摘要：超聲無(wú)損檢測(cè)是物體無(wú)損檢測(cè)的一種重要方法,幾乎應(yīng)用到所有工業(yè)部門。本文淺談了超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷史以及超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，并展望超聲波檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞 ：超聲波 無(wú)損檢測(cè) 無(wú)損探傷 無(wú)損評(píng)價(jià)
一、前言
無(wú)損檢測(cè)(nondestructive test)簡(jiǎn)稱 NDT。無(wú)損檢測(cè)就是不破壞和不損傷受檢物體，對(duì)它的性能、質(zhì)量、有無(wú)內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)的一種技術(shù)。工業(yè)上*常用的無(wú)損檢測(cè)方法有五種：超聲檢測(cè)(UT)、射線探傷(RT)、滲透檢測(cè)(PT)、磁粉檢測(cè)(MT)和渦流檢測(cè) (ET)。
二、超聲無(wú)損檢測(cè)的發(fā)展
超聲波無(wú)損探傷 (NDI)
超聲檢測(cè)原理是超聲波進(jìn)入物體遇到缺陷時(shí)，一部分聲波會(huì)產(chǎn)生反射，改變后的超聲波通過(guò)檢測(cè)設(shè)備，接收器可對(duì)反射波進(jìn)行處理和分析 ，就能異常**地測(cè)出缺陷來(lái)，并且能顯示內(nèi)部缺陷的位置和大小，測(cè)定材料厚度等。
超聲波無(wú)損探傷(NDI)設(shè)備有：超聲探傷儀、探頭、藕合劑及標(biāo)準(zhǔn)試塊等。用途是：在特種設(shè)備行業(yè)中，宏觀缺陷檢測(cè)和材料厚度測(cè)量。優(yōu)點(diǎn)有：對(duì)面積型缺陷檢出率較高，缺陷定位較準(zhǔn)確，易于攜帶；多數(shù)超聲探傷儀不必外接電源；穿透能力強(qiáng)。局限性是：藕合傳感器要求被檢表面光滑 ；難于探出表面細(xì)小裂縫 ；要有參考標(biāo)準(zhǔn) ；為解釋信號(hào)要求檢測(cè)人員素質(zhì)高。
我國(guó)50年代初引進(jìn)蘇聯(lián)超聲波探傷儀 ，60年代初期先后形成了一些批量生產(chǎn)的廠家 ，80年代初，國(guó)內(nèi)各生產(chǎn)廠研制生產(chǎn)的超聲波探傷儀的主要技術(shù)招標(biāo)均有大幅度地提高，較好地滿足了超聲波探傷技術(shù)的需要。我國(guó)便攜式數(shù)字化超聲波探傷儀的研制隨大規(guī)模集成電路的發(fā)展也已開(kāi)始形成規(guī)模生產(chǎn)，并得到推廣使用。如 1989年中科院武漢物理所武漢科威技術(shù)公司研制成功國(guó)內(nèi)**臺(tái)全數(shù)字化超聲波探傷儀(KS1010型)，并于1990年批量推向市場(chǎng)，與此同時(shí)中科院聲學(xué)所數(shù)字 、模擬組合式電腦超聲波探傷儀也研制成功并推 向市場(chǎng)。汕頭超聲電子(集團(tuán))公司在 1980年推出了 CTS 一22型超聲波探傷儀 ，其主要性能指標(biāo)與當(dāng)時(shí)國(guó)際同類儀器水平相當(dāng)，目前該公司已生產(chǎn)出智能式、手推式、便攜式彩色、數(shù)字式的多種金屬超聲波探傷儀 ，其技術(shù)、質(zhì)量 、產(chǎn)銷量均占國(guó)內(nèi)首位 。
三、超聲波無(wú)損檢測(cè) (NDT) 的應(yīng)用
