超聲波無損檢測原理及應用

1、北京工業(yè)大學研究生課程考試答題紙題號分數(shù)任課教師簽名一二三四五六七八九十總分考試課程： 材料加工理論基礎課程類別： 專業(yè)學位課研究生學號：S201409041研究生姓名：喬巧學生類別： 碩士考試時間： 2014-12超聲波無損檢測原理及應用Application and Prospect of Ultrasonic Nondestructive Test學 院： 材料科學與工程 學 號： S201409041 姓 名： 喬 巧 指導教師： 李 曉 延 (教授) 摘 要 超聲無損檢測是物體無損檢測的一種重要方法，幾乎應用到所有工業(yè)部門。本文回顧了超聲無損檢測技術的發(fā)展歷史，闡述了超聲無損檢測技術

2、應用現(xiàn)狀，并展望超聲無損檢測技術未來發(fā)展趨勢 。Abstract: Ultrasonic nondestructive test is an important method of nondestructive test used in all the industries. This paper reviews the developmental history of such technology and discusses the present situation of its application and the future developmental tendency as w

3、ell.關鍵詞：超聲波；無損檢測；無損探傷；無損評價1 緒論1.1 無損檢測技術的發(fā)展概述及研究現(xiàn)狀1.1.1 無損檢測的概念及發(fā)展概述無損檢測(nondestructivetest) 簡稱NDT。人們常常用手拍擊西瓜判斷是否成熟，檢車工敲擊車軸檢查機車車輪是否能安全運行；醫(yī)生用扣診的方法診斷病情。這些都是常見的無損檢測。無損檢測，就是在不損傷被檢材料、工件或設備的情況下，應用某些方法來測定其物理性能、狀態(tài)和內(nèi)部結構，檢測其不均勻性，從而判定其合格與否1。工業(yè)上最常用的無損檢測方法有五種：超聲檢測(UT)、射線探傷(RT)、滲透探查(PT)、磁粉檢測(MT)和渦流檢測(ET)。超聲檢測原理是超

4、聲波進入物體遇到缺陷時，一部分聲波會產(chǎn)生反射，發(fā)射和接收器可對反射波進行分析，就能異常精確地測出缺陷來。并且能顯示內(nèi)部缺陷的位置和大小，測定材料厚度等。超聲波無損檢測在近幾十年中得到了較大的進展，它已成為材料或結構的無損檢測最常用的手段。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，尤其是原子能、航空、航天技術的高度發(fā)展，無損檢測技術越來越為人們所重視。各種測試技術及有關材料科學和物理科學的發(fā)展，也為無損檢測技術的應用提供了新的可能性。材料和工件的無損檢測與評價對于控制和改進生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品質量，保證材料、零件和產(chǎn)品的可靠性，以及提高生產(chǎn)率等都起著關鍵性的作用。縱觀無損檢測技術的發(fā)展，前后經(jīng)歷了三個階段2。早期稱為無損

5、探傷(Non-destructive inspection，簡稱NDI)，它的作用是在不損壞產(chǎn)品的前提下，探測出人眼無法看到的缺陷，以滿足工程設計中的要求。超聲波無損探傷(NDI)設備有：超聲探傷儀、探頭、藕合劑及標準試塊等。用途是：檢測鑄件縮孔、氣泡、焊接裂紋、夾渣、未熔合、未焊透等缺陷及厚度測定。優(yōu)點有：對平面型缺陷十分敏感，一經(jīng)探傷便知結果；易于攜帶；多數(shù)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。隨著電子技術的迅速發(fā)展，使超聲波無損探傷技術和儀器也得到了相應發(fā)展與應用。早在1929年蘇聯(lián)薩哈諾夫提

6、出利用穿透法檢查固體內(nèi)部結構，以后利用連續(xù)超聲波在實驗室研究成功。第二次世界大戰(zhàn)期間，以聲脈沖反射為基礎的聲納設備在法國問世，并成功地用于水下潛艇檢測。在聲納技術的基礎上，美、英兩國分別于1944年和1964年研制成功脈沖反射式超聲波探傷儀，并逐步用于鍛鋼和厚鋼板的探傷。1964年后，由于電子元器件和電子技術設計的進步，使超聲波探傷技術有了較大的改進。70年代計算機技術的發(fā)展及介入，不僅提高了設備的抗干擾能力，而且利用計算機的運算功能，實現(xiàn)了對缺陷信號的自動讀數(shù)、自動識別、自動補償、定量和報警。80年代，隨大規(guī)模集成電路和微機技術的快速發(fā)展。1983年德國隊Knsutknmer公司推出第一臺便

7、攜式數(shù)字化超聲波探傷儀USDI型，采用的是Z800cpu，盡管有許多不足，但已顯示出數(shù)字化超聲波探傷儀強大的生命力。我國50年代初引進蘇聯(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，國內(nèi)各生產(chǎn)廠研制生產(chǎn)的超聲波探傷儀的主要技術招標均有大幅度地提高，較好地滿足了超聲波探傷技術的需要。我國便攜式數(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聲技術公司研制成功國內(nèi)第一臺全數(shù)字化超聲波探傷儀(KS1010型)，并于1990年批量推向市場，與此同時中科院聲學所數(shù)字、模擬組合式電腦超聲波探傷儀也研制成功并推向市

8、場。汕頭超聲電子(集團)公司在1980年推出了CTS-22型超聲波探傷儀，其主要性能指標與當時國際同類儀器水平相當，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、質量、產(chǎn)銷量均占全國首位。第二階段稱為無損檢測(Non-destructive Testing，簡稱NDT)，對于工業(yè)發(fā)達國家來說，這個階段始于20世紀70年代，它不僅檢測最終產(chǎn)品，而且要測量工程工藝參數(shù)，諸如溫度、壓力、密度、粘度、濃度、成分、液位和流量等。超聲無損檢測與其它常規(guī)技術相比，它具有被測對象范圍廣、檢測深度大、缺陷定位準確、檢測靈敏度高、成本低、使用方便、速度快、對人體無害及便于現(xiàn)場

9、檢測等優(yōu)點。幾十年來，超聲無損檢測已得到了巨大發(fā)展和廣泛應用，幾乎應用到所有工業(yè)部門。如作為基礎工業(yè)的鋼鐵工業(yè)，機器制造工業(yè)、鍋爐壓力容器有關工業(yè)部門、石油化工工業(yè)、鐵路運輸工業(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。目前大量應用于金屬材料和構件，包括質量在線監(jiān)控和產(chǎn)品在役檢查。水平普遍提高，應用頻度和領域也日益增多。目前我國對各種大型結構壓力容器和復雜設備都已具備檢測能力。在裂縫自身高度的測量和高溫條件下的非接觸超聲檢測等方面都有很大進展。核電工業(yè)雖然是我國的新興工業(yè)，但超聲檢測已用于核電工業(yè)的各個方面。我國已能按業(yè)主的要求及標準的規(guī)定，使用國

