超聲探傷技術在無損檢測中的應用
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2．1．3 在輪輞缺陷檢測中的應用
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，轉向架關鍵部件如輪輞、車軸、軸承等局部位置承受更大的應力，要求檢測過程速度加快、檢測時間間隔變小、檢測范圍擴大，給鐵路無損檢測領域提出更高的技術要求。
根據輪輞缺陷裂紋的走向特點，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：輪輞內部與車軸方向平行。
在探傷實驗中，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際缺陷，平底孔的直徑或刻槽的寬度與實際裂紋尺寸成當量關系，相控陣探頭分別置于踏面(I)和輪緣內側(II)進行掃查，樣板輪工缺陷如圖7所示，缺陷①為距輪緣頂端40 mm且垂直輪輞側面φ3 mm深30 mm的平底孔；缺陷②為距踏面10 mm垂直輪輞側面φ3 mm深30 mm的平底孔；缺陷③為距踏面50 mm垂直輪輞側面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。根據超聲檢測脈沖回波反射的特點，周向缺陷采用縱波相控陣直探頭從踏面進行掃查；徑向缺陷采用縱波相控陣直探頭在輪緣內側面進行掃查；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.2s4d.com/article/195125.htm
2．2 建筑和土木方面的應用
2．2．1 超聲在測定混凝土結構強度及厚度的應用
(1)強度檢測技術
超聲波檢測是利用混凝土的抗壓強度與超聲波在混凝土中的傳播參數(聲速)之間的相關性來檢測混凝土強度的。混凝土的彈性模量越大，強度越高，超聲波的傳播速度越快。經試驗，這種相關關系可以用非線性數學模型來擬合，即通過實驗建立混凝土強度和聲速的關系曲線。現(xiàn)場檢測混凝土強度時，應該選擇澆筑混凝土的模板側面為測試面，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。測試面應清潔平整，干燥無缺陷和無飾面層。每個測區(qū)內應在相對測試面上對應的輻射和接收換能器應在同一軸線上，測試時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算或查表取得對應測區(qū)的混凝土強度值。
(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入射到另一種固體介質時，在兩種不同固體的分界面上會產生波的反射和折射。聲阻抗率相差越大，則反射系數也越大，反射信號就越強。所以只要能從直達波和反射波混雜的接收波中識別出反射波的疊加起始點，并測出反射波到時，就可以由式(1)計算混凝土的厚度：
式中：H為混凝土厚度；C為混凝土中聲速；T為反射波走時；L為兩換能器間距。由(1)式知，要準確得到厚度，關鍵是如何設法測得較準確的混凝土聲速C和混凝土結構底面波反射聲時T。當換能器固定時，L是一個常數。
2．2．2 超聲在橋梁混泥土裂縫檢測中的應用
橋梁結構的使用性能及耐久年限，主要由設計、施工和所用材料的質量等諸多因素共同決定。由于設計、施工和材料可能存在某些缺陷，這些缺陷會使橋梁結構先天存在著某些薄弱之處；此外，橋梁在營運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算出超聲波在測距為2a的混凝土中的聲時to；再將超聲換能器置于裂縫兩側各為a的距離，計算出跨縫測試超聲波的聲時tc，計算裂縫深度dc公式為：
2．3 焊接方面的應用
采用超聲相控陣技術及B掃描實時成像技術，通過足夠數量的探頭排列和觸發(fā)時間控制，并選用不同頻率范圍，可以實現(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一步驗證了該技術的可靠性。
檢測示意圖如圖10所示。超聲相控陣檢測結合B掃描技術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，從實剖圖上得到驗證如圖11所示，比較超聲成像圖和實剖圖可以看出，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O．5 mm。
超聲相控陣技術及B掃描實時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行檢測和試驗研究，對比超聲成像圖和實剖圖，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)聚乙烯燃氣管道安裝工程檢測實踐，驗證該技術能實現(xiàn)嵌入式電阻絲電熔連接接頭的檢測。
3 結語
現(xiàn)代意義的無損檢測技術是隨著各種科學技術的發(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研究，主要集中在研制適應性強、靈敏度高的探頭；為判斷缺陷性質而對各種缺陷數學模型的建立；缺陷的檢出和信號分析技術；無損評價的量化研究以及拓展超聲檢測在其他領域的應用。它的優(yōu)點是對平面型缺陷十分敏感，一經探傷便知結果，易于攜帶，多數超聲探傷儀不必外接電源，穿透力強。局限性是藕合傳感器要求被檢表面光滑，難于探出細小裂縫，要有參考標準，為解釋信號要求檢驗人員素質高。
超聲檢測技術未來將會向著以下幾個方面發(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)在若干領域向超聲無損評價發(fā)展，使得超聲檢測內容有了新的內涵。如超聲檢測技術與斷裂力學相結合，對重要構件進行剩余壽命評價；超聲檢測技術與材料科學相結合，對材料進行物理評價。
(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)將進一步數字化、圖像化、自動化、智能化。
(5)現(xiàn)代信息處理技術如數值分析法、神經網絡技術、模糊技術、遺傳算法、虛擬儀器技術將廣泛應用于超聲檢測技術領域。
隨著各種科學技術在超聲檢測及探傷中的不斷深入應用，相信超聲檢測作為許多領域產品質量保證的重要手段之一必將得到更多的關注與提高。
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