安全控制與檢測(cè)設(shè)計(jì)1

安全檢測(cè)與控制技術(shù)設(shè)計(jì)安全檢測(cè)與控制技術(shù)設(shè)計(jì)無(wú)損檢測(cè)無(wú)損檢測(cè)NDT（Non-destructivetesting），就是利用聲、光、磁和電等特性，在不損害或不影響被檢對(duì)象使用性能的前提下，檢測(cè)被檢對(duì)象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷的大小、位置、性質(zhì)和數(shù)量等信息，進(jìn)而判定被檢對(duì)象所處技術(shù)狀態(tài)（如合格與否、剩余壽命等）的所有技術(shù)手段的總稱。與破壞性檢測(cè)相比，無(wú)損檢測(cè)具有以下顯著特點(diǎn)：(1) 非破壞性(2) 全面性(3) 全程性(4) 可靠性問(wèn)題開(kāi)展無(wú)損檢測(cè)的研究與實(shí)踐意義開(kāi)展無(wú)損檢測(cè)的研究與實(shí)踐意義是多方面的，主要表現(xiàn)在以下幾方面：(1) 改進(jìn)生產(chǎn)工藝：采用無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)制造用原材料直至最終的產(chǎn)品進(jìn)行全程檢測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)某些工藝環(huán)節(jié)的不足之處，為改進(jìn)工藝提供指導(dǎo)，從而也在一定程度上保證了最終產(chǎn)品的質(zhì)量。(2) 提高產(chǎn)品質(zhì)量：無(wú)損檢測(cè)可對(duì)制造產(chǎn)品的原材料、各中間工藝環(huán)節(jié)直至最終的產(chǎn)成品實(shí)行全過(guò)程檢測(cè)，為保證最終產(chǎn)品年質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。(3) 降低生產(chǎn)成本：在產(chǎn)品的制造設(shè)計(jì)階段，通過(guò)無(wú)損檢測(cè)，將存有缺陷的工件及時(shí)清理出去，可免除后續(xù)無(wú)效的加工環(huán)節(jié)，減小原材料和能源的消耗節(jié)約工時(shí)，降低生產(chǎn)成本。(4) 保證設(shè)備的安全運(yùn)行：由于破壞性檢測(cè)只能是抽樣檢測(cè)不可能進(jìn)行100%的全面檢測(cè)，所得的檢測(cè)結(jié)論只反映同類(lèi)被檢對(duì)象的平均質(zhì)量水平。此外，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在食品加工領(lǐng)域，如材料的選購(gòu)、加工過(guò)程品質(zhì)的變化、流通環(huán)節(jié)的質(zhì)量變化等過(guò)程中，不僅起到保證食品質(zhì)量與安全的監(jiān)督作用，還在節(jié)約能源和原材料資源、降低生產(chǎn)成本、提高成品率和勞動(dòng)生產(chǎn)率方面起到積極的促進(jìn)作用。作為一種新興的檢測(cè)技術(shù)，其具有以下特征：無(wú)需大量試劑；不需前處理工作，試樣制作簡(jiǎn)單；即使檢測(cè)，在線檢測(cè)；不損傷樣品，無(wú)污染等等。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)上有非常廣泛的應(yīng)用，如航空航天、核工業(yè)、武器制造、機(jī)械工業(yè)、造船、石油化工、鐵道和高速火車(chē)、汽車(chē)、鍋爐和壓力容器、特種設(shè)備、以及海關(guān)檢查等等。“現(xiàn)代工業(yè)是建立在無(wú)損檢測(cè)基礎(chǔ)之上的”并非言過(guò)其實(shí)。無(wú)損檢測(cè)分類(lèi)及簡(jiǎn)介無(wú)損檢測(cè)分為常規(guī)檢測(cè)技術(shù)和非常規(guī)檢測(cè)技術(shù)。常規(guī)檢測(cè)技術(shù)有：超聲檢測(cè)UltrasonicTesting（縮寫(xiě)UT）、射線檢測(cè)RadiographicTesting（縮寫(xiě)RT）、磁粉檢測(cè)MagneticparticleTesting（縮寫(xiě)MT）、滲透檢驗(yàn)PenetrantTesting（縮寫(xiě)PT）、渦流檢測(cè)EddycurrentTesting（縮寫(xiě)ET）。非常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有：聲發(fā)射AcousticEmission(縮寫(xiě)AE)、紅外檢測(cè)Infrared（縮寫(xiě)IR）、激光全息檢測(cè)HolographicNondestructiveTesting（縮寫(xiě)HNT）等。超聲檢測(cè)超聲檢測(cè)的基本原理是：利用超聲波在界面（聲阻抗不同的兩種介質(zhì)的結(jié)合面）出的反射和折射以及超聲波在介質(zhì)中傳播過(guò)程中的衰減，由發(fā)射探頭向被檢件發(fā)射超聲波，由接收探頭接收從界面（缺陷或本底）處反射回來(lái)超聲波（反射法）或透過(guò)被檢件后的透射波（透射法），以此檢測(cè)備件部件是否存在缺陷，并對(duì)缺陷進(jìn)行定位、定性與定量。超聲檢測(cè)主要應(yīng)用于對(duì)金屬板材、管材和棒材，鑄件、鍛件和焊縫以及橋梁、房屋建筑等混凝土構(gòu)建的檢測(cè)。