10、際先進的裝備，執(zhí)行國際通用標準，完成核電廠和核設施的役前及在役檢查。利用超聲波測量流速、流量的技術在醫(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、海洋等計量中有著廣泛的應用，不僅可用于流體，液體兩相流的測量，還可用于氣體流量測量，其研究已有數(shù)十年歷史。1928年，法國路登(RUTTEN)研制成功世界第一臺超聲波流量計，直到50年代末期，超聲波流量計由理論研究階段進入人工測量時期，但由于電子線路技術太復雜，這種流量計未占有牢固地位。70年代后，由于集成電路技術迅速發(fā)展，使實用的超聲波流量計得以迅速發(fā)展。進入80年代以后，隨著電子技術，尤其是微電腦的發(fā)展，使超聲波流量計的性

11、能有很大提高，應用范圍日趨擴大。美國Controlotron公司生產(chǎn)的480型寬聲束超聲流量計，不但可以從寬噪聲信號等干擾中分辨出真實的流量信號，還能通過液晶屏顯示流量隨時間變化趨勢圖；美國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，適于高精度管外測量。日本富士電機制造公司的便攜式超聲波流量計，采用TCL(頻差法)原理，內(nèi)裝CPU進行溫度自動補償，精度1.5%。國內(nèi)華中理工大學研制成功(1993)超聲波多普勒智能流量計；本溪無線電一廠生產(chǎn)的多普勒超聲波流量計是80年代定型的產(chǎn)品，用于洪水和油田等場合；開封儀表廠能源部南京自動化研究所、長沙

12、電子儀器二廠等生產(chǎn)廠家和研究單位均有相應的產(chǎn)品。此外，目前用超聲波進行壓力檢測的儀器已研究成功。同濟大學聲學研究所是國內(nèi)主要聲學研究機構之一，是中國聲學學會檢測聲學分會和上海市聲學學會掛靠單位，在國內(nèi)最早開展超聲工業(yè)測量、超聲無損檢測等領域的研究。在超聲方面，聲學研究主要圍繞具體工業(yè)檢測要求進行。例如，1966年開展超聲液位測量、濃度測量、承接煉油廠油庫液位、新安江水庫液位以及援助阿爾巴尼亞的液位測量任務，還承擔二機部原子能源原材料液位測量任務?；炷脸暀z測方面，1976年，在CTS-10型超聲檢測儀的基礎上研制成功晶體管式混凝土超聲波檢測儀，并轉讓汕頭超聲儀器公司，定型為“CTS-25型非

13、金屬超聲檢測儀”，成為全國主要檢測混凝土儀器。第三階段稱為無損評價(Non-destructive Evaluation，簡稱NDE)，它不僅僅滿足于對缺陷的精確測量，也不僅僅局限于對缺陷檢出后，用斷裂力學的方法進行壽命評定。NDE更強調(diào)對材料的性能及結構完整性做出全面而客觀的評價。無損評價就技術路線而言，是在材料的力學性能、微觀結構與無損檢測參量之間建立相關，并借鑒有損或無損測試手段獲得的信息，進而對材料進行有效的評價，因此NDE更具綜合性，在材料研究中發(fā)揮的作用也更加突出。超聲無損評價主要包括：微觀組織結構及形態(tài)變化的描述；彈性系數(shù)和聲彈性能的評估；不連續(xù)性及缺陷的測定；力學性能變化及惡化

14、的評價。超聲無損評價是在超聲損傷與超聲無損檢測基礎上發(fā)展起來的。其研究手段更加先進和多種多樣，研究成果與現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)結合得更為緊密，因而在社會效益和經(jīng)濟效益方面都具有很大的潛力。例如離心球墨鑄鐵管的檢測，是由具有150多年的歷史的英國Clannycrors鑄管和鑄件公司，在1986年已經(jīng)采用了超聲無損檢測技術，實現(xiàn)了對離心球墨鑄鐵管的在線實時檢測與評價。這種方法效率高，速度快，并且有其它方法無可比擬的優(yōu)越性。在第九屆APCNDT(亞洲和太平洋地區(qū)無損檢測)會上，德國富朗霍夫研究所推出的；用超聲波顯微鏡對金屬包覆層材料壓合面特征的研究，為改進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

15、線帶寬的計算機模擬，為解決DGS曲線近場理論曲線和實驗曲線的長期不吻合，并為探頭參無損檢測技術的另一個發(fā)展是從一般無損評價(NDE)向自動無損評價(ANDE)和定量無損評價發(fā)展(QNDE)發(fā)展，逐步減少人為因素的影響，改用計算機來進行檢測和分析，其智能程度和可靠性程度大大提高，檢測手段也將更加多樣、先進。1.1.2 無損檢測的方法無損檢測的方法很多，最常用的有超聲檢測、射線檢測、磁粉檢測、滲透檢測和渦流檢測等3，近年來還出現(xiàn)了一些新型的檢測方法，如紅外檢測、激光全息檢測、聲振檢測，金屬磁記憶方法等等。超聲檢測是利用超聲波射入被檢物體，根據(jù)聲波遇到缺陷反射回來的聲訊號的不同，或聲波在傳播過程中衰

16、減特性的不同，來判斷物體內(nèi)部缺陷的有無。它可以檢測垂直于超聲波的金屬和非金屬材料的平面狀缺陷，也可檢測大型鍛件。超聲檢測具有可探測厚度大，檢測靈敏度高，操作方便，成本低廉，對人體無害等優(yōu)點;缺點是檢測時有一定的近場盲區(qū)，檢測結果不能記錄。射線檢測是利用各種射線源對材料的透射性能及不同材料對射線衰減程度的不同，使底片感光成黑度不同的圖像來觀察的。射線檢測可用來檢測產(chǎn)品內(nèi)部的氣孔、夾渣、鑄造空洞等立體缺陷。其優(yōu)點是檢測結果科記錄下來作為檔案資料長期保存，檢測圖像比較直觀，對缺陷尺寸和性質判斷比較容易;缺點是當裂紋面與射線近于垂直時就很難檢出，且對微小裂紋的檢測靈敏度低，生產(chǎn)費用大，對人體有害，需要

17、防護設備。磁粉檢測是利用強磁性材料磁化后，磁力線遇到裂紋等缺陷時，會繞過缺陷而產(chǎn)生磁漏的現(xiàn)象來發(fā)現(xiàn)缺陷的。磁粉檢測設備簡單、操作方便、對于表面缺陷檢測靈敏度高，缺陷較為直觀;缺點是對物體內(nèi)部缺陷不敏感。滲透檢測是利用液體滲透的物理性能，首先是著色滲透液或熒光滲透液射入表面開口的裂紋內(nèi)，然后清除表面的殘液，用吸附劑吸出裂紋內(nèi)的滲透液，從而顯現(xiàn)出缺陷圖像的一種檢測方法。滲透檢測不受材料種類的限制，可檢查除多孔性材料外的幾乎所有固體材料的表面缺陷，并具有檢測靈敏度高，使用方便的優(yōu)點;缺點是不能檢測產(chǎn)品內(nèi)部缺陷，試劑對環(huán)境有污染，具有一定的毒性。渦流檢測是用電磁線圈使被測材料內(nèi)部由于電磁感應形成渦流，

