探讨超声探伤技术在无损检测中的应用

左鹏

（青海省建筑建材科学研究院有限责任公司，青海 西宁 810000）

0 引言

对于无损检测技术来说，其包含的技术类型非常多，但是超声探伤是其中一种最为重要的无损检测技术，不仅有着非常强的穿透力，其设备的使用条件相对来说也比较简单。对于超声探伤技术来说，在实际应用的过程中，可以在不破坏原材质量的前提下，对材料的性能和内部缺陷进行全面的检查，即使是对材料的表面裂纹或者是气泡尺寸的分布情况进行检查时，都能在检测的过程中有着非常突出、灵敏的表现[1]。超声探伤技术的出现，将整个无损检测技术体系推向了更高的高度，同时其操作简单、应用范围广的优势，也为后续无损检测的优化工作提供了可靠的保障。

1 超声探伤技术的简要介绍

1.1 技术定义

对于超声波无损检测技术来说，其实质上是从超声波检测技术的基础上，进一步演化而成的，在技术实操的过程中，主要可以被应用在以设备中：耦合器；超声波检测器、标准试块、探针等。通过对超声波探伤技术的应用，能够对气泡、夹渣、焊接裂缝、收缩孔以及铸件的焊接渗透性等问题进行全面的检查，同时还可以对这些装置的厚度进行有效的测量。在近些年来科学技术快速发展的时代背景之下，超声波无损检测技术也在不断地优化和发展，至今已经成为了材料质量检测和结构安全性检测的重要技术手段之一。而对于我国的超声无损检测技术的发展来说，不仅可以实现对材料和结构的在线检测，同时该技术中所应用的超声波，并不会对工作人员的人身安全造成威胁，同样也不会对整个系统的稳定运行带来影响，因此我国的超声波探伤技术已经成为现阶段，最常用的质量检测技术之一。

1.2 检测原理

对于超声波探伤技术来说，其技术应用层主要涉及到两种不同形式的反射和传播方式。对于反射法来说，在利用其进行无损检测时，能够得到精确度较高的检测结果，例如在利用脉冲回波探伤仪进行检测时，脉冲发射器能够采用超声短波来对探头进行处理，使其成为试样，此时如果被检测的样品存在质量缺陷的话，其缺陷位置和返回后的边界位置会出现一定大小的回波，对于信号处理系统来说，能够及时掌握这些信息的变化情况，从而使样品的缺陷得到充分的展示。同时，如果能够对试验地声速进行准确地测量，则可以参考示波器上所形成的脉冲传播时间，来对整个试样所存在的缺陷深度进行判断，从而达到无损检测的目的[2]。

2 超声探伤技术的探伤分类识别

2.1 按原理分类

结合实际的探伤原理，可以将具体的超声波探伤分为以下三种形式：共振法、穿透法以及脉冲反射法，这三种方法都是通过超声波探头，向待检测的物件发射脉冲波，通过对反射波的接收和分析来判断被检测的物件是否存在缺陷，因此还可以将检测方法细分为底波高度法、缺陷回波法以及多次底波法等。除此之外，还可以按照耦合情况，将超声探伤技术分为接触法、非接触法以及液浸法。

2.2 按探伤显示分类

如果按照探伤显示的特性来对超声波探伤技术进行分类的话，则可以将其分为A、B、C型显示。其中对于A型探伤显示法来说，仅仅会将缺陷的深度显示出来；而B型探伤显示仪，则可以将物件内部缺陷位置的横断面形状准确地表示出来，此时示波器中的横坐标代表的是探头在整个工件面上的位置，而纵坐标则代表整个缺陷的深度[3]。探头在实际工作的过程中，其沿工件的移动方向与示波管扫描线的水平移动方向是相应地，因此要使整个图像完整的显示在荧光屏上，则需要优先选用较长的余晖示波管，并且在移动的过程中，还要控制好整个探头的移动速度；对于C型的显示探伤仪来说，可以准确显示物件内部缺陷问题的平面图。

2.3 按智能方式分类

在探伤的过程中，如果使样品或者探针移动，并且使用超声波在其移动的过程中，自动开展缺陷检测，并将检测结果显现出来的方法，称为超声波自动探伤技术。对于超声波自动探伤来说，其具体的系统装置应包括探伤仪、探头、夹紧机构以及显示装置等。其中对于探头的模式设置来说，一般可以分为直接接触模式、局部浸没模式等。其中对于直接接触模式来说，可以对速度不大且表面光滑的物件进行检查，常见的有轨道、无缝钢管等装置；对于局部浸没模式来说，该模式是当前阶段超声波探伤中最合适使用的模式。