超聲無(wú)損檢測(cè)與其它常規(guī)技術(shù)相比，它具有被測(cè)對(duì)象范圍廣、檢測(cè)深度大、缺陷定位準(zhǔn)確、檢測(cè)靈敏度高、成本低、使用方便、速度快、對(duì)人體無(wú)害及便于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。幾十年來(lái)，超聲無(wú)損檢測(cè)已得到了巨大發(fā)展和廣泛應(yīng)用，幾乎應(yīng)用到所有工業(yè)部門。如作為基礎(chǔ)工業(yè) 的鋼鐵工業(yè)、機(jī)器制造工業(yè) 、鍋爐壓力容器有關(guān)工業(yè)部門 、石油化工工業(yè) 、鐵路運(yùn)輸工業(yè)、造船工業(yè) 、航空航天工業(yè)、高速發(fā)展 中的新技術(shù)產(chǎn)業(yè)如集成電路工業(yè) 、核 電工業(yè)等重要工業(yè)部門。目前大量應(yīng)用于金屬材料和構(gòu)件，包括質(zhì)量在線監(jiān)控和產(chǎn)品在役檢查。水平普遍提高，應(yīng)用頻度和領(lǐng)域也日益增多。
目前我國(guó)對(duì)各種大型結(jié)構(gòu)壓力容器和復(fù)雜設(shè)備都已具備檢測(cè)能力。在裂縫自身高度的測(cè)量和高溫條件下的非接觸超聲檢測(cè)等方面都有很大進(jìn)展 。
核電工業(yè)雖然是我國(guó)的新興工業(yè)，但超聲檢測(cè)已用于核電工業(yè)的各個(gè)方面。我國(guó)已能按業(yè)主的要求及標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，使用國(guó)際先進(jìn)的裝備，執(zhí)行國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)，完成核電廠和核設(shè)施的役前及在役檢查。
利用超聲波測(cè)量流速、流量的技術(shù)在醫(yī)療、供水、排水、廢水處理、電力、石油 、化工、冶金、礦山、環(huán)保、河流 、海洋等計(jì)量巾有著廣泛的應(yīng)用，不僅可用于流體，液體兩相流的測(cè)量，還可用于氣體流量測(cè)量，其研究已有數(shù)十年歷史。1928年 ，法國(guó)路登(RUTTEN)研制成功世界**臺(tái)超聲波流量計(jì)，直到 50年代末期 ，超聲波流量計(jì) 由理論研究階段進(jìn)入人工測(cè)量時(shí)期 ，但 由于電子線路技術(shù)太復(fù)雜 ，這種流量計(jì)未占有牢固地位。70年代后，由于集成電路技術(shù)迅速發(fā)展，使實(shí)用的超聲波流量計(jì)得以迅速發(fā)展。進(jìn)入80年代以后，隨著電子技術(shù)，尤其是微電腦的發(fā)展，使超聲波流量計(jì)的性能有很大提高，應(yīng)用范圍日趨擴(kuò)大。美國(guó) Controlotron公司生產(chǎn)的 480型寬聲束超聲流量計(jì) ，不但可以從寬噪聲信號(hào)等干擾中分辨出真實(shí)的流量信號(hào) ，還能通過(guò)液晶屏顯示流量隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖；美國(guó)Polysonics公司的便攜式 DDF3088型，固定式 DDF4088型全數(shù)字化多普勒超聲波流量計(jì)，適于高精度管外測(cè)量。日本甯士電機(jī)制造公司的便攜式超聲波流量計(jì) ，采用 FCL(頻差法 )原理 ，內(nèi)裝 CPU進(jìn)行溫度 自動(dòng)補(bǔ)償 ，精度 1．5％。國(guó)內(nèi)華中理工大學(xué)研制成功 (1993)超聲波多普勒智能流量計(jì) ；本溪無(wú)線電一廠生產(chǎn)的多普勒超聲波流量計(jì)是80年代定型的產(chǎn)品，用于洪水和油田等場(chǎng)合 ；開(kāi)封儀表廠能源部南京 自動(dòng)化研究所 、長(zhǎng)沙 電子儀器二廠等生產(chǎn)廠家和研究單位均有相應(yīng)的產(chǎn)品。此外 ，目前用超聲波進(jìn)行壓力檢測(cè)的儀器已研究成功。
