焊缝超声波无损检测新技术的研究进

展石杰　范浙铭

【摘  要】近些年来，随着我国社会经济和科学技术的飞速发展与进步，促使超声波无损检测技术应运而生，并且在建筑行业领域得到普遍应用。鉴于此，本文主要针对焊缝超声波无损检测新技术的研究进展进行详细的阐述说明。

【关键词】焊缝;超声波;无损检测技术;研究进展

近年来，我国现代钢结构主要采用焊接技術进行连接，但是钢铁焊缝处极易产生气孔、裂纹等诸多问题现象，从而致使焊缝的连续性遭到破坏，导致焊缝力学性能大大降低。而超声波无损检测技术的出现，促使钢构件连接焊缝的焊接质量得到提升。

现阶段，我国超声波检测新技术种类比较繁多，不仅包括超声检测技术，同时还包括接触式超声波检测新技术以及非接触式超声检测新技术。而接触式超声波检测新技术包括超声相控阵检测、衍射时差超声检测、超声导波检测技术;非接触式超声波检测新技术包括激光超声检测、电磁超声检测以及空气耦合式超声波检测等多种新技术。

1、超声波无损检测技术的概述

超声无损检测技术主要是在超声波与试件共同作用下，对试件反射、透射以及散射的波进行深入研究，并且对试件的宏观缺陷、几何特性以及组织结构等进行相应的检测和测量，进而对其本身的特定应用性进行综合评价。伴随着超声波无损检测技术不断发展进步以及应用需求的大幅度提升，促使超声无损检测技术在工业焊接领域得到广泛运用。金属材料在实际焊接过程中，常常会出现不同程度的变形以及内部缺陷等问题现象，而超声无损检测技术可以对产品、工件以及材料内部的缺陷进行检测，从而促使该技术在金属材料焊接过程中得到普遍运用。精度和质量作为超声检测技术的关键部分，占据重要地位。

伴随着全球经济一体化的快速发展，世界各个国家针对技术交流逐渐增加，从而促使社会各界人士越来越关注无损检测技术的重要性。超声无损检测技术主要通过超声波以及被测物体之间所形成的均质回声波进行检测。在超声无损检测技术过程中，超声波以弹性物质为媒介，对超声波进行快速传播，但超声波的传播速度会因温度和材质等因素的影响差生变化。除此之外，超声波在固体介质中进行传播时，其声速传播相对比较慢，并且温度比较高，存在一定的差异，甚至会对膨胀率产生直接影响，由此可见，超声波传播速度还会受到材质的均匀程度产生影响。伴随着超声无损检测技术的普遍运用，促使我国金属材料焊接检测水平得到大幅度提升。

2、超声波无损检测新技术包括的主要内容

2.1超声相控阵检测技术

超声相控阵检测技术主要是对相控阵列头产生和接收的超声波进行控制，而相控阵列头严格按照设定的规律进行独立排列，以晶片为媒介，对其发射或接收的超声脉冲延迟时间进行有效控制，从而保证超声波的偏转和聚焦特性。超声相控阵检测技术与传统的超声检测技术相比而言，其检测速度比较大，检测范围相对比较广，检测精准度比较高，检测结果比较好。而超声相控阵检测技术凭借自身的独有优势，在交通、建筑以及能源等诸多领域得到普遍运用，进而促使我国社会行业领域取得卓越成就。国外一名超声检测技术研究人员在全自动检测核废料罐电子束环缝过程中，合理运用超声相控阵检测技术进行检测，并且在航空风星期焊缝检测过程中利用相控阵探头进行检测。现阶段，我国众多优秀学者以及试验人员针对超声相控阵检测技术进行深入的开发与研究，并且该检测技术推广至社会各个领域行业，虽然取得一定的成绩，但仍存在诸多的不足之处，亟待进一步解决。

2.2衍射时差超声检测技术

衍射时差超声检测技术主要是衍射信号的基础上进行相应的检测工作内容。一旦超声波在传播过程中遇到裂纹等缺陷问题时，会被反射，从而形成反射波。与此同时，根据惠更新工作原理，缺陷的尖端将成为一个新的声源发射衍射波，该衍射波与正常的反射波进行叠加，而探头接收器在接收到叠加后的衍射波信号后，会对其进行相应的处理，从而判断出发生缺陷问题的位置以及定量。