射線檢測(cè)射線檢測(cè)的基本原理是：利用射線(X射線、γ射線和中子射線)在介質(zhì)中傳播時(shí)的衰減特性，當(dāng)將強(qiáng)度均勻的射線從被檢件的一面注入其中時(shí)，由于缺陷與被檢件基體材料對(duì)射線的衰減特性不同，透過(guò)被檢件后的射線強(qiáng)度將會(huì)不均勻，用膠片照相、熒光屏直接觀測(cè)等方法在其對(duì)面檢測(cè)透過(guò)被檢件后的射線強(qiáng)度，即可判斷被檢件表面或內(nèi)部是否存在缺陷（異質(zhì)點(diǎn)）。目前，射線檢測(cè)主要一個(gè)用于機(jī)械兵器、造船、電子、航空航天、石油化工等領(lǐng)域中的鑄件、焊縫等的檢測(cè)。磁粉檢測(cè)磁粉檢測(cè)的基本原理是：由于缺陷與基體材料的磁特性（磁阻）不同穿過(guò)基體的磁力線在缺陷處將產(chǎn)生彎曲并可能逸出基體表面，形成漏磁場(chǎng)。若缺陷漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度足以吸附磁性顆粒，則將在缺陷對(duì)應(yīng)處形成尺寸比缺陷本身更大、對(duì)比度也更高的磁痕，從而指示缺陷的存在。目前，磁粉檢測(cè)主要應(yīng)用于金屬鑄件、鍛件和焊縫的檢測(cè)。滲透檢測(cè)滲透檢測(cè)的基本原理是：利用毛細(xì)管現(xiàn)象和滲透液對(duì)缺陷內(nèi)壁的浸潤(rùn)作用，使?jié)B透液進(jìn)入缺陷中，將多余的滲透液出去后，殘留缺陷內(nèi)的滲透液能吸附顯像劑從而形成對(duì)比度更高、尺寸放大的缺陷顯像，有利于人眼的觀測(cè)。目前，滲透檢測(cè)主要應(yīng)用于有色金屬和黑色金屬材料的鑄件、鍛件、焊接件、粉末冶金件以及陶瓷、塑料和玻璃制品的檢測(cè)。渦流檢測(cè)渦流檢測(cè)的基本原理是：將交變磁場(chǎng)靠近導(dǎo)體（被檢件）時(shí)，由于電磁感應(yīng)在導(dǎo)體中將感生出密閉的環(huán)狀電流，此即渦流。該渦流受激勵(lì)磁場(chǎng)（電流強(qiáng)度、頻率）、導(dǎo)體的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率、缺陷（性質(zhì)、大小、位置等）等許多因素的影響，并反作用于原激發(fā)磁場(chǎng)，使其阻抗等特性參數(shù)發(fā)生改變，從而指示缺陷的存在與否。目前，渦流檢測(cè)主要應(yīng)用于導(dǎo)電管材、棒材、線材的探傷和材料分選。聲發(fā)射檢測(cè)聲發(fā)射檢測(cè)的基本原理是：利用材料內(nèi)部因局部能量的快速釋放（缺陷擴(kuò)展、應(yīng)力松弛、摩擦、泄露、磁疇壁運(yùn)動(dòng)等）而產(chǎn)生的彈性波，用聲發(fā)射傳感器級(jí)二次儀表取該彈性波，從而對(duì)試樣的結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行檢測(cè)。目前，聲發(fā)射檢測(cè)主要應(yīng)用于鍋爐、壓力容器、焊縫等試件中的裂紋檢測(cè)；隧道、涵洞、橋梁、大壩、邊坡、房屋建筑等的在役檢（監(jiān)）測(cè)。紅外檢測(cè)紅外檢測(cè)的基本原理是：用紅外點(diǎn)溫儀、紅外熱像儀等設(shè)備，測(cè)取目標(biāo)物體表面的紅外輻射能，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^形象的溫度場(chǎng)，通過(guò)觀察該溫度場(chǎng)的均勻與否，來(lái)推斷目標(biāo)物體表面或內(nèi)部是否有缺陷。目前，紅外檢測(cè)主要用應(yīng)于電力設(shè)備、石化設(shè)備、機(jī)械加工過(guò)程檢測(cè)、火災(zāi)檢測(cè)、農(nóng)作物優(yōu)種、材料與構(gòu)件中的缺陷無(wú)損檢測(cè)。激光全息檢測(cè)激光全息檢測(cè)是利用激光全息照相來(lái)檢驗(yàn)物體表面和內(nèi)部的缺陷。它是將物體表面和內(nèi)部的缺陷，通過(guò)外部加載的方法，使其在相應(yīng)的物體表面造成局部變形，用激光全息照相來(lái)觀察和比較這種變形，然后判斷出物體內(nèi)部的缺陷。目前，激光全息檢測(cè)主要應(yīng)用于航空、航天以及軍事等領(lǐng)域，對(duì)一些常規(guī)方法難以檢測(cè)的零部件進(jìn)行檢測(cè)，此外，在石油化工、鐵路、機(jī)械制造、電力電子等領(lǐng)域也獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。超聲波超聲波的定義超聲波是指振動(dòng)頻率大于20KHz以上的，人在自然環(huán)境下無(wú)法聽(tīng)到和感受到的聲波。超聲波的產(chǎn)生機(jī)理超聲波的產(chǎn)生機(jī)理——利用了壓電材料的壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱為電致伸縮現(xiàn)象。超聲波的基本特征通常人耳能夠聽(tīng)到的聲波的頻率范圍在20-20000Hz之間，人們習(xí)慣上把頻率超過(guò)20KHz的聲波稱為超聲波。超聲波本質(zhì)上是一種機(jī)械波，所以它的產(chǎn)生必須依賴于兩個(gè)條件，一是有做機(jī)械振動(dòng)的聲源，二是有能夠傳播振動(dòng)的彈性介質(zhì)。波的種類(lèi)是根據(jù)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波動(dòng)傳播方向的關(guān)系來(lái)區(qū)分的。