摘要：現(xiàn)代社會到處可見各種金屬材料制成的生產(chǎn)器具和生活用具，而這些金屬材料在長期的應(yīng)力作用下出現(xiàn)了裂痕和裂紋，那么這樣的金屬器具如果繼續(xù)使用必然會成為一個(gè)重大的安全隱患。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些金屬器具中存在的氣泡與裂紋，人們發(fā)明了超聲波探傷系統(tǒng)，對于及時(shí)的發(fā)現(xiàn)各類金屬制品中存在的氣泡和缺陷，以及疲勞后產(chǎn)生的裂紋具有不可后來的主要作用，但是現(xiàn)代超聲涌上探傷檢測系統(tǒng)發(fā)展還并不成熟，超聲波探傷系統(tǒng)能夠檢測的部件還非常有限，因此研究和探討現(xiàn)代超聲波探傷檢測系統(tǒng)的現(xiàn)狀與存在的問題，未來的發(fā)展就成了一個(gè)非常有意義的課題。

關(guān)鍵詞：超聲波探傷 檢測技術(shù)原理 優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn) 未來發(fā)展

中圖分類號：TP274.5；TP368.12 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-5336（2014）24-0000-00

1 超聲波探傷檢測的原理

在超聲波探傷沒有出現(xiàn)之前，金屬探傷工作一直是靠表面觀察、有經(jīng)驗(yàn)的人員的觀察和聽聲音等方法，后來出現(xiàn)了著色探傷和磁粉探傷這兩種方法，有效的對金屬內(nèi)部的氣泡與缺陷、裂紋等進(jìn)行了揭示。但是相比起超聲波探傷這一方法來說，前兩種方法不但過程復(fù)雜，而且花費(fèi)大，而且還存在著不準(zhǔn)確，無法發(fā)現(xiàn)隱藏在工件內(nèi)部的缺陷和裂紋的問題。這些問題在超聲波探傷這一方法出現(xiàn)之后都得到了完美的解決。超聲波探傷方法憑借其對工件的無損性，簡單易行性，可靠性和可反復(fù)檢測，一次購買長期使用的多種優(yōu)點(diǎn)而被多大用戶所稱贊和喜愛。那么超聲波探傷的工作原理到底是怎么樣的呢？它是如何超越了傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)觀察和磁粉探傷、著色探傷等探傷方法而在它們中間脫穎而出，成為其中的姣姣者的呢？這首先要從超聲波探傷的原理說起。

人們都知道蝙蝠是通過超聲波來活動覓食的。蝙蝠的發(fā)聲器官與人類不同，它能夠發(fā)出一種頻率比人耳能夠聽到的聲音頻段更高的聲波，這種聲波具有良好的方向性，和非常好的穿透能力，并具有傳播距離遠(yuǎn)，能夠在碰到障礙物后反彈回來的良好特性。還能夠用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。蝙蝠正是靠了這一特殊的器官與功能在夜間飛行和覓食的，憑借著超聲波的良好傳播和反彈的特性，蝙蝠即使是在伸手不見五指的黑夜中也能對周圍的環(huán)境了如指掌，并完美的掌握獵物的方位和運(yùn)動狀態(tài)并成功的進(jìn)行獵食。科學(xué)家們在了解了超聲波與蝙蝠的這一優(yōu)秀的功能之后，就將之運(yùn)用到了船上，用它來測量水深和海中或者空中的物體。但是后來科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)了超聲波在金屬和一些物質(zhì)中良好的穿透性能，憑借這一功能和遇上障礙物后反射的特性，科學(xué)家才發(fā)明了后來的超聲波探傷儀。其工作原理就是靠著超聲波在金屬中良好的穿透性和遇上障礙物后反射的這兩大特性。首先因?yàn)槌暡暿芗性谔囟ǖ姆较蛏线M(jìn)行傳播，在介質(zhì)中沿直線傳播，其次，超聲波在介質(zhì)中傳播過程中，會發(fā)生衰減和散射，且在異種介質(zhì)的界面上將產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換。所以當(dāng)我們用超聲波來探傷時(shí)，一但在金屬內(nèi)部存在著氣泡與裂紋，那么超聲波在穿過金屬介質(zhì)到達(dá)氣泡和裂紋后就會發(fā)生變化，然后再次遭遇金屬介質(zhì)后又會發(fā)生變化和反射，利用這些特性，探傷者就能夠輕易的了解金屬內(nèi)部氣泡的位置和大小，以及金屬介質(zhì)的厚度了。如圖1所示。

