振动设法加到被检工件的材料上，材料质点也会随之产生振动，从而产生声波，在材料内传播。
超声波的接收是同超声波的发射完全相反的过程，即超声波传到被检材料表面，使表面产生振动，并使压电晶片随之产生伸缩，在电极就可在仪器示波屏上进行观察和测定。
通过超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。适用于金属、非金属和复合材料等多种试件的无损检测；可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。如对金属材料，可检测厚度为1～2mm的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件；而且缺陷定位较准确，对面积型缺陷的检出率较高；灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷；并且检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便。利用超声波的速度特性，还可以应用于混凝土强度检测、球墨铸铁的强度及石墨球化度的测量、确定陶土坯的湿度以确定进窑焙烧的时机、气体介质的特性分析，以及测量石油馏分的密度、氯丁橡胶乳液的密度等等。但其对具有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难；并且缺陷的位置、取向和形状以及材质和晶粒度都对检测结果有一定影响，检测结果也无直接见证记录。
到目前为止还没有一个成熟的方法对缺陷的性质进行准确的评判，只是根据荧光屏上得到的缺陷波的形状和反射波高度的变化结合缺陷的位置和焊接工艺对缺陷进行综合估判。
2.2超声波检测方法
超声波探伤作为无损检测检测方法之一，是在不破坏加工表面的基础上，应用超声波仪器或设备来进行检测，既可以检查肉眼不能检查的工件内部缺陷，也可以大大提高检测的准确性和可靠性。在工业应用中，超声波检测主要是对各种材料进行检测，通过它人们可以探测出金属等工业材料中有没有气泡、伤痕、夹渣、未焊透、未熔合裂缝等缺陷。利用超声波检测方法，主要有穿透法和反射法两种方式。
穿透法使用两个探头，一个用来发射超声波，一个用来接收超声波。检测时，两个探头分置在工件两侧，根据超声波穿透工件后能量的变化来判别工件内部质量。
反射法高频发生器产生的高频脉冲激励信号作用在探头上，所产生的波向工件内部传播，如工件内部存在缺陷，波的一部分作为缺陷波被反射回来，发射波的其余部分作为底波也将反射回来。根据发射波、缺陷波、底波相对于扫描基线的位置可确定缺陷位置；根据缺陷波的幅度可确定缺陷的大小；根据缺陷波的形状可分析缺陷的性质；如工件内部无缺陷，则只有发射波和底波。
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三、超声检测的应用
3.1基于超声波速度特性的超声检测应用
同一波形的超声波在不同的材料中有不同的传播的速度，而在同一材料中，不同波形的超声波也有不同的传播速度。当材料的成分、显微组织、密度、内含物的比例、浓度、聚合物转化率、强度、温度、压强、速度等存在差异或发生变化时，期声速也将出现差异。
利用专门的声速测定仪或利用普通的超声脉冲反射型探伤仪或测厚仪，将未知声速的材料与已知声速的标准试样比较，从而可以测出材料的声速或者声速变化。可以用于：
1、材料物理常数的测定
2、测量温度
3、测量流量
4、测量液体的黏度
5、测量应力
6、测量硬度
7、测定金属表面裂纹的深度
8、测量厚度
3.2基于超声波谐振特性的超声检测应用
超声波是一种机械振动波，利用超声波谐振仪把频率可调的超声波垂直入射到被检工件中，当超声波与工件的固有频率发生频率共振时，相向传播的入射波与反射波互相叠加形成驻波。利用这种谐振特性，可以应用于：测厚检测缺陷。超声波谐振特性的一个典型应用时超声硬度计，它是借助超声传感器杆谐振频率的变化来测量硬度的，主要用于测定金属的洛氏硬度。超声硬度测量的优点时对试件表面破坏小、测量速度快、操作程序简单，特别适合成品工件百分之百检验，并且可以手握
测头直接对工件检测，特别适合于不易移动的大型工件、不易拆卸的部件进行测量。
3.3超声波相控阵检测技术的应用
超声波相控阵检测技术是一种新型的特殊超声波检测技术，类似相控阵雷达、声呐等其他波动物理学的原理，但是超声波具有波长较短，模式变化，以及更多复杂成分的特性，在材料无损评价领域获得越来越多的应用。工业超声波相控阵检测时，高频声束遵循超声波在材料中的传播规律通过被检测材料并能在屏幕上显示材料内部结构的回波图像，能比常规超声波检测获得更多的信息，不仅可以探测缺陷，而且在检测诸如压力容器和管路的腐蚀和绘制腐蚀图等方面也有其独特的功效。在航空领域可以应用于：
可用于老龄飞机的相控阵超声波检测无需声透镜便可使声束聚焦，可以灵活而有效地控制声束和聚焦点的位置，实现复杂结构件和盲区位置缺陷的精确检测，并可以通过优化控制焦点尺寸和卢束方向，能使分辨率、信噪比、缺陷检出率等性能得到提高满足了老龄飞机检测可靠性的要求。
可用于新机新材料的无损检测各种新型飞机都大量使用新材料，特别是钛合金材料。钛合金由于内部缺陷检测能力的高要求，在各种无损检测技术方案中．超声波方法是唯一能够满足应用需求的手段。钛合金材料具有较高的声衰减。为大尺寸工件的超声波检测带来了困难，常规超声波技术的相应解决方案是采用宽频带窄脉冲和聚焦探头技术．但仍然存在检测灵敏度和超卢波穿透能力之间进行折中取舍的困难．甚至于不能保证工件整体范围的足够检测灵敏度。即使检测对象是小尺寸棒材．在选择检测技术的时候仍然需要根据不同缺陷的取向和方位选择相应声学特性和指向特性的多个探头组合，检测工艺复杂化，同时增加了不可靠因素。相控阵技术针对以上问题解决了技术细节中存在的矛盾．提供了有效的解决途径。使用相控阵技术可以实现理想的声束聚焦。采用同样的脉冲电压驱动每个阵列单元．聚焦区域的实际声场强度远大于常规的超声波技术．从而对于相同声衰减特性的材料可以使用较高的检测频率。
四、结束语
传统超声检测的一个主要局限是接触式检测，对于直接接触检测，需要在被检测工件表面施加耦合剂；对于液浸法检测，需要将被检件置于水槽中，或在工件与探头之间喷水流，因此在有些场合应用不方便，为了克服传统超声检测的不足，人们开始探索非接触式超声检测，也已提出的非接触式超声检测方法有：激光超声，电磁超声，空气耦合超声等，其中前两者较为成熟，此外为提高检测效率，还发展了相控阵超声检测、共振超声、超声导波等等。
参考文献：
1.雷毅，丁刚，鲍华等．无损检测技术问答．北京：中国石化出版社，2013：1
2.张引．无损检测综合知识．北京：机械工业出版社，2004.10（2011.6重印）：1-2
论文作者:董亮,刘平,方建平,陈隆文
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/7
标签：超声波论文; 超声论文; 缺陷论文; 工件论文; 材料论文; 相控阵论文; 测量论文; 《基层建设》2019年第5期论文;