蔣網(wǎng)所

(南京瑞迪建設(shè)科技有限公司，江蘇 南京 210000)

超聲波脈沖測量技術(shù)是近年來應(yīng)用廣泛的一種無傷、快速測量技術(shù)，在工程測量領(lǐng)域取得了較好的效果。為保證超聲測量的測量精度，需對超聲波脈沖測量技術(shù)的原理及主要影響因素進行分析，并不斷改善和提升測量技術(shù)和工藝。近年來，我國水利工程建設(shè)規(guī)模居世界前列，大型水利工程帶來了明顯的社會和經(jīng)濟效益，在水利工程質(zhì)量檢測中使用超聲波技術(shù)已經(jīng)形成了較為成熟的模式和工作方法，是水利工程質(zhì)量檢測中的常用手段之一。

1 超聲法檢測原理

超聲波檢測中，當(dāng)超聲波在混凝土中遇到缺陷現(xiàn)象，會通過反射以及折射的方法導(dǎo)致傳播的波形發(fā)生轉(zhuǎn)變，通過這一原理的運用，可以檢測出水利工程中混凝土澆筑質(zhì)量和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性等數(shù)據(jù)。在水利工程中使用超聲波進行檢測，超聲波可以在不同混凝土強度和彈性模量特性的基礎(chǔ)上，建立特定的聲波傳播通道，對混凝土強度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行評估。通常情況下，在內(nèi)部存在缺陷的混凝土中，超聲波的傳播速度會出現(xiàn)明顯的下降。使用超聲波探測能夠?qū)崿F(xiàn)隔空透視和無損探傷，為諸多行業(yè)的發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐。但是也應(yīng)注意到，在超聲波范圍內(nèi)，不同聲波頻率內(nèi)聲波能量和特性存在一定差異，在使用過程中應(yīng)格外注意。

2 超聲波在水利工程質(zhì)量檢測中應(yīng)用的影響因素

2.1 設(shè)備影響分析

在水利工程質(zhì)量檢測中使用超聲波技術(shù)，所用設(shè)備的質(zhì)量和精確度是其中主要的影響因素之一。一般情況下，超聲波檢測設(shè)備對于質(zhì)量檢測結(jié)果的影響表現(xiàn)在以下幾個方面。(1)超聲波聲速差異。使用超聲波儀器對水利工程進行質(zhì)量檢測，被檢測部分與檢測探頭處于相對運動狀態(tài)，在檢測過程中，需要同時滿足超聲波垂直攝入待檢測區(qū)域和混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)保持足夠聲波覆蓋兩個條件?？刂坡暡ㄉ淙氲慕嵌缺阌趦?nèi)部缺陷的檢測和判斷，提升檢測的效率和準(zhǔn)確性；控制掃描的速度能夠保證不遺漏缺陷點。(2)在超聲波頻率范圍的確定中，應(yīng)以不錯過最小缺陷為目標(biāo)，并盡可能選擇具有較高發(fā)射功率和頻率的探頭，以提升超聲波檢測的工作效率要求。

2.2 耦合因素分析

在水利工程質(zhì)量檢測過程中，經(jīng)常會遇到表面不規(guī)則的情況，容易導(dǎo)致探頭和檢測物體之間不貼合的問題，該問題不能有效解決，將影響質(zhì)量檢測的整體效率。為此，現(xiàn)場工作人員常使用耦合劑填充于探頭和待檢測物體之間，提升兩者之間的耦合性和檢測的整體性。在水利工程檢測中，使用的耦合劑材料較多，常用的包括合成機油、水玻璃和甘油等。應(yīng)該注意到，使用耦合劑的厚度越低，則對檢測結(jié)果的影響越小，檢測的準(zhǔn)確度越高。同時，需要對待檢測水利工程表面進行拋光處理，避免聲波在傳播中遇到突出部分帶來對檢測結(jié)果的干擾。

2.3 環(huán)境因素分析

環(huán)境因素對于超聲波法檢測水利工程質(zhì)量的影響主要表現(xiàn)在溫度方面。檢測過程的溫度過高或者過低，都會對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。嚴(yán)重情況時，溫度會導(dǎo)致水利工程內(nèi)部產(chǎn)生物理變化甚至化學(xué)變化，最終導(dǎo)致超聲波法無法使用。

2.4 人為因素分析

在超聲波法檢測水利工程質(zhì)量的過程中，分析人員對得到波形的研究會對檢測結(jié)果產(chǎn)生重要影響，一般情況下，人為因素在總體影響因素中占比接近50%。分析人員的專業(yè)技能可以通過培訓(xùn)和經(jīng)驗累積提升，這就要求檢測單位建設(shè)相對完備的人才培養(yǎng)和培訓(xùn)體系，不斷提升檢測人員和分析人員的專業(yè)技能。

3 超聲法在水利工程質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

3.1 在水利工程金屬部件檢測中的應(yīng)用

超聲波檢測設(shè)備體積小，便于攜帶，對人體無傷，同時檢測較率高，是水利工程金屬部件質(zhì)量檢測中的常用設(shè)備。金屬設(shè)備的差異性較大，同時焊縫較多，如不能準(zhǔn)確判斷結(jié)構(gòu)質(zhì)量及焊接質(zhì)量，會影響金屬結(jié)構(gòu)的整體性能，導(dǎo)致水利工程質(zhì)量問題。在金屬部件檢測中使用超聲波法，應(yīng)具體分析金屬材質(zhì)、焊縫規(guī)模、材料的阻抗性能、金屬材質(zhì)厚度、金屬部件空間結(jié)構(gòu)等信息，選用頻率、幅值、聲速的最佳搭配，同時優(yōu)選換能器種類，提升聲波檢測的質(zhì)量。