超聲波在介質(zhì)中傳播的波形有許多種，用于探傷的有縱波、橫波、表面波、板波等，其中最常用的是縱波直探頭探傷和橫波斜探頭探傷?？v波常用來(lái)探測(cè)鋼板、錠材、大型鍛件等形狀比較簡(jiǎn)單的制品，而橫波常用來(lái)檢測(cè)焊縫、管材等形狀比較復(fù)雜的制品。波的傳播超聲波是波的一種，他的傳播完全符合波的傳播特點(diǎn)。所以超聲波在介質(zhì)中傳播的波形取決于介質(zhì)可以承受何種作用力以及如何對(duì)介質(zhì)激發(fā)超聲波。通常有如下三種波形縱波波形：當(dāng)媒質(zhì)中各體元振動(dòng)的方向與波傳播的方向平行時(shí)，此超聲波為縱波波形。任何固體介質(zhì)當(dāng)其體積發(fā)生交替變化時(shí)均能產(chǎn)生縱波。橫波波形：當(dāng)媒質(zhì)中各體元振動(dòng)的方向與波傳播的方向垂直時(shí)，此種超聲波為橫波波形。由于媒質(zhì)除了能承受體積變形外，還能承受切變變形，因此，當(dāng)其有剪切應(yīng)力交替作用于媒質(zhì)時(shí)均能產(chǎn)生橫波。橫波只能在固體介質(zhì)中傳播。表面波波形：是沿著兩種媒質(zhì)的界面?zhèn)鞑サ木哂锌v波和橫波的雙重性質(zhì)的波。表面波可以看成是由平行于表面的縱波和垂直于表面的橫波合成振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的軌跡為一橢圓，在距表面波長(zhǎng)深處振幅最強(qiáng)，隨著深度的增加很快衰減，實(shí)際上離表面一個(gè)波長(zhǎng)以上的地方，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅已經(jīng)很微弱了。超聲波的發(fā)射與接收超聲波的物理本質(zhì)：它是頻率大于2萬(wàn)赫茲的機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的轉(zhuǎn)播行為。即超聲頻率的機(jī)械波。一般地說(shuō)，超聲波頻率越高，其能量越大，探傷靈敏度也越高。超聲檢測(cè)常用頻率在0.5～10MHZ。①發(fā)射——在壓電晶片制成的探頭中，對(duì)壓電晶片施以超聲頻率的交變電壓，由于逆壓電效應(yīng)，晶片中就會(huì)產(chǎn)生超聲頻率的機(jī)械振動(dòng)——產(chǎn)生超聲波；若此機(jī)械振動(dòng)與被檢測(cè)的工件較好地耦合，超聲波就會(huì)傳入工件——這就是超聲波的發(fā)射。②接收——若發(fā)射出去的超聲波遇到界面被反射回來(lái)，又會(huì)對(duì)探頭的壓電晶片產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，由于正壓電效應(yīng)，在晶片的上下電極之間就會(huì)產(chǎn)生交變的電信號(hào)。將此電信號(hào)采集、檢波、放大并顯示出來(lái)，就完成了對(duì)超聲波信號(hào)的接收?？梢?jiàn)，探頭是一種聲電換能元件，是一種特殊的傳感器，在探傷過(guò)程中發(fā)揮重要的作用超聲波的特點(diǎn)超聲波可以在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播超聲波可以攜帶較多的能量超聲波的傳播具有方向性超聲波在界面上會(huì)產(chǎn)生折射和反射，而且可能會(huì)改變振動(dòng)模式。超聲波在液體中可以產(chǎn)生空化效應(yīng)超聲波具有多普勒效應(yīng)容易衰減（在液體和固體中衰減較?。﹤鞑ニ俣仁軠囟扔绊懺趦煞N不同介質(zhì)的界面處反射強(qiáng)烈，在許多場(chǎng)合必須使用耦合劑或匹配材料。超聲波可以聚焦。超聲波的效應(yīng)機(jī)械效效應(yīng)：清洗、加工、拋光聲學(xué)效應(yīng)：超聲波探測(cè)熱效應(yīng)：超聲波焊接空化效應(yīng)：乳化、霧化化學(xué)效應(yīng)：例如純的蒸餾水經(jīng)超聲處理后產(chǎn)生過(guò)氧化氫；溶有氮?dú)獾乃?jīng)超聲處理后產(chǎn)生亞硝酸；染料的水溶液經(jīng)超聲處理后會(huì)變色或退色。生物效應(yīng)：加快植物種子發(fā)芽超聲波發(fā)展現(xiàn)狀超聲波是頻率高于20000赫茲的聲波，它方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)，可用于測(cè)距，測(cè)速，清洗，焊接，碎石、殺菌消毒等。在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。超聲波因其頻率下限大約等于人的聽(tīng)覺(jué)上限而得名。超聲波的兩個(gè)主要參數(shù)：頻率：F≥20K/Hz；功率密度：p=發(fā)射功率(W)/發(fā)射面積(cm2);通常p≥0.3w/cm2。國(guó)際方面：自19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，在物理學(xué)上發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)與反壓電效應(yīng)之后，人們解決了利用電子學(xué)技術(shù)產(chǎn)生超聲波的辦法，從此迅速揭開(kāi)了發(fā)展與推廣超聲技術(shù)的歷史篇章。1922年，德國(guó)出現(xiàn)了首例超聲波治療的發(fā)明專利。1939年發(fā)表了有關(guān)超聲波治療取得臨床效果的文獻(xiàn)報(bào)道。