無(wú)損檢測(cè)在國(guó)民生產(chǎn)中的應(yīng)用和新技術(shù)(編輯修改稿)
2025-08-09 23:39 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 反射方法觀察超聲導(dǎo)波在板(或近似板結(jié)構(gòu))、棒或管狀結(jié)構(gòu)中的反射形態(tài), 試圖從缺陷或組織變異體的導(dǎo)波反射幅度來(lái)判斷構(gòu)件內(nèi)部狀況, 但由于超聲導(dǎo)波在傳播體不同部位的能量相差較大以及模式轉(zhuǎn)換等復(fù)雜因素, 使得該方式至今尚未得到工業(yè)界普遍接受。近期的研究表明, 以前盡可能避免的頻散現(xiàn)象恰恰可以作為超聲導(dǎo)波檢測(cè)的重要參數(shù), 超聲導(dǎo)波的頻散曲線(xiàn)對(duì)分層和脫膠等嚴(yán)重危害復(fù)合材料的現(xiàn)象較靈敏, 利用若干模式超聲導(dǎo)波頻散曲線(xiàn)可判斷被測(cè)物體的內(nèi)部狀況。另一方面, 分層或弱膠將使超聲波在固體聲腔中傳播的邊界條件改變, 造成其各頻率分量的變化,因此超聲波在波導(dǎo)中傳播一定距離后的頻譜及其變化也成為評(píng)價(jià)被測(cè)體的一個(gè)參量。采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則可準(zhǔn)確有效地對(duì)復(fù)雜的頻散曲線(xiàn)及頻譜曲線(xiàn)進(jìn)行反演, 即由獲得的超聲參量推算出被測(cè)體的各種狀況。目前, 人們已開(kāi)始用超聲導(dǎo)波對(duì)大型固體、液體火箭殼體及若干航空結(jié)構(gòu)件進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)與評(píng)價(jià),其特點(diǎn)是快速有效(較之常規(guī)的超聲檢測(cè))。管狀結(jié)構(gòu)是超聲導(dǎo)波可發(fā)揮其特長(zhǎng)的又一對(duì)象, 用該技術(shù)可對(duì)各種管道進(jìn)行長(zhǎng)距離一次性檢測(cè), 國(guó)外已成功地用超聲導(dǎo)波對(duì)核工業(yè)、電力與石化等行業(yè)的管道進(jìn)行檢測(cè)。2 、聲發(fā)射新技術(shù) 與采用超聲探頭發(fā)射超聲波的主動(dòng)檢測(cè)不同,聲發(fā)射技術(shù)是一種被動(dòng)式檢測(cè)技術(shù), 其超聲波(或聲波) 是材料或構(gòu)件受外力或內(nèi)力等作時(shí)自發(fā)的。早在60～ 70 年代, 聲發(fā)射技術(shù)就進(jìn)入了應(yīng)用階段, 主要領(lǐng)域是泄漏的監(jiān)測(cè)與定位、材料與構(gòu)件中裂縫擴(kuò)展的監(jiān)測(cè)與分析機(jī)構(gòu)件在役條件下失效的報(bào)警等。在關(guān)鍵的航天與國(guó)防工業(yè)中, 聲發(fā)射技術(shù)至今仍用于導(dǎo)彈殼體與潛艇的水壓試驗(yàn), 以此對(duì)構(gòu)件的安全性能與失效行為進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。顯然, 常規(guī)的聲發(fā)射技術(shù)在一定程度上尚不能完全被稱(chēng)之為無(wú)損檢測(cè)技術(shù), 若干試驗(yàn)條件下材料與構(gòu)件可能由于不可忽視的損傷產(chǎn)生聲發(fā)射。近期人們將注意力集中于用聲發(fā)射無(wú)損評(píng)價(jià)材料與構(gòu)件的完整性, 或預(yù)測(cè)構(gòu)件的強(qiáng)度與爆破壓力。當(dāng)產(chǎn)品的形狀與結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí), 工業(yè)生產(chǎn)流水線(xiàn)上較普遍歡迎采用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)構(gòu)件作快速無(wú)損評(píng)價(jià),這里僅需將構(gòu)件(或零件) 設(shè)置在較低的應(yīng)力與溫度運(yùn)行環(huán)境下(相對(duì)構(gòu)件正常使用時(shí)) , 用聲發(fā)射信號(hào)動(dòng)態(tài)識(shí)別構(gòu)件是否有危害性缺陷(即使是十分微小的缺陷) 和整體上的不匹配。