水利工程中建設(shè)了較多的水閘、泵站、水電站等工程，使用的金屬結(jié)構(gòu)較多，考慮到材質(zhì)的耐久性，多使用鋼質(zhì)材料。在長時間使用過程中，必然受到周圍環(huán)境的腐蝕，導(dǎo)致鋼材厚度降低，整體強度下降。超聲波檢測技術(shù)能夠快速、無損的對金屬結(jié)構(gòu)進行鋼材厚度、焊縫探傷的測量，及時發(fā)現(xiàn)金屬構(gòu)件的薄弱環(huán)節(jié)。

3.2 在水利工程混凝土檢測中的應(yīng)用

結(jié)合水利工程混凝土的特點，超聲波法在水利工程混凝土質(zhì)量檢測中取得了非常廣泛的應(yīng)用。對于混凝土深部裂縫的探測可使用斜測法，能夠得到裂縫展布范圍及長度信息。如使用鉆孔法進行裂縫的探測，應(yīng)在混凝土裂縫周圍等間距布置三個小孔，小孔的尺寸與換能器的大小相匹配，同時在孔內(nèi)加入混凝土和換能器的耦合劑，將探頭深入孔內(nèi)進行探測。

值得注意的是，使用斜測法測量混凝土質(zhì)量，由于裂縫中經(jīng)常存在一些砂礫和碎屑，超聲波測量過程中發(fā)出的測量聲波中的一部分可能會穿過含砂礫的裂縫，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)；同時，沒有穿過裂縫的聲波直接到達(dá)接收器，會造成裂縫定位的誤差。針對這種情況，建議使用雙面斜側(cè)法，雙面斜測法能夠?qū)崿F(xiàn)混凝土裂縫的平面斜測，得到的檢測結(jié)果更加準(zhǔn)確，快速。

綜合來看，超聲波檢測的穿透性較強，操作簡便，能夠快速實現(xiàn)混凝土無損探測，在水利工程混凝土質(zhì)量檢測中國應(yīng)用較多，但是該種技術(shù)在使用過程中應(yīng)結(jié)合具體工況確定探測參數(shù)，保證質(zhì)量檢測的精度。

3.3 在流速、流量檢測中的應(yīng)用

超聲波檢測還可用于水利工程中排灌站、水電站和泵站等設(shè)備設(shè)施流量的檢測中。在渠道、輸水管道尤其是大孔徑的管道中，使用超聲波法進行流速和流量的測量，主要是發(fā)揮了超聲波設(shè)備安全，便捷和測量快速的優(yōu)勢。具體體現(xiàn)在以下幾個方面。(1)超聲波檢測無需安置轉(zhuǎn)槳測速儀，檢測費用得以降低；(2)測量過程無需敷設(shè)電纜電線，降低了信號衰減，提升了測量的經(jīng)濟型和準(zhǔn)確性；(3)超聲波測量設(shè)備體積較小，不需要單獨制作測量框架，明顯降低了設(shè)備運輸、安裝和調(diào)試的工作量，提升了經(jīng)濟行；(4)無需在管路內(nèi)開孔，也不需要在管道內(nèi)安置測速儀，實現(xiàn)流速、流量無損測量，降低了設(shè)備和人員的安全風(fēng)險。

使用超聲波技術(shù)測量管道內(nèi)流體時，需要注意上游和下游換能器、探頭發(fā)出的聲波信號與水流方向之間的夾角，通常情況下需要維持在45°～60°范圍內(nèi)，以保證測量的精度；同時，有條件的單位可使用經(jīng)緯儀輔助進行測量工作，可進一步提升準(zhǔn)度。在大型渠道和管道測量時，要求渠道底部無大型石塊、水草等障礙物，渠道底部平整。應(yīng)依據(jù)渠道內(nèi)水面的寬度和高度，調(diào)整換能器探頭的間距，在水流狀態(tài)變化的部位應(yīng)適當(dāng)增密，保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。為實現(xiàn)多層測量，可在水流范圍內(nèi)擴展更多的通道。

在測量過程中，無需破壞管道，只需要依據(jù)管道尺寸計算探頭之間的距離和夾角，將換能器安裝在管道的兩側(cè)，就可以快讀測得流量和流速等信息。值得注意的是，換能器探頭位置、流體中氣泡含量和換能器角度等，都會對測量結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。管道內(nèi)流體充盈情況較好的直管段，測量的精度最高。為降低干擾因素的影響，建議在上游選取10倍以上管徑、下游選取3倍以上管徑的部分進行測量。有條件的單位可使用雙測量面的雙聲路技術(shù)，進一步降低測量誤差，這是要求換能器與管道走向保持45°～75°夾角。

4 結(jié) 語

水利工程建設(shè)對于改善當(dāng)?shù)厮Y源分布和開發(fā)具有重要意義，是我國重要的大型基礎(chǔ)設(shè)施之一。為保證水利工程長期發(fā)揮功用，水利工程項目的質(zhì)量檢測人員應(yīng)熟練掌握現(xiàn)有檢測技術(shù)的優(yōu)缺點及適用條件，并在實踐中掌握主要的精度影響因素及控制手段，不斷提升水利工程質(zhì)量檢測的質(zhì)量和準(zhǔn)確性，為水利工程建設(shè)和運行提供有力支撐。