40年代末期超聲治療在歐美興起，直到1949年召開(kāi)的第一次國(guó)際醫(yī)學(xué)超聲波學(xué)術(shù)會(huì)議上，才有了超聲治療方面的論文交流，為超聲治療學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1956年第二屆國(guó)際超聲醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議上已有許多論文發(fā)表，超聲治療進(jìn)入了實(shí)用成熟階段。國(guó)內(nèi)方面：國(guó)內(nèi)在超聲治療領(lǐng)域起步稍晚，于20世紀(jì)50年代初才只有少數(shù)醫(yī)院開(kāi)展超聲治療工作，從1950年首先在北京開(kāi)始用800KHz頻率的超聲治療機(jī)治療多種疾病，至50年代開(kāi)始逐步推廣，并有了國(guó)產(chǎn)儀器。公開(kāi)的文獻(xiàn)報(bào)道始見(jiàn)于1957年。到了70年代有了各型國(guó)產(chǎn)超聲治療儀，超聲療法普及到全國(guó)各大型醫(yī)院。40多年來(lái)，全國(guó)各大醫(yī)院已積累了相當(dāng)數(shù)量的資料和比較豐富的臨床經(jīng)驗(yàn)。特別是20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)的超聲體外機(jī)械波碎石術(shù)和超聲外科，是結(jié)石癥治療史上的重大突破。如今已在國(guó)際范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。高強(qiáng)度聚焦超聲無(wú)創(chuàng)外科，已使超聲治療在當(dāng)代醫(yī)療技術(shù)中占據(jù)重要位置。而在21世紀(jì)(HIFU)超聲聚焦外科已被譽(yù)為是21世紀(jì)治療腫瘤的最新技術(shù)。超聲波無(wú)損檢測(cè)基本原理及應(yīng)用介紹超聲波是頻率高于20000赫茲的聲波，它方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)，可用于測(cè)距，測(cè)速，清洗，焊接，碎石、殺菌消毒等。在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。超聲波因其頻率下限大約等于人的聽(tīng)覺(jué)上限而得名。超聲波的兩個(gè)主要參數(shù)：頻率：F≥20K/Hz；功率密度：p=發(fā)射功率(W)/發(fā)射面積(cm2);通常p≥0.3w/cm2。超聲檢測(cè)（UT）是利用其在物質(zhì)中傳播、界面反射、折射(產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換)和衰減等物理性質(zhì)來(lái)發(fā)現(xiàn)缺陷的一種無(wú)損檢測(cè)方法，應(yīng)用較為廣泛。按其工作原理不同分為：共振法、穿透法、脈沖反射法超聲檢測(cè);按顯示缺陷方式不同分為：A型、B型、C型、3D型超聲檢測(cè)；按選用超聲波波型不同分為：縱波法、橫波法、表面波法超聲檢測(cè)；因此，我國(guó)近十年來(lái)，對(duì)超聲技術(shù)的應(yīng)用研究十分活躍，涉及的應(yīng)用范圍非常廣泛。但歸納起來(lái)，也無(wú)非是兩大類(lèi)：第一類(lèi)是超聲加工和處理技術(shù)；第二類(lèi)就是超聲檢測(cè)與控制技術(shù)其他的超聲理論和實(shí)驗(yàn)，實(shí)際上都是為這兩類(lèi)應(yīng)用服務(wù)的。超聲加工和處理技術(shù)是利用高強(qiáng)度的超聲波來(lái)改變物質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)的技術(shù)。超聲鉆孔、清洗、焊接、粉碎、凝聚、萃取、催化等都是這類(lèi)技術(shù)中的典型應(yīng)用。超聲檢測(cè)與控制技術(shù)是利用較弱的超聲波來(lái)進(jìn)行各種檢驗(yàn)和測(cè)量，必要時(shí)可以進(jìn)行自動(dòng)控制的技術(shù)。在檢驗(yàn)技術(shù)方面，最典型的應(yīng)用就是超聲探傷和超聲檢漏等。在測(cè)量技術(shù)方面，媒質(zhì)的許多非聲學(xué)特性和媒質(zhì)的某些狀態(tài)參量都可以用超聲方法來(lái)加以測(cè)定。而不論是超聲加工處理技術(shù)還是超聲檢測(cè)與控制技術(shù)，都要涉及到超聲波的產(chǎn)生和檢收，這就是所謂的超聲換能技術(shù)。但不論是超聲波的應(yīng)用或超聲換能器的設(shè)計(jì)都要涉及到超聲波的傳播理論；也都要用到超聲波的某些效應(yīng)和作用；而為了定量的進(jìn)行研究就脫不開(kāi)超聲量的測(cè)量問(wèn)題。因此這三面內(nèi)容就成為超聲學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。超聲應(yīng)用的發(fā)展促進(jìn)了這些基本問(wèn)題的研究，而這些基本問(wèn)題方面的成就又進(jìn)一步指導(dǎo)了超聲應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。