O 导言
无损检测(Nondestructive test，NDT)是指不损坏和损害受检物体，对其功能、质量、有无内部缺点进行检测的一种技能。无损检测技能是进步产品质量，促进技能进步不行短少的手法，特别跟着新资料、新技能的广泛运用，各种结构零件向高参量、大容量方向开展，不只
要进步缺点检测的精确率和可靠性，并且要把传统的无损检测技能和现代信息技能相结合，完成无损检测的数字化、图画化、实时化、智能化。
工业上常用的无损检测办法有五种：超声检测(UT)、射线探伤(RT)、浸透探查(PT)、磁粉检测(MT)和涡流检测(ET)。其间超声检测是运用超声波的透射和反射进行检测的。超声波能够穿透无线电波、光波无法穿过的物体，一起又能在两种特性阻抗不同的物质接壤面上反射，当物体内部存在不均匀性时，会使超声波衰减改动，然后可区别物体内部的缺点。因而，在超声检测中，发射器发射超声波的意图是超声波在物体遇到缺点时，一部分声波会发生反射，发射和接纳器可对反射波进行剖析，精确地测出缺点来，并显现出内部缺点的方位和巨细，测定资料厚度等。
超声检测作为一种重要的无损检测技能不只具有穿透才能强、设备简略、运用条件和安全性好、检测规模广等根本性的长处外，并且其输出信号是以波形的办法表现。使得当时飞速开展的核算机信号处理、模式识别和人工智能等高新技能能被方便地运用于检测进程，然后进步检测的精确度和可靠性。
超声波无损探伤(NDI)是超声无损检测的一种开展与运用，其设备有：超声探伤仪、探头、藕合剂及规范试块等。其用处是检测铸件缩孔、气泡、焊接裂纹、夹渣、未熔合、未焊透等缺点及厚度测定。
超声无损检测在最近几十年中得到了较大的开展，它已成为资料或结构的无损检测中常用的手法。因为超声检测能够在线进行、超声波对人体无害又不改动体系的运转状况，因而，在资料或结构的无损检测中得到了广泛的运用。
1 超声探伤原理
超声探伤是无损检测的首要办法之一。它能非损坏性地勘探资料性质及内部和外表缺点(如裂纹、气泡、夹渣等)的巨细、构成和散布状况，具有灵敏度高、穿透力强、检测速度快和设备简略、本钱低一级一系列特色。
1．1 基本原理
超声波探伤具有反射和透射两种办法。其间反射办法精确度较高。图1是脉冲回波探伤仪原理图。脉冲发射器经过探头将超声波短脉冲送入试件，当回波从试件的缺点或鸿沟回来时，经过信号处理体系，在示波器上加以显现，并将其起伏和传达时刻显现出来。假如已知试件中的声速，则依据示波器上的读数所获得的脉冲间的传输时刻即可获得缺点的深度。
1．2 探伤分类
超声探伤办法许多，能够按不同的办法进行分类。现将几种常用的分类办法介绍如下。
(1)按原理分类
按探伤原理分类可分为脉冲反射法、穿透法和共振法。脉冲反射法是一种运用超声波探头发射脉冲到被检测验块内，依据反射波的状况来检测验件缺点的办法。脉冲反射法又包含缺点回波法、底波高度法和屡次底波法等。
(2)按耦合办法分类
按耦合办法分类如图2所示。
(3)按探伤显现办法分类
按探伤显现办法分类可分为A型显现，B型显现与C型显现。其间A型显现只显现缺点的深度；B型显现探伤仪，可显现工件内部缺点的横断面形状，此刻示波器横坐标代表探头在工件面上的方位，纵坐标代表缺点的深度。探头沿工件移动与示波管扫描线的水平移动是同步的，为使图象保留在荧光屏上，应选用长余辉示波管，且探头移动速度不能太快；C型显现探伤仪，能够显现工件内部缺点的平面图形。
(4)按智能办法分类
上述探伤办法如由人工操作，则为人工探伤。如使试样或探头移动，在它的移动中运用超声波主动地检测缺点并予以显现或指示(喷色)的办法，称为超声主动探伤。主动探伤要有探伤仪(带闸口设备)，显现设备，探头及其夹持组织。依据探头设置办法的不同还可大致分为如下几种探伤办法：直触摸摸办法，此办法只用在探伤速度不高且外表润滑的场合，如轨迹、无缝钢管和轴等；部分水浸办法是超声探伤中最适用的办法，还可细分为其他办法，但原理是相同的；全水浸办法用于工件的某部分(如粘结层)或管类的精细探伤，当水槽组织规划成能够进行主动探伤的状况下，除掉工件的装卸以外，探伤能够悉数主动化，假如工件加工精度高，并且水槽内架起的探头夹持组织、移动架的精度也高，则探伤的精度也高。