18、然后利用不同材質或缺陷的存在會改變渦電流的強弱、形成不同渦流磁場的原理來檢測材料缺陷的。它能檢測鋼鐵、有色金屬、石墨等導電材料的表面和近表面缺陷，操作簡單，成本低，儀器簡單易攜、適于現(xiàn)場檢測;缺點是只能檢測導電材料，對內(nèi)部缺陷不敏感。綜上所述，在各種檢測方法中，磁粉、滲透和渦流三種檢測方法，只能檢查表面和近表面缺陷，對試件內(nèi)部的裂紋則不敏感。射線檢測法雖然可以檢測內(nèi)部缺陷，但是它對裂紋等面形缺陷檢測靈敏度低，另外由于其檢測速度慢，并且需要專門的防護設備，從而大大限制了該方法的應用范圍。超聲檢測與射線檢測相比，對不理想的波束方向有更大的適應性。它不僅對平面缺陷很敏感，而且對夾渣和氣孔也有較高的靈

19、敏性。此外，超聲波對人體無害，檢測速度快，操作方便，易于實現(xiàn)自動化，因此應用最為廣泛。1.1.3 我國無損檢測技術的發(fā)展現(xiàn)狀我國的無損檢測技術隨著現(xiàn)代化工業(yè)水平的提高，己經(jīng)取得了很大的進步，建立和發(fā)展了一支訓練有素、技術精湛的無損檢測隊伍，同時，建立了一批生產(chǎn)無損檢測儀器設備的專業(yè)工廠。盡管我國的無損檢測技術和儀器設備的水平，從總體上仍落后于發(fā)達國家十五至二十年，但一些專門的儀器設備(如X射線探傷儀、多頻渦流儀、超聲波探傷儀等)都逐漸采用電腦控制，并能自動進行信號處理，大大提高了我國的無損檢測技術水平，逐步縮短我國無損檢測技術水平與發(fā)達國家的差距。1.2 超聲波檢測的研究現(xiàn)狀及應用領域1.2.

20、1 超聲波檢測的概念和研究現(xiàn)狀超聲波檢測(UT)是無損檢測的一種常用方法，它利用超聲波來對材料和工件進行檢驗和測量。超聲波檢測技術與其它無損檢測技術相比，它具有被測對象范圍廣、檢測深度大、定位準確、檢測靈敏度高、成本低、使用方便、速度快、對人體無害及便于現(xiàn)場使用等優(yōu)點。因此，超聲檢測技術是國內(nèi)外應用最廣泛、使用頻率最高且發(fā)展較快的一種無損檢測技術4。隨著計算機和信息處理技術的迅速發(fā)展，超聲檢測的可靠性和直觀性也大為提高。當前，超聲檢測技術已經(jīng)有了若干進展5，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)各個部門，無論航空航天和國防工業(yè)，還是鐵路、橋梁、石油、化工、電廠和礦山等，都在盡可能地采用超聲檢測技術來提高產(chǎn)品質量和

21、保證安全運行，并已取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。我國超聲檢測技術的研究、應用和儀器研制隊伍正在不斷擴大，技術水平不斷提高，表明我國超聲檢測技術發(fā)展已經(jīng)走出低谷，向新的高峰攀登。預計隨著新一代全數(shù)字化超聲儀器和功能強大的信號處理軟件的問世，尤其是人們對超聲檢測技術理論的更深層次的研究與認識，超聲檢測技術將經(jīng)歷一個更高層次的發(fā)展階段，獲得更為廣泛的應用。1.2.2 超聲波檢測的應用領域超聲檢測技術的應用領域目前主要有6:1) 金屬材料和構件質量在線監(jiān)控和產(chǎn)品的在役檢查。如鋼板、管道、焊縫、壓力容器、核元件及集成電路引線的檢測等。2) 各種新材料的檢測。如有機基復合材料、金屬基復合材料、結構陶瓷材

22、料等，超聲檢測技術已成為復合材料檢測的支柱。3) 非金屬的檢測。如混凝土、巖石、樁基和路面等質量檢驗，包括對其內(nèi)部缺陷、內(nèi)應力、強度的檢測應用也逐漸增多。4) 大型結構、壓力容器和復雜設備的檢測。5) 核電工業(yè)的超聲檢測。我國已能按標準，使用國際先進設備，執(zhí)行國際通用法，完成核電廠和核設施的役前及在役檢查。6) 其它方面的超聲檢測。如醫(yī)學診斷及其它新領域和行業(yè)中超聲檢測的逐步應用和探索。第2章 超聲波無損檢測系統(tǒng) 超聲檢測是一種常規(guī)的無損檢測技術，它利用超聲波在材料中傳播時，遇到界面（如裂紋、氣孔缺陷）反射回來聲訊號的特征，或聲能在不同介質中衰減特征不同等性能，通過電子顯示儀器顯示出反射波（或

23、透射波）信號或圖形，對被檢對象進行檢測7-10。超聲檢測的基本原理如圖1所示。產(chǎn)生用于檢測的超聲信號與介質（包括介質中缺陷）相互作用超聲信號的接收、處理和顯示 檢出介質特性和缺陷 發(fā)射 傳播 接受 判別 圖 Error! Main Document Only. 超聲檢測過程的基本原理2.1 超聲檢測方法及原理 按聲波類型區(qū)分，超聲檢測可以分為連續(xù)波法和脈沖波法，連續(xù)波法中又分為透射法和諧振法；在脈沖波法中可以分為脈沖反射法和脈沖透射法兩種。下面簡單介紹三種較常用的檢測方法。 2.1.1 脈沖反射法 2.1.1.1 工作原理 脈沖反射法是利用超聲脈沖波入射到兩種不同介質交界面上發(fā)生反射的原理進行

24、檢測。采用同一換能器兼作發(fā)射和接收，接收信號顯示在熒光屏上?；驹砗筒ㄐ稳鐖D2所示。 當工件中無缺陷時，接收波形如圖2-a)所示，熒光屏上只有始波T和底波B；當有小于聲束截面的缺陷時，有缺陷波F出現(xiàn)，F(xiàn)波在時基軸上的位置取決于缺陷聲程Lf，可由此確定缺陷在試件中的位置。缺陷回波的高度，取決于缺陷的反射面積和方向角的大小，借此可評價缺陷的當量大小。由于缺陷使部分聲能反射，從而使底波高度下降，如圖2-b)所示；當有大于聲束截面的大缺陷時，全部聲能將被缺陷反射，屆時將僅有始波和大的缺陷波出現(xiàn)在熒光屏上。圖 2 無缺陷試樣和由缺陷試樣中的超聲回波a) 完好試樣 b) 缺陷試樣2.1.1.2 脈沖反射

