超声脉冲法在水利工程质量检测中的应用

董伯明（惠州市水利水电工程质量检测站　广东　惠州　516001）

超声脉冲法在水利工程质量检测中的应用

董伯明
（惠州市水利水电工程质量检测站广东惠州516001）

超声波是机械波的一种，在介质传播过程中有着反射或者是散射现象，据此可检测介质结构变化甚至是介质出现的本质变化，具有检测速度快、结果准确、方法可靠等优点，因此超声脉冲法在水利工程的质量检测中发挥着较大的作用。作为水利工程质量检测的一种常用方法，超声脉冲法为促进水利工程的发展起到了关键作用。本文就超声脉冲法在水利工程钢焊缝质量检测、管壁厚度检测以及混凝土质量检测三方面的应用进行分析，提出了具体有效的质量检测方法，为该技术的深入研究和发展打下了良好的基础。

超声脉冲法；水利工程；质量检测；应用

1　超声脉冲法的概念以及特点分析

波动是物质运动的一种形式，它有两种不同的类型，一种是机械波，另一种是电磁波，其中机械波是指机械在弹性介质中振动产生的波动，一般以水波或者是声波的形式表现出来。声波也可说成是弹性介质传播的机械波，当其在介质中进行传播时，就会将能量逐层传播出去。声波在介质中传播时，为使其具有较大的能量，应该保持较高的传播频率。人们往往听到的声波范围一般在20HZ～20000HZ，这样的声波被称为可闻声波。当超出该范围时，人的耳朵是听不到的，而这种超出可闻声波范围的声波被称为超声波。超声波也属于机械波，其特点主要是频率高，传播能量大。超声波的传播过程中有着反射或者是散射现象的出现，通过这种现象能够看出介质结构变化甚至是介质出现的本质变化。一般人们在研究过程中会借助于这种波来分析参数或者是频率的变化，从中更为深入的了解介质中的一些信息。由于超声波的传播过程中有多种可见现象的出现，从而对混凝土结构的检测或者是金属结构的检测有着较大的帮助。

为了不让介质在传播的过程中受到连续波的影响，一般需要对被测介质的结构特征进行分析，主要采用的分析仪器是介质的超声波声学参数，超声波探测仪器能够以一定的重复频率间断的发射超声脉冲波。超声脉冲波是一组复频波，这组复频率主要由不同频率的余弦波组成。超声换能器上的标称频率是复频率固有的主频率。因此，可以将超声脉冲法归集是使用超声脉冲波检测介质的结构性能的方法。

2　超声脉冲法在水利工程检测中的应用分析

2.1钢焊缝质量检测中对超声脉冲法的应用

超声脉冲法以及X射线法是工程建设中进行钢焊缝质量检测最常用的方法，由于水利工程施工中预留的钢焊缝数量相比其他工程施工中的数量大，焊缝的结构物尺寸也比较大，受到施工环境等因素的影响，对于施工焊缝质量的检测有了更高的要求，只有使用超声脉冲法对焊缝质量进行检测才能够显示经济性能。使用超声脉冲法进行钢焊缝质量检测时，由于金属晶粒存在尺寸小、声阻抗较大的特征，使用超声脉冲波能探测出其中间的微小缺陷，超声脉冲波通过倾斜的角度穿射到需要检测的钢焊缝中，如果波光反射到超声脉探头，就说明焊缝内部存在缺陷，对于缺陷位置的确定也可以使用超声脉冲波检测。由于超声探头中装有超声换能器，这种仪器能够通过压电效应将焊缝缺陷位置反射的回波转换为电信号然后输入到探伤仪，这样就会在探伤仪的屏幕上出现反射波波幅，通过波幅能够确定具体的缺陷位置，也可以由波幅的大小看出焊缝内部缺陷的大小。使用超声脉冲波检测的钢焊缝没有缺陷时，就不会出现超声脉冲波反射。

在水利工程施工中，由于其压力引水管道多为钢管，这种管道的管径相对较大，用于生产压力钢管的多为工业用的钢板卷，将其进行焊接就会变成管节，然后运送到工地进行焊接以及安装。工厂在生产水电压力饮水钢管时，为确保卷制钢管质量不会出现问题，需要利用板材检测专用的超声波探测仪器对钢板进行检查，在没有发现质量问题的情况下才能够进行安装或者是焊接。在进行钢管焊接过程中，由于钢管的数量相对较多，外加钢管有着较长的管径，使用超声脉冲法进行检测能够好的保障施工中钢管的焊缝质量。陕西一城市在建设供水应急工程时，需要在压力引水管线中设置一定长度的钢管段，由于施工中需要将一些过沟钢管埋设在地面下，但是受到施工工期的限制，外加工程的施工时间处于雨季，使得雨水流入安装好的管沟，造成管壁支护安装问题和管道回填困难。为了提高钢管的焊接质量，方便工程在短时间内完成施工，在进行钢管焊接时施工人员完成一段焊接就会使用超声脉冲探伤仪对焊接的部分进行检测，质量合格的焊接可以继续进行下一道工序，若是出现质量问题就需要重新进行焊接，这样一来不仅降低了工程施工的费用，同时能够缩短工程的施工时间。