超聲波探傷技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)中的應(yīng)用隨著當(dāng)代建筑技術(shù)日新月異的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)體系的種類(lèi)不斷的朝輕質(zhì)、高強(qiáng)的方向發(fā)展，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)在當(dāng)代建筑中使用率越來(lái)越高。尤其是在廠房建設(shè)及設(shè)備安裝中更是大量使用鋼結(jié)構(gòu)。而焊接作為鋼結(jié)構(gòu)的主要連接方式之一，直接影響鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，采用無(wú)損探傷的手段對(duì)焊縫進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)是確保鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損探傷種類(lèi)鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損探傷包括超聲檢測(cè)（UT）、射線檢測(cè)（RT）、磁粉檢測(cè)（MT）、滲透檢測(cè)（PT）和渦流檢測(cè)（ET）等五種檢測(cè)方法。超聲檢測(cè)是目前應(yīng)用最廣泛的探傷方法之一。超聲波的波長(zhǎng)很短、穿透力強(qiáng)，傳播過(guò)程中遇不同介質(zhì)的分界面會(huì)產(chǎn)生反射、折射、繞射和波形轉(zhuǎn)換。超聲波像光波一樣具有良好的方向性，可以定向發(fā)射，猶如一束手電筒燈光可以在黑暗中尋找目標(biāo)一樣，能在被檢材料中發(fā)現(xiàn)缺陷。超聲波探傷能探測(cè)到的最小缺陷尺寸約為波長(zhǎng)的一半。超聲波探傷又可分為反射法和穿透法。穿透法的靈敏度不如反射法，因而在實(shí)際探傷中一般采用反射法來(lái)進(jìn)行鋼材缺陷探傷和焊縫探傷，即根據(jù)缺陷反射回波聲壓的高低來(lái)評(píng)價(jià)缺陷的大小。從焊縫本身來(lái)說(shuō)決定焊縫質(zhì)量的因素主要有3方面，超聲波無(wú)損探傷在鋼結(jié)構(gòu)鑒定檢測(cè)中的應(yīng)用分別是焊縫內(nèi)部缺陷、焊縫外觀表面缺陷以及焊縫尺寸。因此，焊縫質(zhì)量等級(jí)就存在著兩重含義，其一是針對(duì)焊縫內(nèi)部缺陷檢驗(yàn)，其二是針對(duì)焊縫外觀表面缺陷檢驗(yàn)。但目前絕大部分情況是設(shè)計(jì)者只進(jìn)行籠統(tǒng)的規(guī)定，如“該焊縫質(zhì)量等級(jí)為二級(jí)”，此時(shí)正確的理解是“焊縫內(nèi)部缺陷按二級(jí)檢驗(yàn)，外觀缺陷也按二級(jí)檢驗(yàn)。”對(duì)于需要進(jìn)行疲勞驗(yàn)算的構(gòu)件如吊車(chē)梁，其中某些部位的角焊縫雖然不進(jìn)行內(nèi)部缺陷的超聲波探傷（三級(jí)焊縫），但其外觀表面質(zhì)量等級(jí)應(yīng)為二級(jí)，所以籠統(tǒng)地說(shuō)“角焊縫都是三級(jí)焊縫”就有失全面。下面就超聲波無(wú)損探傷在鋼結(jié)構(gòu)鑒定檢測(cè)中的應(yīng)用，結(jié)合相關(guān)規(guī)范作以下初步探討：一、檢測(cè)資料及檢測(cè)報(bào)告的種類(lèi)在房屋具備相關(guān)資料的情況下，我們進(jìn)行鑒定檢測(cè)就應(yīng)結(jié)合相關(guān)資料及檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。委托單位提供的相關(guān)資料往往包括施工單位自檢、見(jiàn)證檢測(cè)及第三方檢測(cè)三種.針對(duì)以上三種資料，其相應(yīng)的要求通常可歸納為表一所列：如果以下檢測(cè)資料審查不合格或現(xiàn)場(chǎng)抽樣檢查不達(dá)標(biāo)的情況下，就應(yīng)結(jié)合可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)、鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范等國(guó)家相關(guān)規(guī)范，對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行進(jìn)一步的檢測(cè)。二、焊縫無(wú)損檢測(cè)的檢驗(yàn)等級(jí)：根據(jù)《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)》GB11345-89規(guī)定，超聲波檢驗(yàn)等級(jí)分為A、B、C三個(gè)級(jí)別：A級(jí)檢驗(yàn)采用一種角度的探頭在焊縫的單面單側(cè)進(jìn)行檢驗(yàn)，只對(duì)允許掃查到的焊縫截面進(jìn)行探測(cè)。一般不要求作橫向缺陷的檢驗(yàn)。母材厚度〉50mm時(shí)，不得采用A級(jí)檢驗(yàn)。B級(jí)檢驗(yàn)原則上采用一種角度探頭在焊縫的單面雙側(cè)進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)整個(gè)焊縫截面進(jìn)行探測(cè)。母材厚度〉100mm時(shí)，采用雙面雙側(cè)檢驗(yàn)。受幾何條件的限制可在焊縫的雙面單側(cè)采用兩種角度探頭進(jìn)行探傷。條件允許時(shí)應(yīng)作橫向缺陷的檢驗(yàn)。