25、法的特點 與透射法相比，脈沖反射法有以下優(yōu)點： 1) 靈敏度高，當反射聲壓達到晶片起始聲壓的1%時即能檢側，因此，可發(fā)現(xiàn)較小的缺陷；2) 缺陷定位精度高。它是利用缺陷波的傳播時間，通過調(diào)節(jié)掃描速度，即調(diào)節(jié)時基軸與聲程的比例來對缺陷定位的。因此只要儀器水平線性好，缺陷定位就準確；3) 適應范圍廣，改變耦合、探頭和波型可實現(xiàn)不同方法的檢測；4) 操作方便，脈沖反射波一般不需要專門的掃查裝置，這就為各種場合下的檢測作業(yè)帶來了極大的方便和靈活性。但脈沖反射法也有一定的不足之處：1) 存在一定盲區(qū)，對近表面缺陷和薄壁工件不太適用；2) 對于聲束軸線不垂直的缺陷反射面，由于折射的結果，使探頭往往收不到缺陷

26、回波信號，容易造成漏檢；3) 因聲波往返傳播，對于高衰減材料的檢測不適用。2.1.2 脈沖透射法 2.1.2.1 工作原理 脈沖透射法是將發(fā)射、接收探頭分別置于被檢試件的兩側，并使兩個探頭的聲軸處在同一條直線上，同時保證探頭與試件之間有良好的聲耦合，這樣就可以根據(jù)超聲波穿透試件后的能量變化情況來判斷試件內(nèi)部質量。當試件中無缺陷時，熒光屏上顯示始波T和具有一定幅度的回波脈沖B；當有小缺陷時，聲波被缺陷遮擋，接收到的回波信號幅度減?。欢斣嚰腥毕菝娣e造成的聲影大于聲束截面時，熒光屏上只顯示起始脈沖T，無回波信號，如圖3所示。圖表 3超聲穿透法示意圖 a) 無缺陷試樣 b) 有缺陷試樣2.1.2.

27、2 脈沖透射法的優(yōu)缺點 脈沖透射法的主要優(yōu)點： 1) 工件中不存在盲區(qū)，適宜探測薄壁工件； 2) 與缺陷取向無關，不管缺陷取向如何，只要它遮擋聲束傳播路徑，接收探頭就能發(fā)現(xiàn)； 3) 在透射法中，聲波是單聲程傳播，故適合檢測高衰減的材料。 脈沖透射法的缺點： 1) 探測靈敏度低，僅當入射聲壓變化大于 20以上時，才能被接收探頭檢出； 2) 不能確定缺陷的深度位置，僅能判斷缺陷的有無和大小； 3) 對發(fā)射和接收探頭的相對位置要求嚴格，需專門的探頭支撐裝置，因而操作不方便。2.1.3 共振法 依據(jù)試樣的共振特性，來判斷缺陷情況和工件厚度變化的方法稱為共振法。若聲波（頻率可調(diào)的連續(xù)波）在被檢工件內(nèi)傳播

28、，當試樣的厚度為超聲波的半波長的整數(shù)倍時，由于入射波和反射波的相位相同，將引起共振，一起顯示出共振頻率，用相鄰的兩個共振頻率之差，由以下公式算出試件厚度：=n2=nC2f0=nC2(fn-fn-1) (1)式中 f0 工件的固有頻率 FR，F(xiàn)R-1相鄰兩共振頻率 C 被檢試樣的聲速 波長 試件厚度 n 共振次數(shù) 當試樣內(nèi)存在缺陷或工件厚度發(fā)生變化時，將改變試件的共振頻率。當測得共振頻率f和共振次數(shù)n后，即可求出厚度。由于共振法設備簡單，測量精確，常用于壁厚測量。此外，若工件中存在較大缺陷或當工件厚度改變時，將導致共振現(xiàn)象消失或共振點偏移，可利用此現(xiàn)象檢測復合材料的膠合質量、板材點焊質量、均勻腐

29、蝕量和板材內(nèi)部夾層等缺陷。 2.2 超聲波無損檢測技術的發(fā)展趨勢和主要功能科學技術的發(fā)展會帶動我國的生產(chǎn)力水平的提高，同時也會促進技術的研發(fā)，超聲波無損檢測技術就是因為科學技術的不斷發(fā)展，才實現(xiàn)了檢測的目標，在檢測的過程中，可以結合現(xiàn)代化的技術來提高檢測的效率和結果的準確性。超聲波無損檢測技術實現(xiàn)了無損試件的檢測要求，提高了檢測的質量和水平，應該得到社會各界的關注，擴大檢測的范圍。2.2.1 超聲波無損檢測技術的發(fā)展趨勢在超聲波無損檢測技術應用的過程中，需要很多理論知識的支持，檢測時也對檢測的方法和工藝流程有嚴格的要求，這些規(guī)范的檢測方式使超聲波無損檢測的結果可以更準確。發(fā)現(xiàn)檢測缺陷時，技術人

30、員應用非接觸方式的檢測技術，運用激光超聲來提高檢測的效果，所以未來超聲波無損檢測技術一定會向著自動化操作的水平去發(fā)展。自動化的檢測方法可以簡化檢測工作，實現(xiàn)專業(yè)檢測的目標，擴大超聲波無損檢測技術應用的范圍，同時隨著超聲技術的應用，在檢測的過程中，也會實現(xiàn)數(shù)字化檢測的目標，利用超聲信號來處理技術的應用，使檢測技術可以實現(xiàn)統(tǒng)一使用的要求，同時數(shù)字化操作的檢測過程也會提高檢測的準確性，有利于檢測技術的發(fā)展。所以超聲波無損檢測技術將會實現(xiàn)全面的現(xiàn)代化操作要求，利用現(xiàn)代化科學技術的發(fā)展，來規(guī)范超聲波無損檢測的檢測行為，也具備了處理缺陷的功能，提高了檢測的效率。2.2.2 超聲波無損檢測技術系統(tǒng)的主要功能

31、目前，我國超聲波無損檢測主要應用的技術是脈沖反射式的檢測方法，這種技術的應用可以準確的定位缺陷出現(xiàn)的位置和形式，具有非常高的靈敏度，簡化了技術人員檢查缺陷的工作，完善了技術標準。脈沖反射式的檢測技術還具有非常高的靈活性和適用性，可以適應超聲波無損檢測的要求，并實現(xiàn)一臺儀器檢測多種波形的檢測工作。根據(jù)脈沖反射式的檢測技術要求，可以實現(xiàn)缺陷檢查的功能、操作界面切換顯示的功能、顯示日歷時鐘的功能，在實際的檢測過程中功能鍵的使用也非常方便，簡化了技術人員的操作過程，并且脈沖反射式技術具有靈敏度高的功能，使其可以及時的發(fā)現(xiàn)檢測過程中出現(xiàn)的缺陷，有利于技術人員進行檢修的工作，提高了檢測工作的工作效率。2.