同濟(jì)大學(xué)聲學(xué)研究所是國(guó)內(nèi)主要聲學(xué)研究機(jī)構(gòu)之一 ，是中國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)檢測(cè)聲 學(xué)分會(huì)和上海市聲學(xué)，學(xué)會(huì)掛靠單位 ，在國(guó)內(nèi)*早開(kāi)展超聲工業(yè)測(cè)量 、超聲無(wú)損檢測(cè)等領(lǐng)域的研究。在超聲方面 ，聲 學(xué)研究主要圍繞具體工業(yè)檢測(cè)要求進(jìn)行。例如 ，1966年開(kāi)展超聲液位測(cè)量、濃度測(cè)量 、承 接煉 油J一油庫(kù)液位 、新安江水庫(kù)液位以及援助阿爾巴尼亞的液位測(cè)量任務(wù) ，還承擔(dān)二機(jī)部原子能源原材料液位測(cè)量任務(wù)?；炷砍暀z測(cè)方面 ，1976年 ，在 cTs～ l0型超聲檢測(cè)儀的基礎(chǔ)上研制成功 晶體 管式混凝士超聲波檢測(cè)儀，并轉(zhuǎn)讓汕頭超聲儀器公司 ，定型為“cTs一25型非金屬超聲檢測(cè)儀”，成為國(guó)內(nèi)主要檢測(cè)混凝土儀器。
四、超聲無(wú)損評(píng)價(jià)(NOE)
超聲元損評(píng)價(jià)主要包括 ：①微觀組織結(jié)構(gòu)及形態(tài)變化的描述 ；②彈性系數(shù) 和聲 彈性能的評(píng)估 ；③不連續(xù)性及缺陷的測(cè)定；④力學(xué)性能變化及惡化的評(píng)價(jià)。超聲無(wú)損評(píng)價(jià)是在超聲損傷與超聲無(wú)損檢測(cè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。其研究手段更加先進(jìn)和多種多樣，研究成果與現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)結(jié)合得更為緊密，因而在社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益方面都具有很大的潛力。例如離心球墨鑄鐵管的檢測(cè)，是由具有 150多年的歷史的英國(guó) Clanny crors鑄管和鑄件公司，在 1986年已經(jīng)采用了超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù) ，實(shí)現(xiàn)了對(duì)離心球墨鑄鐵管的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)與評(píng)價(jià)。這種方法效率高，速度快，并且有其它方法無(wú)可比擬的優(yōu)越性。
在第九屆 APCNDT(亞洲和太平洋地區(qū)無(wú)損檢測(cè))會(huì)上，德國(guó)富朗霍夫研究所推出的：用超聲波顯微鏡對(duì)金屬包覆層材料壓合面特征的研究，為改進(jìn)壓合工藝提供了可靠參數(shù)。汕頭超聲波研究所發(fā)表的DGS曲線帶寬的計(jì)算機(jī)模擬，為解決 DGS曲線近場(chǎng)理論曲線和實(shí)驗(yàn)曲線的長(zhǎng)期不吻合，并為探頭參數(shù)的改進(jìn)和制作提供了重要的解決手段。日本公司發(fā)表的：應(yīng)用聲壓回波透射比分析鋼板的結(jié)構(gòu)，是基本理論應(yīng)用于解決實(shí)際問(wèn)題的一個(gè)典型例子。臺(tái)灣新竹交大發(fā)表 了：用聲和超聲研究金屬板與橡膠板粘合面的結(jié)合質(zhì)量。韓國(guó)仁和大學(xué)機(jī)械工程系發(fā)表了：用超聲波評(píng)價(jià)CFRP9(碳纖維復(fù)合材科)… 鋁結(jié)合面的結(jié)合強(qiáng)度，日本 KANASI能源公司和TOHOKU大學(xué)發(fā)表了：用超聲波顯微技術(shù)對(duì)球形樣品疲勞破損的監(jiān)測(cè)，印度預(yù)防研究和發(fā)展實(shí)驗(yàn)室發(fā)表了：對(duì)鋁合金采用超聲波 、射線和層析照相的研究等，都從不 同角度對(duì) NDE技術(shù)在各工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供了理論依據(jù)。