級(jí)檢驗(yàn)至少要采用兩種角度探頭在焊縫的單面雙側(cè)進(jìn)行檢驗(yàn)。同時(shí)要做兩個(gè)掃查方向和兩種探頭角度的橫向缺陷檢驗(yàn)。母材厚度〉100mm時(shí)，采用雙面雙側(cè)檢驗(yàn)。其他附加要求是：1．對(duì)接焊縫余高要磨平，以便探頭在焊縫上作平行掃查；2．焊縫兩側(cè)斜探頭掃查經(jīng)過(guò)的母材部分要用直探頭作檢查；3．焊縫母材厚度≥100mm，窄間隙焊縫母材厚度≥40mm時(shí)，一般要增加串列式掃查。三、建筑結(jié)構(gòu)焊縫無(wú)損探傷檢驗(yàn)具體要求：1．設(shè)計(jì)要求全焊透的焊縫，其內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)應(yīng)符合下列要求1)一級(jí)焊縫應(yīng)進(jìn)行100%的檢驗(yàn)，其合格等級(jí)應(yīng)為《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)》GB11345-89中B級(jí)檢驗(yàn)的Ⅱ級(jí)及Ⅱ級(jí)以上；2)二級(jí)焊縫應(yīng)進(jìn)行抽檢，抽檢比例20%，其合格等級(jí)應(yīng)為《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)》GB11345-89中B級(jí)檢驗(yàn)的Ⅲ級(jí)及Ⅲ級(jí)以上；全焊透的三級(jí)焊縫可不進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。2．焊接球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架焊縫的超聲探傷及缺陷分級(jí)應(yīng)符合《焊接球節(jié)點(diǎn)鋼網(wǎng)架焊縫超聲波探傷及質(zhì)量分級(jí)法》JG/T3034.1-1996的規(guī)定。3．螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架焊縫的超聲探傷及缺陷分級(jí)應(yīng)符合《螺栓球節(jié)點(diǎn)鋼網(wǎng)架焊縫超聲波探傷及質(zhì)量分級(jí)法》JG/T3034.2-1996的規(guī)定。4．圓管T、K、Y節(jié)點(diǎn)焊縫的超聲波探傷方法及缺陷分級(jí)應(yīng)符合《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ81-2002的規(guī)定。四、焊縫缺陷的評(píng)定等級(jí)缺陷的大小確定以后，要根據(jù)缺陷的性質(zhì)和指示長(zhǎng)度結(jié)合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定評(píng)定焊縫的質(zhì)量級(jí)別。超聲波檢驗(yàn)焊縫內(nèi)部缺陷的評(píng)定等級(jí)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)，其中Ⅰ級(jí)質(zhì)量最高，Ⅳ級(jí)質(zhì)量最低。根據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)試塊上繪制的距離波幅曲線，對(duì)比焊縫中缺陷最高回波的位置、和缺陷性質(zhì)判斷焊縫等級(jí)。對(duì)于最大反射波幅不超過(guò)距離波幅曲線中評(píng)定線的缺陷，均評(píng)定為Ⅰ級(jí)；最大反射波幅超過(guò)評(píng)定線的缺陷檢驗(yàn)者判定為裂紋等危害性缺陷時(shí)，無(wú)論其波幅和尺寸如何均評(píng)定為Ⅳ級(jí)；反射波幅位于Ⅰ區(qū)的非裂紋性缺陷，均評(píng)定為Ⅰ級(jí)；反射波幅位于Ⅲ區(qū)的缺陷，無(wú)論其指示長(zhǎng)度如何，均評(píng)定為Ⅳ級(jí)。最大反射波幅位于Ⅱ區(qū)的缺陷，跟具缺陷指示長(zhǎng)度，具體分類(lèi)見(jiàn)表二：五、焊縫檢測(cè)記數(shù)規(guī)則及合格評(píng)定1．焊縫內(nèi)部缺陷無(wú)損檢測(cè)記數(shù)規(guī)則一級(jí)焊縫探傷比例100%，即全數(shù)探傷；二級(jí)焊縫探傷比例20%，對(duì)于工廠制作焊縫，應(yīng)按每條焊縫長(zhǎng)度計(jì)算比例，且探傷長(zhǎng)度≥200mm，當(dāng)焊縫長(zhǎng)度≤200mm時(shí)，應(yīng)對(duì)整條焊縫進(jìn)行探傷；對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫，應(yīng)按同一類(lèi)型、同一施焊條件的焊縫條數(shù)計(jì)算比例，探傷長(zhǎng)度應(yīng)≥200mm，并應(yīng)不少于1條焊縫；三級(jí)焊縫不要求進(jìn)行內(nèi)部缺陷的無(wú)損探傷。2．焊縫處數(shù)的記數(shù)方法工廠制作焊縫長(zhǎng)度≤1000mm時(shí)，每條焊縫為1處，長(zhǎng)度>1000mm時(shí)，將其劃分為每300mm為1處，現(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫每條焊縫為1處3．抽樣檢驗(yàn)的合格判定抽樣檢查的焊縫數(shù)如不合格率<2%時(shí)，該批驗(yàn)收應(yīng)定為合格；不合格率>5%時(shí)，應(yīng)加倍抽檢，且必須在原不合格部位兩側(cè)的焊縫延長(zhǎng)線各增加1處，如在所有抽檢焊縫中不合格率≤3%時(shí)該批驗(yàn)收應(yīng)定為合格，>3%時(shí)該批驗(yàn)收應(yīng)定為不合格。