32、2.3 系統(tǒng)主要功能的技術指標脈沖反射式技術在使用的過程中有很多的要求，其中要滿足功能使用的技術指標，從而實現(xiàn)規(guī)范化的操作標準。反射電壓的電量要控制在400伏，實現(xiàn)半波或者射頻的檢波方式，檢測的范圍要在4000-5000毫米之間，只有滿足了這些技術標準才能合理的設置出技術應用的框架。同時在超聲波無損檢測技術應用的過程中有嚴格要求的電路設計，如果不能滿足技術的指標要求，那么在實際檢測的過程中，會存在很大的風險，會對技術人員造成嚴重的生命安全威脅。所以在檢測工作實施之前，必須要按照相關的技術指標來合理的構建檢測的環(huán)境，提高檢測工作的安全性，保障檢測工作可以順利的進行。2.3超聲波無損檢測技術檢測的

33、方法和缺陷的顯示2.3.1 超聲波無損檢測技術檢測的主要應用方法超聲波無損檢測技術的檢測方法按照具體的分類可以分為很多種，從檢測的原理進行分析，超聲波無損檢測技術應用的主要方法是穿透法、脈沖反射法、共振法，按照檢測探頭來分類，檢測的主要方法有單探頭法、雙探頭法、多探頭法，按照檢測試件的耦合類型來分類，檢測的主要方法有液浸法、直接接觸法。這些具體的方法可以滿足很多情況下的檢測工作，并且提高了檢測結果的準確性，完善了超聲波無損檢測技術的檢測要求，所以技術人員要根據(jù)具體的檢測環(huán)境和試件的類型來選擇正確的檢測方法，通過方法的應用要提高檢測工作的效率，降低缺陷出現(xiàn)的可能。隨著我國現(xiàn)代化科學技術的不斷發(fā)展

34、，人們對檢測技術的應用也提出了更高的要求，檢測工作的檢測范圍也越來越廣，同時要求在對試件檢測的過程中，不可以損壞試件的質量和性能，同時還要保準檢測結果的準確性，所以技術人員要嚴格的按照檢測標準，完成檢測的工作，要對檢測的方法進行改善，使其可以滿足時代發(fā)展的要求。2.3.2 缺陷的顯示在超聲波無損檢測技術檢測的過程中，會出現(xiàn)不同類型的缺陷，主要分為A、B、C三種類型的顯示，在工業(yè)檢測的過程中，A類顯示是應用最廣泛的一種類型，在顯示器上以脈沖的形式顯示出來，對顯示器上的長度和寬度進行標記，從而當超聲波返回缺陷信號時，可以在屏幕上明確的顯示出缺陷出現(xiàn)的位置。B類顯示是通過回波信號來完成顯示的過程，回

35、波信號發(fā)出時會點亮提示燈，通過顯示器的顯示可以觀察到缺陷出現(xiàn)的水平位置，這種類型的顯示比較直觀，有利于技術人員的觀察和分析。C類顯示是通過反射的回波信號來調(diào)制顯示的內(nèi)容，通過亮燈和暗燈來顯示接收的結果，檢測到缺陷時會出現(xiàn)亮燈，因此技術人員只需要觀察燈的變化，就可以判斷缺陷出現(xiàn)的情況。所以在實際檢測的過程中，技術人員一定要認真觀察缺陷出現(xiàn)的位置和內(nèi)容，從而制定出科學合理的改善方案，來降低缺陷出現(xiàn)的可能，提高超聲波無損檢測技術檢測的效果。2.3.3 缺陷的定位對于脈沖反射式超聲檢測技術來說，顯示器的水平數(shù)值變化就是缺陷出現(xiàn)的位置，這時技術人員要對缺陷出現(xiàn)的位置進行定位，從而可以分析在檢測過程中出現(xiàn)

36、缺陷的環(huán)節(jié)。根據(jù)反映出的缺陷聲波，經(jīng)過計算，得出準確的缺陷產(chǎn)生的位置。3 超聲波無損檢測技術在航空航天復合材料結構的發(fā)展趨勢新型高性能復合材料的研發(fā)在國內(nèi)外已經(jīng)成為一個熱點，多種新型復合材料的優(yōu)異性能已得到了驗證與普遍認可，并在航空航天領域發(fā)揮越來越重要的作用。隨著材料工藝的成熟及產(chǎn)品質量的提高，高性能復合材料在航空航天領域的使用比例大幅度提升（波音787“夢想”飛機的復合材料用量已達結構質量的50%）11，有些甚至已代替金屬成為某些核心部件的主要結構材料，從而使航空航天技術的發(fā)展有了質的飛躍。在航空航天領域已得到應用的新型復合材料主要包括纖維增強復合材料（CFRP, GFRP, GLARE）

37、、夾芯結構復合材料(蜂窩夾芯復合材料、泡沫夾芯復合材料)、耐高溫復合材料（C/C復合材料、C/SiC復合材料）等，此類材料普遍具有高比強度、高比剛度、高模量和耐腐蝕等優(yōu)異性能。碳纖維增強復合材料(CFRP)已廣泛應用于雷達罩、客機機身、機翼、垂尾和方向舵等構件。圖4a)和圖4b)分別為波音787復合材料機身及機翼后緣。蜂窩夾芯復合材料以高彈性模量、隔音、隔熱和防潮等特性用于雷達天線罩、發(fā)動機隔音板、客機機身、直升機旋翼葉片和機艙地板等。圖5為Mi-24型直升機旋翼葉片結構。纖維增強陶瓷基復合材料(Ceramic Matrix Composites, CMC)以耐高溫、抗氧化、抗燒蝕、良好的高溫

38、機械性能等特性逐漸代替金屬成為新一代航空、航天器的高溫熱結構材料，典型應用包括航空發(fā)動機燃燒室、渦輪、火箭發(fā)動機噴管等耐高溫關鍵件、大型客機和新型軍用飛機的新一代高速剎車片等。圖6為液體火箭發(fā)動機C/SiC噴管在高空臺試車。橡膠包覆金屬材料以其優(yōu)異的耐腐蝕性能應用于火箭發(fā)動機燃料筒12-14。圖 4 波音787飛機的典型復合材料構件 圖 5 Mi-24型直升機旋翼葉片結構圖 6 液體火箭發(fā)動機C/SiC噴管在高空臺試車工藝材料特性和服役條件等都是影響復合材料構件中產(chǎn)生缺陷的重要因素，當缺陷尺寸達到某一量值時，會導致構件性能顯著下降，采用無損檢測技術對新型復合材料構件進行檢測及質量評價以確保其完