3 超声探伤在无损检测中的应用

3.1 机车检测方面的应用

在社会经济和科学技术快速发展的过程中，我国的铁路事业也得到了快速的发展，铁路运营的线路已经超过了105km，另外在科学技术快速发展的推动下，铁路也在向着高速、重载的方向转变。在整个高速铁路中，钢轨的使用数量非常多，并且当钢轨在经过长时间的承重使用之后，其在一定程度上肯定会出现不同程度的磨损，常见的磨损问题有周边裂纹、锈蚀，而这些现象如果不能得到及时有效的制止，在后期使用的过程中会变得更加严重，进而会对整个项目的运营带来较大的影响[4]。因此，要想从根本上使这些问题得到可靠的解决，则需要采用无损检测技术对钢轨的内部结构进行检测，一旦发现裂缝缺陷或者是其他缺陷，当超声波探讨一旦接触到裂缝位置后，探头就能够通过无损检测技术来将所接触到的信息反馈出来，这样就能够通过探伤仪内部的相关电路信息，来使缺陷信号得到及时的反馈，便于及时采取措施进行处理。

3.2 在建筑和土木方面的应用

建筑工程项目与一般的项目之间存在着较大的差别，其项目本身就有着一定的特殊性，因此施工现场本身就非常的复杂，在各方面因素的限制下，或导致施工现场存在着非常多的问题。而对于超声波检测技术来说，可以通过混凝土自身具备的抗压强度和超声波在混凝土内部的传输参数，来对混凝土自身的综合强度进行全面的检测分析。通常来说，如果混凝土本身的弹性模量非常大的话，则意味着混凝土的强度等级就非常高，同期下超声波的传播速度也就非常的高。在经过专家的一系列研究之后，能够得到相应的检测数据，结合该数据信息可以开展非线性数学模型的拟合工作，这样就能够通过实验的方式，来使混凝土强度和声速之间形成一种特定的关系。在后期检测工作开展的过程中，就能够通过相应的测试工作，来使混凝土的强度值得到可靠的保障(详见图1)。

图1 超声回弹检测装置

3.3 焊接方面的检测

在超声相控阵技术以及B扫描实时成像技术应用的过程中，只要有足够数量的探头排列并对触发时间进行科学的把控，并将其控制在不同的频率范围内，这样的话就能够在一定程度上实现对嵌入式电阻丝电熔连接接头的质量检测。并且还能够将超声图像与接头实剖图进行对比，及时发现物体中存在的缺陷，并能够较准确的确定缺陷的位置和大小。对于该技术来说，对于乙烯材质的管电熔接头的各类缺陷能够有着比较好的检出能力，且其检测的灵敏度和检出的准确度相对来说也比较高[5]。

3.4 对焊缝等级的评定

在超声波探伤技术的应用下，还能够实现对焊缝内部存在的缺陷进行检验，该种检验方式一般可以分为一到四四个等级，其中等级一代表焊缝的质量最高，而等级四代表焊缝的质量最低。在超声波测试的过程中，其焊缝质量的评判主要是以距离波幅的曲线为依据，同时从缺陷回波位置的最高点结合焊缝缺陷的实际性质，来对焊缝的缺陷等级进行精确的评定。对于一级缺陷来说，是指焊缝最大的反射波幅小于等于波幅评定线的缺陷；而等级为四的缺陷，是指焊缝的最大反射波幅超过波幅评定线的缺陷。如果焊缝的缺陷，是一些具有危害性质的裂缝时，不管波幅的尺寸是多大，都属于等级四的缺陷范畴。对于反射波幅处于一级区域内的非裂纹性缺陷，则都可以将其评定为一级缺陷。

4 结语

总而言之，随着时代的进步和发展，越来越多的新技术会被应用于社会生产生活中，而对于现代化的无损检测技术来说，就是在各种科学技术的基础上，快速发展起来的。而超声无损检测技术作为无损检测技术的核心组成部分，其技术的研究热点主要是探头，在技术发展的过程中，研制出灵敏度高、适应性强的探头是非常必要的。因此，在未来的发展过程中，我们要给予科学技术足够的重视，要能够在现有技术体系的基础上，对超声波无损检测技术进行更加深入的研究，从而推动整个无损检测行业的快速、稳定发展。