當(dāng)批量驗(yàn)收不合格時(shí)，應(yīng)對(duì)該批余下焊縫的全數(shù)進(jìn)行檢查。六、焊縫中常見(jiàn)缺陷的類(lèi)型及其在超聲探傷中的識(shí)別焊縫中常見(jiàn)的缺陷主要有氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等幾種，他們各自的回波均有其特性。1．氣孔氣孔是在焊接過(guò)程中焊接熔池高溫時(shí)吸收了過(guò)量的氣體或冶金反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，在冷卻凝固之前來(lái)不及逸出而殘留在焊縫金屬內(nèi)所形成的空穴，多呈球形或橢球形。氣孔可分為單個(gè)氣孔和密集氣孔。單個(gè)氣孔回波高度低，波形較穩(wěn)定。從各個(gè)方向探測(cè)，反射波高大致相同，但稍一移動(dòng)探頭就消失。密集氣孔為一簇反射波，其波高隨氣孔的大小而不同，當(dāng)探頭作定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)此起彼落的現(xiàn)象。2．夾渣夾渣是指焊后殘留在焊縫金屬內(nèi)的熔渣或非金屬夾雜物，夾渣表面不規(guī)則。夾渣分點(diǎn)狀?yuàn)A渣和條狀?yuàn)A渣。點(diǎn)狀?yuàn)A渣的回波信號(hào)與點(diǎn)狀氣孔相似。條狀?yuàn)A渣回波信號(hào)多呈鋸齒狀。它的反射率低，一般波幅不高，波形常呈樹(shù)枝狀，主峰邊上有小峰。探頭平移時(shí)，波幅有變動(dòng)，各個(gè)方向探測(cè)，反射波幅不相同。3．未焊透未焊透是指焊接接頭部分金屬未完全熔透的現(xiàn)象。一般位于焊縫中心線上，有一定的長(zhǎng)度。探傷中探頭平移時(shí)，未焊透波形較穩(wěn)定，焊縫兩側(cè)探傷時(shí)，均能得到大致相同的反射波幅。4.未熔合未熔合主要是指填充金屬與母材之間沒(méi)有熔合在一起或填充金屬層之間沒(méi)有熔合在一起。未熔合反射波的特征是：探頭平移時(shí)，波形較穩(wěn)定。兩側(cè)探測(cè)時(shí)，反射波幅不同，有時(shí)只能從一側(cè)探到。5．裂紋裂紋是指在焊接過(guò)程中或焊后，在焊縫或母材的熱影響區(qū)局部破裂的縫隙。一般來(lái)說(shuō)，裂紋的回波高度較大，波幅寬，會(huì)出現(xiàn)多峰。探頭平移時(shí)，反射波連續(xù)出現(xiàn)，波幅有變動(dòng)；探頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，波峰有上、下錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。超聲波傳感器在無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用超聲波傳感器利用晶體的壓電效應(yīng)和電致伸縮效應(yīng),將電和能相互轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)對(duì)各種參量的測(cè)量。超聲波傳感器配上不同的電路制成各種超聲波儀器和裝置,廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療、家電等許多領(lǐng)域中。超聲波無(wú)損探傷具有應(yīng)用方便、適用性強(qiáng)、準(zhǔn)確率高、易自動(dòng)化等許多優(yōu)點(diǎn)。超聲波傳感器的主要作用和結(jié)構(gòu)超聲波傳感器是一種可逆換能器,超聲波換能器又稱超聲波探頭。超聲波換能器的工作原理有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種,在檢測(cè)技術(shù)中主要采用壓電式。超聲波探頭的主要作用是:一個(gè)電聲換能器,并能將返回來(lái)的聲波轉(zhuǎn)換成電脈沖;控制超聲波的傳播方向和能量集中的程度,當(dāng)改變探頭入射角或改變超聲波的擴(kuò)散角時(shí),可使聲波的主要能量按不同的角度射入介質(zhì)內(nèi)部或改變聲波的指向性,提高分辨率;實(shí)現(xiàn)波型轉(zhuǎn)換;控制工作頻率;適用于不同的工作條件。超聲波探頭又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、表面波探頭、聚焦探頭、沖水探頭、水浸探頭、高溫探頭、空氣傳導(dǎo)探頭以及其他專用探頭等。接觸式直探頭的結(jié)構(gòu)如圖1所示:超聲探頭與被測(cè)物體接觸時(shí),探頭與被測(cè)物體表面間存在一層空氣薄層,空氣將引起三個(gè)界面間強(qiáng)烈的雜亂反射波,造成干擾,并造成很大的衰減。為此,必須將接觸面之間的空氣排擠掉,使超聲波能順利地入射到被測(cè)介質(zhì)中。在工業(yè)中,經(jīng)常使用一種稱為耦合劑的液體物質(zhì),使之充滿在接觸層中,起到傳遞超聲波的作用。常用的耦合劑有自來(lái)水、機(jī)油、甘油、水玻璃、膠水、化學(xué)漿糊等。超聲波探傷是目前應(yīng)用十分廣泛的無(wú)損探傷技術(shù)中的一種主要檢測(cè)手段。它既可檢測(cè)材料表面的缺陷,又可檢測(cè)內(nèi)部幾米深的缺陷,這是x光探傷所達(dá)不到的深度。