2.2超声脉冲法在管壁厚度检测中的应用

众所周知，黄河是一条泥沙相对较多的河流，在含有泥沙的水流冲击下，灌溉区域以及水电站的引水钢管管壁厚度会逐渐减小。为了增强管道的质量，避免出现质量问题，施工单位相关人员需要定期对钢管管壁状况进行检查。在预埋钢管时，由于其管线长外加管径相对较大，一些在地下预埋的管线会被混泥土包裹，无法对其进行测量，使用普通的检测方法对钢管的壁厚也难以进行检测。在这种情况下，采用脉冲超声波金属探测仪检测已知声速中的金属材料往返时间，在检测过程中还会清楚的了解金属材料的厚度，可以通过钢管露在外侧的部分管道的检测猜测被混凝土掩埋的另一侧管厚，最终会得出管壁的厚度。

2.3水利工程混凝土质量检测中对超声脉冲法的应用

混凝土是建筑工程施工中最为常用施工材料，通常被用于施工的各个环节。如果一个环节的使用稍有不慎就会对其他环节的质量造成影响。对于结构混凝土来说，其标准试件的抗压强度能够通过混凝土的性能反映出来，在工程施工中，如果一个环节出现问题，就会导致混凝土标准试件的可信度降低，这时施工的混凝土不再代表整个施工中所用混凝土的真实状态。

因此，需要对混凝土的强度进行检测时，可以从结构中采样使用破损检测法，但是这种检测方法只能检测其强度，不能检测混凝土的缺陷，随着超声波检测法的发展，在混凝土检测中逐渐被应用，这一检测方法不仅能够对混凝土的强度进行检测，同时还能够检测其中存在的缺陷。

2.3.1超声脉冲法对混凝土强度的检测分析

混凝土是由多种配料配制而成的人造石材，其配料以及施工条件的不同在一定程度上会对混凝土的强度造成影响。因此，在对混凝土的强度进行检测时人们往往会选择超声脉冲法，应用这种方法进行检测的原理是超声脉冲波通过一定的速度能够穿透混凝土，外加混凝土自身的弹性性质，超声脉冲波就是根据这两者之间的关系来对混凝土进行检测。在检测中，还需要加以数学模型，使得检测更具有科学性。超声脉冲法是目前建筑行业对混凝土强度进行检测的比较准确的方法。

2.3.2超声脉冲法对混凝土缺陷的检测分析

通常情况下，当混凝土的原材料以及配合比一定的条件下，超声脉冲波穿过混凝土的速度越快，就证明该混凝土的强度越高，混凝土的内部就会越密实。在混凝土没有空洞的地方或者是混凝土没有缝隙时，超声脉冲波就会以特别快的速度穿过，若混凝土内部存在缝隙时，这种检测波就会绕道而行，并且在有缝隙的地方出现反射或者是散射的现象。人们可以通过超声脉冲波的测量值判断出混凝土缝隙出现的位置，也能够判断出混凝土空洞出现的范围以及长度大小。在这一检测过程中，由于超声脉冲波的检测设备相对简单，并且操作方便，其检测结果也比较准确。但是由于超声脉冲法自身是一种新型的技术，难度较高，因此还存在许多未被发掘的潜能，在技术方面还需要进行深入研究。

3　结论与建议

本文对超声脉冲在钢焊缝质量检测、钢管壁厚检测和混凝土质量检测三方面的检测方法进行详细介绍。利用超声脉冲波斜度穿到钢焊缝中的波光反射可检测焊缝是否存在缺陷及缺陷的具体位置；通过检测脉冲超声波在已知声速中的金属材料往返时间可检测管壁厚度；通过超声脉冲波在混凝土中穿过的速度可判断混凝土的强度和缺陷。鉴于超声脉冲法较传统检测方法有的诸多优点，其在水利工程质量检测中应用广泛。但由于该技术所涉及领域众多，检测技术和方法要求较高，我国目前对超声脉冲法在水利工程的研究还不够深入，检测方法有限，因此，还需加大在该领域的研究与试验，从多个角度以及多方面研究出更为有利的检测方法与策略，以便更好的适应水利工程质量检测要求和促进水利工程的全面发展。陕西水利

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（责任编辑：李蕊）

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