39、整性是制造及服務環(huán)節(jié)的重要內(nèi)容。由于航空航天新型復合材料制造成本高、結構特殊和使用環(huán)境特殊等特點，對無損檢測技術提出了更苛刻，更有針對性的檢測條件和檢測要求，包括不能使用耦合劑、檢測空間狹小、構件尺寸大、結構復雜、檢測高效和檢測結果實時直觀等。研究與新型復合材料技術發(fā)展水平相適應的無損檢測技術，針對不同檢測條件及檢測要求提出合理的檢測與評價方法已成為國內(nèi)外研究人員需要思考的新課題。多種非接觸檢測技術的迅速發(fā)展為解決上述檢測要求提供了新思路，已有多種非接觸檢測技術為航空航天制造及維護提供服務，各方法以其獨特的技術優(yōu)勢在不同領域、不同檢測目的應用中發(fā)揮巨大作用，這類技術在新型復合材料生產(chǎn)及維護中的

40、質量評價及對環(huán)境有特殊要求的檢測任務中（高溫、高壓、核輻射、腐蝕等）具有顯著優(yōu)勢和應用潛力。非接觸無損檢測技術的應用可以大大提高檢測效率，節(jié)約維護成本、縮短型號研制周期，此類技術主要可分為基于機械振動的空氣耦合超聲檢測技術，基于光學的紅外熱像技術、散斑干涉技術、全息成像、太赫茲技術、超導量子干涉技術（Superconducting Quantum Interference Device, SQUID）等，以及激光超聲、電磁超聲等混合技術15-16。本文結合航空航天技術的發(fā)展趨勢及該領域對新型復合材料的檢測需求，對目前研究較熱且在該領域具有較大應用潛力的空氣耦合超聲檢測技術、紅外熱像技術、激光超

41、聲檢測技術、散斑干涉技術的技術特點、研究進展與應用情況進行綜述，最后展望非接觸無損檢測技術的發(fā)展趨勢，為此類技術在航空航天領域的研究與應用提供一定的參考和借鑒。3.1 非接觸無損檢測技術研究進展3.1.1 空氣耦合超聲檢測技術空氣耦合超聲檢測技術是一種以空氣作為耦合介質的非接觸聲學檢測方法，除了耦合介質差異外，在超聲激發(fā)與聲傳播機理方面與傳統(tǒng)超聲檢測技術相比差異不大。該技術具有非接觸、良好的檢測分辨率、易實現(xiàn)自動化、適合原位檢測和技術較成熟等優(yōu)點，但是該技術一般采用點對點的掃查方式使得檢測效率較低，同時超聲衰減導致接收信號的信噪比較差。空氣耦合條件下，由于空氣同檢測對象之間巨大的聲阻抗差及空氣

42、對高頻聲波的高吸收率，造成超聲接收信號微弱且信噪比低，提高空氣耦合條件下接收信號強度及信噪比是該技術發(fā)展及應用所面臨的首要難題。國內(nèi)外重點研究方向包括新型高性能空氣耦合超聲換能器、低噪聲激勵接收放大裝置、新型檢測方法、激勵信號編碼技術及數(shù)字信號處理技術等?？諝怦詈铣晸Q能器是決定空氣耦合超聲檢測技術發(fā)展水平的關鍵，按換能方式可分為壓電型和電容型（或靜電型）兩類。近年來針對壓電換能器研發(fā)出的多種高性能換能材料（如聚合物復合材料）和聲匹配膜材料，使壓電換能器具有更低的聲阻抗，同時具有低密度、多孔、良好的高頻機電響應、低聲阻抗（0.028-0.040MRayl）、低介電損耗和機械損耗的高性能聲匹配膜

43、材料的應用，包括多孔聚丙烯鐵電體膜材料（polypr ferroelectric films）、硅橡膠、聚偏二氟乙烯（polyvinylidene fluoride， PVDF）等，使得壓電換能器換能效率大幅提升（普遍提高30dB以上），頻率也已拓展到60kHz2MHz17-19，其應用非常廣泛。由于新型電容型換 器（capacitive microfabricated ultrasonic transducer， CMUT）較傳統(tǒng)壓電換能器而言機電轉換效率更高，具有高靈敏度、寬頻帶、良好的聲阻抗匹配特性是空氣耦合超聲換能器發(fā)展的新趨勢20。圖7和圖8分別為電容型空氣耦合超聲換能器構成原理及換

44、能器結構。圖 7 電容型空氣耦合超聲換能器構成原理 圖 8電容型球面聚焦膜空氣耦合超聲換能器激勵與接收放大系統(tǒng)是空氣耦合超聲檢測系統(tǒng)的重要組成部分，現(xiàn)已研制出電壓峰峰值在500800V的高性能低噪聲空氣耦合超聲換能器激勵放大系統(tǒng)，結合空氣耦合換能器內(nèi)部的超低噪聲前置放大器，可使接收信號放大到100dB以上，滿足了大多數(shù)材料的檢測需求21-22 。檢測方法研究方面穿透法檢測技術已很成熟且應用廣泛南伊利諾斯州立大學Stonawski使用225kHz換能器從厚度36.33mm的C/C復合材料剎車盤中可靠地識別出了直徑為12.7mm的人工平底孔23。Kazys等使用470kHz換能器對GLARE3-3

45、/2復合材料中直徑為25mm預置分層缺陷進行了檢測對掃描結果使用-6dB法求得缺陷直徑為22mm24。使用空氣耦合超聲同側檢測技術可以檢測蜂窩夾芯材料中的損傷缺陷可確定分層及損傷缺陷的類型尺寸及位置該技術滿足了快速原位檢測的需要 超聲信號數(shù)字化處理技術濾噪及脈沖壓縮處理技術等是提高接收信號信噪比的重要手段Sasaki等利用一種幅值調(diào)制信號驅動40kHz窄帶換能器獲得了高信噪比的回波信號測距精度可達0.02mm(0.10.5m內(nèi))25 雷達技術中常用的線性非線性調(diào)頻脈沖壓縮技術相位編碼脈沖壓縮技術在超聲檢測領域的應用使檢測信號信噪比大幅度提升國內(nèi)在頻率調(diào)制脈沖壓縮方法的研究方面也已獲得了實用化研

46、究成果已將線性調(diào)頻非線性調(diào)頻相位編碼脈沖壓縮技術應用到CFRP/GFRP復合材料空氣耦合超聲檢測中能檢出材料中脫粘夾雜等缺陷26空氣耦合超聲技術最先于20世紀20年代用于南極冰蓋厚度的測量(頻率在20100kHz之間)。過去40年來，該檢測技術發(fā)展非常迅速，已被證明是檢測與評價纖維增強復合材料(CFRP,GFRP,GLARE)、蜂窩夾芯/泡沫夾芯結構材料、金屬、耐高溫陶瓷材料等質量的有效手段27-29。此方法不僅可以用來評價泡沫夾芯復合材料中蒙皮與泡沫芯之間的脫粘、層壓復合材料中的內(nèi)部分層缺陷，還能檢測C/C復合材料剎車盤中的夾雜和不均勻缺陷?？諝怦詈铣暀z測技術已在航空航天新型復合材料檢測中