衍射时差超声检测技术主要具备检测可靠性高、检测精准度高以及检测效率高三大优势特点。虽然衍射时差检测技术自身具备良好的优势特点，但仍无法否认其存在诸多的不足之处。同时，衍射时差超声检测技术在图像识别以及判读方面，要求相关检测人员必须具备丰富的工作经验以及知识内涵，在横向缺陷、粗品材料以及复杂几何工作检测过程中，运用衍射时差超声检测技术，其获取的测量精确度相对比较低。

2.3电磁超声检测技术

电磁超声换能器在实际运行过程中，不需要添加任何声耦合剂，即可在导体中接收和激励超声波换能。在电磁超声波激励和接收换能过程中，其主要是在电磁物理场和机械波振动场的作用下进行相互转化，通过力场之间的关联进行有效管理。电磁超声波激励和接收机制主要分为电磁力机制、洛仑磁力机制以及磁致伸缩力机制三大部分。与传统的超声波检测技术相对比而言，该检测技术在检测过程中，不需要与被检工件表面进行接触，同时也不需要对工件表面进行处理，由此可见，高温工件在进行无损检测时可以合理利用该检测技术。除此之外，电磁超声检测技术在特定条件下，可以对工件产生的表面波以及板波等进行相应激励，促使电磁超声检测技术在焊缝表面缺陷检测中得到合理运用。但是电磁超声检测技术仍然存在换能效率低等诸多不足之处。近些年来，经过相关工作人员的不断努力，促使该检测技术由理论研究阶段正式步入工业生产的实际应用阶段。

2.4空气耦合式超声波检测技术

对于空气耦合式超声波检测技术而言，其真正实现非接触检测，有效避免换能器的磨损问题，从而保证原位扫描工作顺利完成。但是由于换能器材料以及空气声阻抗存在不匹配的问题，同时空气耦合超声波换能器存在效率低、频带窄以及脉冲余振长等弊端，致使空气耦合式超声波检测技术在应用和发展发面始终停滞不前。近年来，随着显微机械加工技术的不断发展进步，促使高分子材料技术取得相应进步，进而有效提升空气耦合式超声波换能器的工作效率以及灵敏度，大大降低放大器的研制的噪声，从而保证空气耦合式超声波检测技术在社会各个行业领域得到普遍运用。

2.5其他超声波检测新技术

超声波检测技术主要以回波工作原理实施检测。换能器在对导波传播进行激励的过程中，一旦遇到非连续变化截面，则会产生回波，并且回波信号的时间、幅值等相关参数则会随着可表征截面的变化而产生的变化。超声导波检测技术不仅在管道中的焊缝错边、环向裂纹以及疲劳裂纹等缺陷检测中得到运用，同时在板结构、钢绞线以及铁轨等方面的检测。除此之外，对于一些特殊形状的构件检测也可以合理利用该检测技术。

激光超声主要是在高能量激光脉冲和物质表面的瞬时热的共同作用下，对固体表面产生的热特性区进行检测，然后小热层产生的热应力则会产生相应的超声波。激光超声检测技术在实际运用过程中，其具备极强的干扰性、较高的空分辨率以及在恶劣环境下进行在线检测等优势特点。与此同时，激光超声检测技术不存在近场盲区，同时也不需要使用任何耦合剂，进而对微小缺陷实施检测。

结束语

综上所述，随着我国钢结构在建筑行业领域的比例越来越大，对钢结构的焊缝质量提出更多更高的要求标准，致使越来越多的新型超声检测技术应运而生。同时，这些新型超声无损检测技术不仅能够有效解决传统超声波检测技术的难点，还具备良好的发展前景。但这些新型超声波无损检测技术本身存在一定的局限性，需要对其投入更多的人力和物力进行深入研究和完善。由此可见，伴随着我国社会科学技术的不断发展进步，促使新型超声波无损检测技术本身的灵敏性、精确性等得到提升，进而为日后发展道路奠定良好基础。

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（作者单位：浙江省特种设备检验研究院）