超聲探傷技術(shù)在無損檢測中的應(yīng)用
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2．1．3 在輪輞缺陷檢測中的應(yīng)用
隨著我國鐵路行車速度的提高，尤其是動車組的開行給行車安全提出新的考驗(yàn)，轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部件如輪輞、車軸、軸承等局部位置承受更大的應(yīng)力，要求檢測過程速度加快、檢測時(shí)間間隔變小、檢測范圍擴(kuò)大，給鐵路無損檢測領(lǐng)域提出更高的技術(shù)要求。
根據(jù)輪輞缺陷裂紋的走向特點(diǎn)，將輪輞缺陷分為三類。
(1)周向缺陷：沿車輪踏面圓周方向并與踏面圓周方向平行；
(2)徑向缺陷：方向垂直踏面，與車輪直徑方向平行；
(3)軸向缺陷：輪輞內(nèi)部與車軸方向平行。
在探傷實(shí)驗(yàn)中，通過在樣板輪上打平底孔、刻槽的方式形成人工缺陷模擬輪輞的實(shí)際缺陷，平底孔的直徑或刻槽的寬度與實(shí)際裂紋尺寸成當(dāng)量關(guān)系，相控陣探頭分別置于踏面(I)和輪緣內(nèi)側(cè)(II)進(jìn)行掃查，樣板輪工缺陷如圖7所示，缺陷①為距輪緣頂端40 mm且垂直輪輞側(cè)面φ3 mm深30 mm的平底孔；缺陷②為距踏面10 mm垂直輪輞側(cè)面φ3 mm深30 mm的平底孔；缺陷③為距踏面50 mm垂直輪輞側(cè)面φ3 mm深90 mm的平底孔；缺陷④為輪輞與輪輻交接區(qū)域，朝踏面方向φ3 mm、孔底距踏面40 mm的平底孔；缺陷⑤為輪緣根部靠踏面?zhèn)? mm深周向刻槽，槽寬小于等于2 mm。根據(jù)超聲檢測脈沖回波反射的特點(diǎn)，周向缺陷采用縱波相控陣直探頭從踏面進(jìn)行掃查；徑向缺陷采用縱波相控陣直探頭在輪緣內(nèi)側(cè)面進(jìn)行掃查；軸向缺陷采用縱波相控陣直探頭、橫波相控陣斜探頭均能掃查到。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/195125.htm
2．2 建筑和土木方面的應(yīng)用
2．2．1 超聲在測定混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及厚度的應(yīng)用
(1)強(qiáng)度檢測技術(shù)
超聲波檢測是利用混凝土的抗壓強(qiáng)度與超聲波在混凝土中的傳播參數(shù)(聲速)之間的相關(guān)性來檢測混凝土強(qiáng)度的?；炷恋膹椥阅Ａ吭酱?，強(qiáng)度越高，超聲波的傳播速度越快。經(jīng)試驗(yàn)，這種相關(guān)關(guān)系可以用非線性數(shù)學(xué)模型來擬合，即通過實(shí)驗(yàn)建立混凝土強(qiáng)度和聲速的關(guān)系曲線?，F(xiàn)場檢測混凝土強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)該選擇澆筑混凝土的模板側(cè)面為測試面，一般以200 mm×200 mm的面積為一測區(qū)。每一試件上相鄰測區(qū)間距不大于2 m。測試面應(yīng)清潔平整，干燥無缺陷和無飾面層。每個(gè)測區(qū)內(nèi)應(yīng)在相對測試面上對應(yīng)的輻射和接收換能器應(yīng)在同一軸線上，測試時(shí)必須保持換能器與被測混凝土表面有良好的耦合，并利用黃油或凡士林等耦合劑，以減少聲能的反射損失。按擬定的回歸方程計(jì)算或查表取得對應(yīng)測區(qū)的混凝土強(qiáng)度值。
(2)聲波反射法測量厚度
如圖8所示，超聲波從一種固體介質(zhì)入射到另一種固體介質(zhì)時(shí)，在兩種不同固體的分界面上會產(chǎn)生波的反射和折射。聲阻抗率相差越大，則反射系數(shù)也越大，反射信號就越強(qiáng)。所以只要能從直達(dá)波和反射波混雜的接收波中識別出反射波的疊加起始點(diǎn)，并測出反射波到時(shí)，就可以由式(1)計(jì)算混凝土的厚度：
式中：H為混凝土厚度；C為混凝土中聲速；T為反射波走時(shí)；L為兩換能器間距。由(1)式知，要準(zhǔn)確得到厚度，關(guān)鍵是如何設(shè)法測得較準(zhǔn)確的混凝土聲速C和混凝土結(jié)構(gòu)底面波反射聲時(shí)T。當(dāng)換能器固定時(shí)，L是一個(gè)常數(shù)。
2．2．2 超聲在橋梁混泥土裂縫檢測中的應(yīng)用