47、得到應用，實現(xiàn)了波音737機翼后緣蜂窩夾芯材料、A320副翼、波音737尾翼、黑鷹直升機旋翼、泡沫夾芯材料及相應構件的檢測30-31。圖9為采用該技術檢測波音737機翼后緣德國無損檢測技術研究所的HFUS2400 AirTech系列、美國Ultran 公司的NCT、NCG系列換能器及SecondWave M510系統(tǒng)、QMI公司的AS系列換能器及AirScan SONDA007CX檢測系統(tǒng)、Japan Probe公司NAUT21檢測系統(tǒng)等都已具有非常優(yōu)異的檢測性能，并已應用在航空航天特殊材料及其構件的質量評價中。圖表 9波音737機翼后緣的檢測3.1.2 激光超聲檢測技術1926年兩位法國科學

48、家證明了脈沖激光束可在固體和液體中激發(fā)出聲波，后來基于該原理發(fā)展出光學、熱學、聲學等多學科交叉的激光超聲檢測技術獲得巨大發(fā)展。由于采用球面透鏡或柱面透鏡容易將激光束聚焦為點源或線源，給材料表面激發(fā)出聚焦點聲源或線聲源提供了便利，光導纖維還可以將激光引導至難以接近的區(qū)域，這為復雜形狀構件的檢測及大型構件遠程在線檢測奠定了很好的技術基礎32。激光超聲脈沖寬度可達到納秒級，因此具有很高的微小缺陷探測能力，激光掃描速度比機械式掃描快很多。但該技術的接收信號受光聲轉換效率的影響很大，同時激發(fā)的寬帶信號特性給缺陷特征信號識別帶來一定難度。該技術研究的重點是激光超聲信號激發(fā)機理、超聲信號接收及檢測方法等。固

49、體中激光激勵超聲波的機理較復雜，國內(nèi)外主要關注熱彈效應和熱燒蝕效應，當功率密度較小的激光束照射到固體材料表面時，由于照射區(qū)域內(nèi)熱量高度集中產(chǎn)生熱彈效應，導致材料沿表面的快速膨脹并向材料內(nèi)部傳播而激勵出超聲波。當激光功率密度大于材料損傷閾值時，材料表面因燒蝕效應瞬間氣化，并激發(fā)出超聲波，該效應會激發(fā)出較強的縱波、橫波和表面波，但會造成材料表面一定深度的燒蝕，只適用于部分場合。激光源產(chǎn)生的超聲脈沖是一種寬帶窄脈沖（帶寬可擴展到100MHz以上）。因此一般要求是寬帶的信號接收系統(tǒng)，常用的超聲信號接收方法可采用光學傳感器（干涉法和光束偏轉法），檢測方法以干涉法（包括零差、外差、邁克爾遜、法布里珀羅馬赫

50、曾德爾等）為主，還可以采用寬帶超聲傳感器（壓電型或靜電型）、電磁傳感器等33。激光超聲主要面臨的問題包括能量轉換效率低、檢測靈敏度低34。提高激光激勵能量或采用連續(xù)激光激發(fā)容易造成材料表面燒蝕，因此結合其他方法建立新型混合技術是研究的新思路。激光與空氣耦合超聲換能器相結合的檢測技術是一種簡便的超聲激勵與接收方法，可實現(xiàn)復合材料及金屬構件中垂直方向裂縫及裂開型缺陷的檢測，對飛機上的熱塑性復合材料中近表面裂紋缺陷檢測效果優(yōu)異。該技術還可以激發(fā)和檢測體結構中的縱波、橫波、固體界面漏表面波和薄板中的Lamb波。針對不同的檢測對象選擇合理的聲波模態(tài)進行分析，可快速獲得不同檢測結果35-38。圖10所示為

51、采用激光干涉系統(tǒng)測量氣固界面漏表面波。圖 10激光干涉系統(tǒng)測量氣固界面漏表面波由于樹脂基復合材料對激光的吸收能力較強，激光超聲轉換效率能滿足檢測要求，因此應用該技術可實現(xiàn)CFRP復合材料、層壓復合材料、蜂窩夾芯材料（CFRP或GFRP蒙皮中缺陷的檢測）39。洛克希德馬丁公司已采用Laser UT激光超聲檢測系統(tǒng)對F-22復合材料進氣道JSF機翼傳力結構等部件進行檢測檢測效率大大提高還可實現(xiàn)飛機引擎和機翼的質量評估40圖11為Laser UT激光超聲系統(tǒng)檢測F-22復合材料進氣道iPhoton公司的iPLUS大型機器人激光超聲檢測系統(tǒng)已應用于新一代大型客機A380、A350XWB等機型復雜結構復

52、合材料構件的自動快速檢測。國內(nèi)南京大學北京航空航天大學等已將該技術應用于復合材料內(nèi)部典型缺陷及鉆孔分層缺陷的檢測41圖 11 Laser UT激光超聲系統(tǒng)檢測F-22復合材料進氣道未來無損檢測要向檢測速度更快、檢測結果更直觀可靠、檢測流程更便捷、檢測系統(tǒng)更廉價的方向發(fā)展。我國航空航天事業(yè)發(fā)展如火如荼，同時也正面臨著對高端新型檢測技術的供需矛盾，隨著新材料技術、大規(guī)模集成電路及高端微機械加工技術的發(fā)展與進步，非接觸無損檢測技術將具有很大發(fā)展?jié)摿Γ⒃谖磥砗娇蘸教旒靶虏牧系阮I域獲得廣泛應用。4 超聲波無損檢測在蝸殼焊縫質量檢測中的應用金屬蝸殼是水輪機的一個重要組成部分，隨著機組型號越來越大，蝸殼

53、尺寸也隨之增大，整個金屬蝸殼必然分為多節(jié)，每節(jié)由多個瓦片組成，必然涉及到多個瓦片的拼裝以及管節(jié)的組對，存在多條縱縫及環(huán)縫。金屬蝸殼的質量主要取決于焊縫質量，采用何種無損檢測方法檢查焊縫質量，在焊縫內(nèi)部無損檢測可選用超聲波檢測(代號UT)或射線檢測(代號RT)方法。由于射線檢測(代號RT)對環(huán)境要求高，對檢測人員身體有可能造成傷害，加之經(jīng)濟成本比較高，因而焊縫內(nèi)部無損檢測一般采取超聲波檢測(代號UT)。一般的焊縫內(nèi)常見的缺陷有：氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等。到目前為止，超聲波檢測還沒有一個成熟的方法對缺陷的性質進行準確的評判，只是根據(jù)熒光屏上得到的缺陷波的形狀和反射波高度的變化結合缺陷的位