五、超聲無(wú)損檢測(cè)展望
(1)超聲波探傷
近代探傷技術(shù)*重要的發(fā)展是定量化程度的提高，因此探頭的標(biāo)準(zhǔn)化，系列化是關(guān)鍵，故使超聲探傷換能器性能標(biāo)準(zhǔn)化，已擺到日程上，并引起質(zhì)量監(jiān)督部門的重視。超聲波探傷正沿著使攜小型化 、智能化、數(shù)字彩色等方向發(fā)展。1993年浙江大學(xué)現(xiàn)代制造：[程研究所在國(guó)內(nèi)**開(kāi)發(fā)成功了九自由度智能化超聲掃查系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有復(fù)雜表面掃查功能和A掃描、B掃描、C掃描顯示方式。并可通過(guò)與**微機(jī)的交互功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)掃查參數(shù)、掃查過(guò)程的預(yù)設(shè)置。實(shí)現(xiàn)了中斷續(xù)掃、實(shí)時(shí)分析、局部縮放等**功能。98年，國(guó)內(nèi)外開(kāi)創(chuàng)取得高分子構(gòu)件表面應(yīng)力檢測(cè)及可視化成果并開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)。02年 ，國(guó)內(nèi)開(kāi)創(chuàng)開(kāi)發(fā)成功自由度大型復(fù)雜曲面工件超聲彩色成像系統(tǒng)。
(2)超聲波無(wú)損檢測(cè)
資料表明，超聲無(wú)損檢測(cè)在液壓系統(tǒng)中應(yīng)用甚少，故將非接觸超聲檢測(cè)應(yīng)用于液壓系統(tǒng)是人們期待開(kāi)辟的新領(lǐng)域和探討的重要課題。液壓系統(tǒng)的建模、辨識(shí)和性能分析及故障檢測(cè)中，用超聲波流量計(jì)對(duì)高壓小管徑的壓力管路進(jìn)行動(dòng)態(tài)流量測(cè)量占有非常重要的地位。而目前的超聲波流攝計(jì)只能適用于較大(30ram以上 )管徑。這類流量計(jì)不適于液壓系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè) ，所以提高小管徑超聲波流量汁的測(cè)量準(zhǔn)確度將是今后探索研究的方向。而壓力這一重要參數(shù)，目前檢測(cè)中應(yīng)用大多是接圈式有損檢測(cè)方法故從管外壁利用超聲波技術(shù)檢測(cè)壓力具有廣闊的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景，*有生命力。因此，西安**炮兵工程學(xué)院研制的 GWCY型超聲波管外測(cè)壓儀和沈陽(yáng)建筑 工程學(xué)院研制的 FJCY超聲波非接觸測(cè)壓故障儀均有待與進(jìn)一步提高性能，開(kāi)發(fā)應(yīng)用市場(chǎng)。
六、結(jié)束語(yǔ)
國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的無(wú)損檢測(cè)技術(shù) ，目前已逐步由 NDI和 NDT向 NDE過(guò)渡 ，即用材料超聲波無(wú)損評(píng)價(jià)來(lái)代替超聲波無(wú)損探傷和超聲波無(wú)損檢測(cè)，并且向自動(dòng)超聲波無(wú)損評(píng)價(jià)(ANDE)和定嫩超聲波無(wú)損評(píng)價(jià)(QNDE)的方向發(fā)展和應(yīng)用。