超聲波探傷比X射線探傷具有較高的探傷靈敏度、周期短、成本低、靈活方便、效率高,對(duì)人體無(wú)害等優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn)是對(duì)工作表面要求平滑、要求富有經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)人員才能辨別缺陷種類(lèi)、對(duì)缺陷沒(méi)有直觀性;超聲波探傷適合于厚度較大的零件檢驗(yàn)由于許多儀器及控制應(yīng)用中均涉及到超聲波傳感器，尤其是在流量測(cè)量，材料無(wú)損檢驗(yàn)及物位測(cè)量等方面，超聲波傳感器的應(yīng)用尤為普遍。所以，在此首先簡(jiǎn)要的介紹一下超聲波傳感器。廣義上來(lái)講，它是在超聲頻率范圍內(nèi)將交變的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)或者將外界聲場(chǎng)中的聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的能量轉(zhuǎn)換器件，又稱為超聲波換能器或者超聲波探頭。超聲波傳感器分為發(fā)射換能器和接收換能器，既能發(fā)射超聲波又能接受發(fā)射出去的超聲波的回波。發(fā)射換能器利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，而接收換能器則是利用壓電效應(yīng)。超聲換能器的種類(lèi)很多，按照其結(jié)構(gòu)可分為直探頭(縱波)、斜探頭(橫波)、表面波探頭、雙探頭(一個(gè)發(fā)射，一個(gè)接收)、聚焦探頭(將聲波聚集成一束)、水浸探頭(可浸在液體中)以及其它專用探頭。按照實(shí)現(xiàn)超聲換能器機(jī)電轉(zhuǎn)換的物理效應(yīng)的不同可將換能器分為電動(dòng)式、電磁式、磁致式、壓電式和電致伸縮式等。超聲波換能器的材料也有多種選擇，某些電介質(zhì)(例如晶體、陶瓷、高分子聚合物等)在其適應(yīng)的方向施加作用力時(shí)，內(nèi)部的電極化狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，在電介質(zhì)的某相對(duì)兩表面內(nèi)會(huì)出現(xiàn)與外力成正比的符號(hào)相反的束縛電荷，這種由于外力作用使電介質(zhì)帶電的現(xiàn)象叫做壓電效應(yīng)。相反地，若在電介質(zhì)上加一外電場(chǎng)，在此電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)內(nèi)部電極化狀態(tài)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，產(chǎn)生與外加電場(chǎng)強(qiáng)度成正比的應(yīng)變現(xiàn)象，這一現(xiàn)象叫做逆壓電效應(yīng)。壓電材料是壓電換能器的研制、應(yīng)用和發(fā)展的關(guān)鍵。大致可分為五類(lèi)：壓電單晶體、壓電多晶體、壓電半導(dǎo)體、壓電高分子聚合物、復(fù)合壓電材料。其中壓電陶瓷是壓電多晶體材料，這類(lèi)壓電陶瓷為實(shí)心，均勻和一體的壓電功能材料，具有優(yōu)良的壓電性能。壓電陶瓷自問(wèn)世以來(lái)，至今已有30多年歷史。無(wú)論在材料基礎(chǔ)研究方面或是在應(yīng)用方面，都獲得了飛速的發(fā)展。由于壓電陶瓷的出現(xiàn)，開(kāi)辟了壓電材料的廣闊前景，也使壓電換能器的理論發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用提高到一個(gè)新的高度。壓電陶瓷是當(dāng)今最有可為的壓電材料，目前在壓電材料中無(wú)論數(shù)量上還是質(zhì)量上均處于支配地位，其原因是它有如下優(yōu)點(diǎn)：(l)所用原材料價(jià)廉且易得(2)具有非水溶性，遇潮不易損壞；(3)壓電性能優(yōu)越；(4)品種繁多，性能各異，可滿足不同的設(shè)計(jì)要求；(5)機(jī)械強(qiáng)度好，易于加工成各種不同的形狀和尺寸；(6)采用不同的形狀和不同的電極化軸，可以得到所需的各種振動(dòng)模式；(7)制作工藝較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期較短，價(jià)格適中。根據(jù)不同的實(shí)際應(yīng)用情況，超聲波傳感器產(chǎn)生不同頻率。如應(yīng)用在流量測(cè)量領(lǐng)域，聲波的頻率在30kHz到5MHz之間；應(yīng)用在物位測(cè)量領(lǐng)域時(shí)，聲波的頻率會(huì)低一些，一般在30kHz到200kHz之間；而當(dāng)應(yīng)用在檢測(cè)裝置（如測(cè)厚儀和探傷檢驗(yàn)裝置）上時(shí)，聲波的頻率范圍很廣，但是總體上來(lái)說(shuō)要比用于其它領(lǐng)域時(shí)高很多。超聲波無(wú)損探傷的方法到目前為止,已經(jīng)應(yīng)用或者提議應(yīng)用的利用超聲波探傷進(jìn)行無(wú)損檢查的方法見(jiàn)下表1:表1超聲波無(wú)損探傷的方法缺陷定量方法當(dāng)量法(當(dāng)量試塊比較法、當(dāng)量計(jì)算法、當(dāng)量AVG曲線法)測(cè)長(zhǎng)法(相對(duì)靈敏度測(cè)長(zhǎng)法、絕對(duì)靈敏度測(cè)長(zhǎng)法、端點(diǎn)峰值法)底波高度法裂紋的檢測(cè)方法表面波波高法表面波波時(shí)延法