54、置和焊接工藝對缺陷進行綜合估判。超聲波無損檢測主要是通過超聲波與試件相互作用，就反射、透射和散射的波進行研究，對試件進行宏觀缺陷、檢測幾何特性、測量組織結構和力學性能變化的檢測和表征，并進而對其特定應用性進行評價的技術，主要是基于超聲波在試件中的傳播特性。4.1 氣 孔4.1.1 缺陷波在探傷儀熒光屏上的顯示單個氣孔回波高度低，波形為單縫，較穩(wěn)定從各個方向探測，反射波大體相同，但稍一動探頭即消失，密集氣孔會出現(xiàn)一簇反射波，波高隨氣孔大小而不同，當探頭作定點轉動時，會出現(xiàn)此起彼落的現(xiàn)象。4.1.2 氣孔產(chǎn)生的原因焊接時，熔池中的氣泡在凝固時未能逸出而形成空穴 由于氣孔的存在，焊縫的有效截面減小，

55、過大的氣孔會降低焊縫的強度，破壞焊縫金屬的致密性。產(chǎn)生氣孔的主要原因是坡口邊緣不清潔，有水份、油污和銹跡，焊條或焊劑未按規(guī)定進行烘焙，焊芯銹蝕或藥皮變質、剝落等4.1.3 防止產(chǎn)生氣孔的主要措施選擇合適的焊接電流和焊接速度，認真清理坡口邊緣的水份、油污和銹跡，嚴格按規(guī)定保管、清理和烘焙焊接材料，不使用變質的焊條。當發(fā)現(xiàn)焊條藥皮變質、剝落或焊芯銹蝕時，應嚴格控制其使用范圍。4.2 夾渣4.2.1 缺陷波在探傷儀熒光屏上的顯示點狀夾渣回波信號與點狀氣孔相似，條狀夾渣回波信號多呈鋸齒狀波幅不高，波形多呈樹枝狀，主峰邊上有小峰，探頭平移波幅有變動，從各個方向探測時，反射波幅不相同。4.2.2 夾渣產(chǎn)生

56、的原因焊后殘留在焊縫中的熔渣和氣孔一樣，由于夾渣的存在，焊縫的有效截面減小，過大的夾渣也會降低焊縫的強度和致密性。產(chǎn)生夾渣的主要原因是焊件邊緣有氧割或碳弧氣刨熔渣，坡口角度或焊接電流太小，或焊接速度過快。在使用酸性焊條時，由于電流小或運條不當形成夾渣；使用堿性焊條時，由于電弧過長或極性不正確也會造成夾渣。4.2.3 防止產(chǎn)生夾渣的主要措施正確選擇坡口尺寸，認真清理坡口邊緣，選用合適的焊接電流和焊接速度，運條擺動要適當；多層焊時，仔細觀察坡口兩側的熔化情況，每一層都要認真清理焊渣。4.3 未焊透4.3.1 缺陷波在探傷儀熒光屏上的顯示反射率高、波幅也較高，探頭平移時，波形較穩(wěn)定，在焊縫兩側檢測時

57、均能得到大致相同的反射波幅。4.3.2 未焊透產(chǎn)生的原因產(chǎn)生未焊透的主要原因是焊件裝配間隙或坡口角度太小，焊件邊緣有較厚的銹蝕，焊條直徑太大，電流太小，運條速度過慢以及電弧太長、極性不正確等。4.3.3 防止產(chǎn)生未焊透的措施合理選用焊接電流和速度，正確選取坡口尺寸，封底焊清根要徹底，運條擺動要適當，密切注意坡口兩側的熔化情況。4.4 未熔合4.4.1 缺陷波在探傷儀熒光屏上的顯示探頭平移時，波形較穩(wěn)定，兩側探測時，反射波幅不同，有時只能從一側探到。4.4.2 未熔合產(chǎn)生的原因坡口不干凈、焊速太快、電流過小或過大、焊條角度不對、電弧偏吹等。4.4.3 防止產(chǎn)生未熔合的措施正確選用坡口和電流，正確

58、操作，防止焊道形成中間高、兩側低的現(xiàn)象，將坡口清理干凈，不留焊縫死角等。4.5 裂紋4.5.1 缺陷波在探傷儀熒光屏上的顯示回波高度較大波幅寬，會出現(xiàn)多峰，探頭平移時，反射波連續(xù)出現(xiàn)波幅有變動；探頭轉動時，波峰有上下錯動現(xiàn)象。4.5.2 裂紋產(chǎn)生的原因裂紋分為熱裂紋和冷裂紋。產(chǎn)生熱裂紋的主要原因：焊接熔池中存在有低熔點雜質。由于雜質熔點低，結晶凝固最晚，而且凝固以后的塑性和強度又極低，因此，當外界結構拘束力足夠大時，由于焊縫金屬的凝固收縮以及不均勻的加熱和冷卻作用，熔池中的低熔點雜質或在凝固的過程中就被拉開，或凝后不久被拉開，從而造成晶間開裂，即熱裂紋。產(chǎn)生冷裂紋的原因：在焊接熱循環(huán)作用下，熱

59、影響區(qū)生成淬硬組織，焊縫中存在過量的擴散氫且具有濃集的條件，接頭承受有較大的約束應力。4.5.3 防止產(chǎn)生裂紋的措施防止產(chǎn)生熱裂紋的措施：認真把好材料關，壓力鋼管使用的鋼板和焊接材料應具有出廠質量證明書。嚴格控制焊接工藝參數(shù)，減慢冷卻速度，遵守工藝規(guī)格，適當提高焊縫形狀系數(shù)；盡可能采用小電流多層多道焊，以避免焊縫中心產(chǎn)生裂縫。認真執(zhí)行工藝規(guī)程，選取合理的焊接程序，以減少焊接應力防止產(chǎn)生冷裂紋的措施；選用低氫型焊條，減少焊縫中擴散氫的含量；嚴格遵守焊接材料的保管烘焙使用制度，謹防受潮；仔細清理坡口邊緣的油污水份和銹跡，減少氫的來源；采用合理的施焊程序，采用分段退焊法等，減小焊接應力。5 超聲無損

60、檢測展望5.1 超聲波探傷近代探傷技術最重要的發(fā)展是定量化程度的提高，因此探頭的標準化，系列化是關鍵，故使超聲探傷換能器性能標準化，已擺到日程上，并引起質量監(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年浙江大學現(xiàn)代制造工程研究所在國內(nèi)首次開發(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。并可通過與高檔微機的交互功能，實現(xiàn)對掃查參數(shù)、掃查過程的預設置。實現(xiàn)了中斷續(xù)掃、實時分析、局部縮放等高級功能。98年，國內(nèi)外首創(chuàng)取得高分子構件表面應力檢測及可視化成果并開發(fā)出相應的應用系統(tǒng)。02年，國內(nèi)首創(chuàng)開發(fā)成功10自由度大型