2 超声探伤技能在无损检测中的运用
2．1 机车检测方面的运用
2．1．1 在高速钢轨检测中的运用
我国铁路运营线路近七万公里，并且铁路正在向高速、重载的方向开展。超期服役的钢轨数量很大，线路上的钢轨在承当深重的运送使命进程中，难免要发生各种肉眼能看见及看不见的损害如侧磨、轨头压溃、剥离掉块、锈蚀、核伤、水平裂纹、笔直裂纹、周边裂纹等。
如图3所示，当被检钢轨内部有一个裂纹缺点(或其他缺点)，将超声波探头放在被检钢轨的某一外表部位(该面称作探伤面、检测面)，探头向被检钢轨发射超声波信号，超声波穿过界面进入被检钢轨内部，在遇到缺点和两介质的界面时都会有反射，反射信号被探头接纳后，经过探伤仪内部的电路转化，就能够把缺点信号和底波信号形象地显现出来，如图4所示。依据超声波的声程核算，就能够轻易地将缺点信号和底波信号区别开，然后经过超声波试块进行定标，就能够完成对钢轨缺点的定位和定量。
2．1．2 在车轮缺点检测中的运用
轮对是车辆走行部中最重要的部件之一，对轨迹车辆轮对的检测并精确地判别其缺点方位一直是铁道运送部分非常重视的问题。该体系选用电磁超声探伤技能，完成轮对踏面的缺点检测，包含：踏面剥离及剥离前期检测；踏面外表及近外表裂纹检测。
电磁超声探伤体系运用超声外表波的脉冲反射原理进行缺点检测。当轮对沿钢轨运转到探头方位，轮对踏面触摸探头的瞬间，EMAT(电磁超声探伤技能)在车轮踏面外表及近外表激宣布电磁超声外表波脉冲，超声外表波将沿踏面外表及近外表圆周以很小的损耗传达。如图5所示，超声外表波在踏面双向传达(顺时针和逆时针)，沿车轮外表及近外表传达1周后回到探头方位，EMAT探头检测到回来的超声外表波后构成第1次周期回波(图5中RT波)；未衰减的超声波持续沿踏面传达，顺次构成第2次、第3次周期回波，……，直到能量衰减到设备无法检测停止。
当车轮踏面外表及近外表有裂纹或剥离等缺点存在时，超声波在缺点端面处一部分能量被反射，沿原传达途径回来并被探头检测到，构成缺点回波(图6中E波)；另一部分能量绕过缺点端面持续传达，构成周期性回波(图6中RT波)。经过正常的周期回波(RT)与缺点回波(E)的比照剖析，能够定性剖析当时轮对的踏面缺点状况。
2．1．3 在轮辋缺点检测中的运用
跟着我国铁路行车速度的进步，尤其是动车组的开行给行车安全提出新的检测，转向架要害部件如轮辋、车轴、轴承等部分方位接受更大的应力，要求检测进程速度加速、检测时刻间隔变小、检测规模扩展，给铁路无损检测范畴提出更高的技能要求。
依据轮辋缺点裂纹的走向特色，将轮辋缺点分为三类。
(1)周向缺点：沿车轮踏面圆周方向并与踏面圆周方向平行；
(2)径向缺点：方向笔直踏面，与车轮直径方向平行；
(3)轴向缺点：轮辋内部与车轴方向平行。
在探伤实验中，经过在样板轮上打平底孔、刻槽的办法构成人工缺点模仿轮辋的实践缺点，平底孔的直径或刻槽的宽度与实践裂纹尺度成当量联系，相控阵探头别离置于踏面(I)和轮缘内侧(II)进行扫查，样板轮工缺点如图7所示，缺点①为距轮缘顶端40 mm且笔直轮辋旁边面φ3 mm深30 mm的平底孔；缺点②为距踏面10 mm笔直轮辋旁边面φ3 mm深30 mm的平底孔；缺点③为距踏面50 mm笔直轮辋旁边面φ3 mm深90 mm的平底孔；缺点④为轮辋与轮辐交代区域，朝踏面方向φ3 mm、孔底距踏面40 mm的平底孔；缺点⑤为轮缘根部靠踏面侧2 mm深周向刻槽，槽宽小于等于2 mm。依据超声检测脉冲回波反射的特色，周向缺点选用纵波相控阵直探头从踏面进行扫查；径向缺点选用纵波相控阵直探头在轮缘内旁边面进行扫查；轴向缺点选用纵波相控阵直探头、横波相控阵斜探头均能扫查到。
2．2 修建和土木方面的运用
2．2．1 超声在测定混凝土结构强度及厚度的运用
(1)强度检测技能