其依據(jù)是構(gòu)件中不易用其它方法探測(cè)到的小缺陷在低的應(yīng)力條件下也會(huì)產(chǎn)生一定的聲發(fā)射信號(hào)。至今, 人們?cè)u(píng)價(jià)壓力容器整體性能的常規(guī)做法是, 在實(shí)驗(yàn)室條件下給其加壓至接近實(shí)際使用壓力(或更高) , 考驗(yàn)其是否出現(xiàn)異常情況, 這時(shí)對(duì)壓力容器來(lái)說(shuō)可能已產(chǎn)生了某種損害, 工業(yè)設(shè)計(jì)部門(mén)及用戶(hù)對(duì)此試驗(yàn)方法一直持保留態(tài)度。根據(jù)這一情況, 美國(guó)科學(xué)家首先提出了以觀測(cè)壓力容器在遠(yuǎn)低于實(shí)際使用壓力條件下的聲發(fā)射信號(hào)來(lái)預(yù)測(cè)該容器的爆破壓力與強(qiáng)度。由于壓力容器, 尤其是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料壓力容器爆破壓力和強(qiáng)度與低壓力狀態(tài)下聲發(fā)射信號(hào)關(guān)系復(fù)雜, 目前還只能通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)積累眾多的數(shù)據(jù), 以達(dá)到準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的目的。最近, 一種采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聲發(fā)射爆破壓力與強(qiáng)度預(yù)測(cè)技術(shù)已被用來(lái)評(píng)估復(fù)合材料固體火箭殼體的性能, 其爆破壓力與強(qiáng)度預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性達(dá)到177。5%。3 、 新型非接觸超聲換能方法 傳統(tǒng)的超聲檢測(cè)均采用接觸式換能方法, 即在超聲探頭與被檢材料或構(gòu)件間用諸如油脂或水等聲耦合介質(zhì)使超聲波的大部分能量傳入被檢工件。無(wú)論使用何種耦合介質(zhì), 在檢測(cè)工作結(jié)束后都應(yīng)該將其清除, 殘留的耦合介質(zhì)有時(shí)會(huì)造成工件的質(zhì)量問(wèn)題。另外, 在高溫或高速生產(chǎn)的流水線(xiàn)上, 一般的超聲探頭無(wú)法穩(wěn)定地耦合到被檢工件上, 由此科研人員萌發(fā)了發(fā)展非接觸超聲換能新方法的念頭。目前已有的非接觸超聲換能方法主要有電磁聲方法、靜電耦合方法、空氣耦合及激光超聲方法。其中前兩種方法的換能器與被檢對(duì)象的表面距離較近, 被用于某些較特殊的工業(yè)與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。 后兩種方法的換能器件可與被檢對(duì)象保持較長(zhǎng)距離, 因而具有較好的發(fā)展前途。所謂的空氣耦合是一種直接用空氣作為耦合介質(zhì)的方法。由于固體與空氣的聲阻抗相差有五個(gè)數(shù)量級(jí), 在固2氣界面上必然有極大的能量損耗, 因此,這時(shí)的高頻空氣超聲換能器(相對(duì)幾十千赫的普通空氣換能器) 不僅要求發(fā)射功率大, 且必須有良好的電氣與聲匹配。由于該方法的能量損失太大, 目前的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域尚不廣。俄羅斯等國(guó)近期已將該技術(shù)用于特殊航天構(gòu)件, 尤其是非金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件的非接觸無(wú)損檢測(cè)與評(píng)價(jià), 對(duì)保障其航天軍事科技的領(lǐng)先地位起到了積極的作用。激光超聲則是各國(guó)科學(xué)家寄予極大期望的新型超聲換能方法, 該方法利用脈沖激光產(chǎn)生窄脈沖超聲信號(hào), 再用光干涉方法檢測(cè)超聲波, 它具有時(shí)間與空間上的高分辨力, 且光學(xué)上的聚焦可使檢測(cè)點(diǎn)很
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