橋梁結(jié)構(gòu)的使用性能及耐久年限，主要由設(shè)計(jì)、施工和所用材料的質(zhì)量等諸多因素共同決定。由于設(shè)計(jì)、施工和材料可能存在某些缺陷，這些缺陷會使橋梁結(jié)構(gòu)先天存在著某些薄弱之處；此外，橋梁在營運(yùn)使用中又會受到不可避免的人為損傷及各種大自然侵蝕，帶來后天病害。
如圖9所示，先在與裂縫相鄰的無缺陷混凝土利用評測法計(jì)算出超聲波在測距為2a的混凝土中的聲時(shí)to；再將超聲換能器置于裂縫兩側(cè)各為a的距離，計(jì)算出跨縫測試超聲波的聲時(shí)tc，計(jì)算裂縫深度dc公式為：
2．3 焊接方面的應(yīng)用
采用超聲相控陣技術(shù)及B掃描實(shí)時(shí)成像技術(shù)，通過足夠數(shù)量的探頭排列和觸發(fā)時(shí)間控制，并選用不同頻率范圍，可以實(shí)現(xiàn)嵌入式電阻絲電熔連接接頭的檢測。通過對比超聲圖像與接頭實(shí)剖圖，發(fā)現(xiàn)該方法能可靠地檢出物體中的缺陷，并能較精確地確定缺陷位置和大小。在聚乙烯管道安裝工程中的檢測進(jìn)一步驗(yàn)證了該技術(shù)的可靠性。
檢測示意圖如圖10所示。超聲相控陣檢測結(jié)合B掃描技術(shù)可以判斷檢測截面上電阻絲的位置，從而可以判斷由于管材和套筒配合過緊造成的電阻絲垂直方向的錯位情況，從實(shí)剖圖上得到驗(yàn)證如圖11所示，比較超聲成像圖和實(shí)剖圖可以看出，相控陣超聲方法對金屬絲有較好的分辨效果，連很微小的位移也能分辨出來，定位精度達(dá)O．5 mm。
超聲相控陣技術(shù)及B掃描實(shí)時(shí)成像方法對聚乙烯管電熔接頭各類缺陷有較好的檢出能力。對大量含缺陷電熔接頭進(jìn)行檢測和試驗(yàn)研究，對比超聲成像圖和實(shí)剖圖，發(fā)現(xiàn)該方法對于聚乙烯電熔接頭的各類缺陷均有較高的檢測靈敏度和檢出精度。通過城鎮(zhèn)聚乙烯燃?xì)夤艿腊惭b工程檢測實(shí)踐，驗(yàn)證該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)嵌入式電阻絲電熔連接接頭的檢測。
3 結(jié)語
現(xiàn)代意義的無損檢測技術(shù)是隨著各種科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。超聲檢測作為無損檢測的一種重要方法和熱點(diǎn)研究，主要集中在研制適應(yīng)性強(qiáng)、靈敏度高的探頭；為判斷缺陷性質(zhì)而對各種缺陷數(shù)學(xué)模型的建立；缺陷的檢出和信號分析技術(shù)；無損評價(jià)的量化研究以及拓展超聲檢測在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。它的優(yōu)點(diǎn)是對平面型缺陷十分敏感，一經(jīng)探傷便知結(jié)果，易于攜帶，多數(shù)超聲探傷儀不必外接電源，穿透力強(qiáng)。局限性是藕合傳感器要求被檢表面光滑，難于探出細(xì)小裂縫，要有參考標(biāo)準(zhǔn)，為解釋信號要求檢驗(yàn)人員素質(zhì)高。
超聲檢測技術(shù)未來將會向著以下幾個(gè)方面發(fā)展：
(1)向高精度、高分辨率方向發(fā)展。
(2)高溫條件下的測量明顯增多，在線檢測、動態(tài)檢測增多。
(3)在若干領(lǐng)域向超聲無損評價(jià)發(fā)展，使得超聲檢測內(nèi)容有了新的內(nèi)涵。如超聲檢測技術(shù)與斷裂力學(xué)相結(jié)合，對重要構(gòu)件進(jìn)行剩余壽命評價(jià)；超聲檢測技術(shù)與材料科學(xué)相結(jié)合，對材料進(jìn)行物理評價(jià)。
(4)在無損檢測方面向定量化、圖像化方向發(fā)展，超聲檢測系統(tǒng)將進(jìn)一步數(shù)字化、圖像化、自動化、智能化。
(5)現(xiàn)代信息處理技術(shù)如數(shù)值分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊技術(shù)、遺傳算法、虛擬儀器技術(shù)將廣泛應(yīng)用于超聲檢測技術(shù)領(lǐng)域。
隨著各種科學(xué)技術(shù)在超聲檢測及探傷中的不斷深入應(yīng)用，相信超聲檢測作為許多領(lǐng)域產(chǎn)品質(zhì)量保證的重要手段之一必將得到更多的關(guān)注與提高。
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