圖1 超聲波探傷檢測的原理

2 超聲波探傷檢測的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

目前超聲波探傷儀有許多種類，多個(gè)產(chǎn)品，但是幾乎所有的產(chǎn)品的探頭都是通過壓電效應(yīng)的工作原理來工作的。壓電效應(yīng) 是一種物理現(xiàn)象，指的是某些晶體材料在交變拉壓應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生交變電場的效應(yīng)。壓電效應(yīng)的另一個(gè)現(xiàn)象是當(dāng)晶體材料在交變電場作用下，產(chǎn)生伸縮變形。而超聲波探傷檢測儀的探頭正是用這種具有壓電效應(yīng)的晶體制造成的。這使得這種探頭具有壓電效應(yīng)，當(dāng)我們需要探傷時(shí)，接通電路，探傷系統(tǒng)發(fā)出高頻電脈沖激勵探頭上的壓電晶片時(shí)，就激發(fā)發(fā)生壓電效應(yīng)，制造出超聲波。而當(dāng)超聲波遇上障礙物而反射回來時(shí)，探頭上的晶片受到超聲波的作用，又激發(fā)壓電效應(yīng)，將聲能轉(zhuǎn)換為電能，并由探傷系統(tǒng)中的處理后顯示在顯示屏上。目前超聲波探傷儀有多種類型，橫跨多個(gè)探傷領(lǐng)域，光探頭就有直探頭、斜探頭、雙晶探頭等多個(gè)各類，目前最先進(jìn)的是雙晶探頭，雙晶探頭有兩塊壓電晶片，一塊用于發(fā)射超聲波，另一塊用于接收超聲波。根據(jù)入射角不同，又分為雙晶縱波探頭和雙晶橫波探頭。不同于以往的直探頭，現(xiàn)在的斜探頭、雙晶探頭都有探測探測與探測面垂直或成一定角度的缺陷，如焊縫、汽輪機(jī)葉輪等的功能，大大的擴(kuò)展了超聲波探頭能夠探測的工件的各類和范圍。

總結(jié)起來，目前超聲波探傷檢測儀所具有的優(yōu)點(diǎn)有這樣一些：較強(qiáng)的穿透能力、較高的的靈敏度，可發(fā)現(xiàn)大小只有0.1毫米左右的氣泡和裂紋、準(zhǔn)確性較高，可發(fā)現(xiàn)氣泡和裂紋的方向、大小和形狀、探傷方便、可當(dāng)場顯示檢測結(jié)果、操作方便安全。但缺點(diǎn)也不少，主要有這么一些：對檢測人員的經(jīng)驗(yàn)和操作要求較高、無法檢測形狀不規(guī)則，小而薄的物件，也無法檢測材質(zhì)不均勻的工件、無法準(zhǔn)確的揭示出缺陷的詳細(xì)情況、探傷儀昂貴，探傷成本較高等等。

3 超聲波探傷檢測儀器未來的發(fā)展趨勢

參考上文中揭示的目前超聲波探傷檢測儀所具有優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢，超聲波探傷檢測技術(shù)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。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭君.基于嵌入式系統(tǒng)超聲波探傷的研究[D].北京交通大學(xué)，2008年.

[2]韓輝.數(shù)字化超聲波探傷儀關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].沈陽理工大學(xué)，2008年.

收稿日期：2014-11-16

作者簡介：嚴(yán)偉（1983—），男，江蘇靖江人，本科，檢定員，助工。