超声波检测是运用混凝土的抗压强度与超声波在混凝土中的传达参数(声速)之间的相关性来检测混凝土强度的。混凝土的弹性模量越大，强度越高，超声波的传达速度越快。经实验，这种相关联系能够用非线性数学模型来拟合，即经过实验树立混凝土强度和声速的联系曲线。现场检测混凝土强度时，应该挑选浇筑混凝土的模板旁边面为测验面，一般以200 mm×200 mm的面积为一测区。每一试件上相邻测区间隔不大于2 m。测验面应清洁平坦，枯燥无缺点和无饰面层。每个测区内应在相对测验面上对应的辐射和接纳换能器应在同一轴线上，测验时有必要坚持换能器与被测混凝土外表有杰出的耦合，并运用黄油或凡士林等耦合剂，以削减声能的反射丢失。按拟定的回归方程核算或查表获得对应测区的混凝土强度值。
(2)声波反射法丈量厚度
如图8所示，超声波从一种固体介质入射到另一种固体介质时，在两种不同固体的分界面上会发生波的反射和折射。声阻抗率相差越大，则反射系数也越大，反射信号就越强。所以只需能从直达波和反射波稠浊的接纳波中识别出反射波的叠加起始点，并测出反射波届时，就能够由式(1)核算混凝土的厚度：
式中：H为混凝土厚度；C为混凝土中声速；T为反射波走时；L为两换能器间隔。由(1)式知，要精确得到厚度，要害是怎么设法测得较精确的混凝土声速C和混凝土结构底面波反射声时T。当换能器固守时，L是一个常数。
2．2．2 超声在桥梁混泥土裂缝检测中的运用
桥梁结构的运用功能及耐久年限，首要由规划、施工和所用资料的质量等许多要素一起决议。因为规划、施工和资料或许存在某些缺点，这些缺点会使桥梁结构先天存在着某些单薄之处；此外，桥梁在营运运用中又会遭到不行避免的人为损害及各种大自然腐蚀，带来后天病害。
如图9所示，先在与裂缝相邻的无缺点混凝土运用评测法核算出超声波在测距为2a的混凝土中的声时to；再将超声换能器置于裂缝两边各为a的间隔，核算出跨缝测验超声波的声时tc，核算裂缝深度dc公式为：
2．3 焊接方面的运用
选用超声相控阵技能及B扫描实时成像技能，经过满足数量的探头摆放和触发时刻操控，并选用不同频率规模，能够完成嵌入式电阻丝电熔衔接接头的检测。经过比照超声图画与接头实剖图，发现该办法能可靠地检出物体中的缺点，并能较精确地确认缺点方位和巨细。在聚乙烯管道装置工程中的检测进一步验证了该技能的可靠性。
检测示意图如图10所示。超声相控阵检测结合B扫描技能能够判别检测截面上电阻丝的方位，然后能够判别因为管材和套筒合作过紧形成的电阻丝笔直方向的错位状况，从实剖图上得到验证如图11所示，比较超声成像图和实剖图能够看出，相控阵超声办法对金属丝有较好的分辩作用，连很细微的位移也能分辩出来，定位精度达O．5 mm。
超声相控阵技能及B扫描实时成像办法对聚乙烯管电熔接头各类缺点有较好的检出才能。对很多含缺点电熔接头进行检测和实验研讨，比照超声成像图和实剖图，发现该办法关于聚乙烯电熔接头的各类缺点均有较高的检测灵敏度和检出精度。经过乡镇聚乙烯燃气管道装置工程检测实践，验证该技能能完成嵌入式电阻丝电熔衔接接头的检测。
3 结语
现代含义的无损检测技能是跟着各种科学技能的开展而开展起来的。超声检测作为无损检测的一种重要办法和热门研讨，首要会集在研发适应性强、灵敏度高的探头；为判别缺点性质而对各种缺点数学模型的树立；缺点的检出和信号剖析技能；无损点评的量化研讨以及拓宽超声检测在其他范畴的运用。它的长处是对平面型缺点非常灵敏，一经探伤便知成果，易于带着，大都超声探伤仪不用外接电源，穿透力强。局限性是藕合传感器要求被检外表润滑，难于探出细微裂缝，要有参阅规范，为解说信号要求查验人员素质高。
超声检测技能未来将会向着以下几个方面开展：
(1)向高精度、高分辩率方向开展。
(2)高温条件下的丈量显着增多，在线检测、动态检测增多。
(3)在若干范畴向超声无损点评开展，使得超声检测内容有了新的内在。如超声检测技能与断裂力学相结合，对重要构件进行剩下寿数点评；超声检测技能与资料科学相结合，对资料进行物理点评。
(4)在无损检测方面向定量化、图画化方向开展，超声检测体系将进一步数字化、图画化、主动化、智能化。
(5)现代信息处理技能如数值剖析法、神经网络技能、含糊技能、遗传算法、虚拟仪器技能将广泛运用于超声检测技能范畴。
跟着各种科学技能在超声检测及探伤中的不断深入运用，信任超声检测作为许多范畴产品质量保证的重要手法之一必将得到更多的重视与进步。
