【文章內(nèi)容簡介】 中提出成立六大技術(shù)中心，其中之一就是無損檢測中心。美國前總統(tǒng)里根曾說，“如果沒有先進(jìn)的無損檢測技術(shù)，美國就不可能享有眾多領(lǐng)域的領(lǐng)先地位”。由此可見無損檢測診斷技術(shù)在現(xiàn)代國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位。超聲波檢測技術(shù)是當(dāng)今社會(huì)無損檢測技術(shù)領(lǐng)域中的一種非常重要的手段和方法。已被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)的質(zhì)量監(jiān)控和安全保障。近年來，超聲無損檢測領(lǐng)域的學(xué)術(shù)氣氛十分活躍。1989年4月在荷蘭阿姆斯特丹召開的第12屆世界無損檢測會(huì)議上共發(fā)表論文478篇，其中有關(guān)超聲檢測的論文18篇，是論文數(shù)量最多的無損檢測方法。1992年10月在巴西圣保羅市召開的第13屆世界無損檢測會(huì)議上宣讀和交流的論文共312篇，5種常規(guī)無損檢測論文占65%，其中有關(guān)超聲檢測的論文最多，占到55%。1996年第14屆世界無損檢測會(huì)議在印度的新德里舉行，會(huì)議收到論無損檢測結(jié)課論文文732篇，收入論文集的論文550篇，其中與超聲檢測有關(guān)的論文200篇。新千年的無損檢測大會(huì)，第15屆世界無損檢測會(huì)議在意大利的羅馬市召開，大會(huì)收到773篇論文，收入論文集的有663篇，其中有關(guān)超聲檢測的有250篇。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代超聲無損檢測技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入到以計(jì)算機(jī)控制為主的信息技術(shù)時(shí)代。就當(dāng)前時(shí)代國內(nèi)的超聲波檢測技術(shù)應(yīng)用情況來看，超聲波無損檢測診斷技術(shù)雖然已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各種領(lǐng)域和場所，對質(zhì)量控制和在線實(shí)時(shí)檢測都具有重要的作用和影響。但是，其主要的應(yīng)用發(fā)展方向還基本上是不斷擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域。而且它的重要作用還有賴于無損檢測技術(shù)方法選擇的正確和檢測結(jié)果是否可靠。檢測結(jié)果對檢測人員的依賴性都還很強(qiáng),并且都還存在著一些難以克服的困難和缺陷,比如:①通常要有熟練的技術(shù)技能，對結(jié)果做出說明及解釋。因此,在相互關(guān)系未經(jīng)證明的情況下,可能存在不同人員對結(jié)果看法不統(tǒng)一。②外界環(huán)境的溫度、濕度、粉塵、振動(dòng)、噪音以及磁、電場和儀器本身內(nèi)部的各種干擾都會(huì)對檢測結(jié)果造成難以估計(jì)的后果。③性能可以直接測試、而檢測結(jié)果卻只是定性或相對的。④檢測人員的技術(shù)水平、操作技能、知識(shí)水準(zhǔn)等,檢測人員對工作的責(zé)任心,檢測人員在操作期間的心理和生理狀況都會(huì)對檢測結(jié)果造成很大的影響。⑤我國的超聲無損檢測還大部分是采用常規(guī)的A型脈沖反射法技術(shù)，存在不直觀、判傷難、無記錄、人為因素影響大等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響著超聲檢測結(jié)果的可靠性。當(dāng)然，伴隨著以計(jì)算機(jī)技術(shù)為具體體現(xiàn)的信息技術(shù)的突飛猛進(jìn)，現(xiàn)代超聲無損檢測技術(shù)主要還是向著數(shù)字信號(hào)處理和檢測成像方面發(fā)展。已經(jīng)應(yīng)用或正在采用的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)主要有：時(shí)間渡越衍射技術(shù)、合成孔徑聚焦技術(shù)、裂譜技術(shù)、倒譜技術(shù)、模式識(shí)別和分析、自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。采用數(shù)字動(dòng)態(tài)濾波技術(shù)提高檢測信噪比,通過頻譜分析進(jìn)行超聲參量檢測和提取,數(shù)字信無損檢測結(jié)課論文號(hào)處理壓縮波形有效提高檢測分辨率。超聲波及超聲波檢測通常人耳能夠聽到的聲波的頻率范圍在2020000Hz之間，人們習(xí)慣上把頻率超過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波常用來探測鋼板、錠材、大型鍛件等形狀比較簡單的制品，而橫波常用來檢測焊縫、管材等形狀比較復(fù)雜的制品。聲波在介質(zhì)中向前傳播的速度，稱為聲速。對于不同種類的超聲波，其傳播速度不同。超聲波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)的彈性模量及介質(zhì)的密度有關(guān)，對一定的介質(zhì)，彈性模量和密度為常數(shù)，故聲速也是常數(shù)。不同的介質(zhì)，有不同的聲速。超聲波波形不同時(shí)，介質(zhì)彈性變形的方式不同，速度也不一樣。因此，超聲波在介質(zhì)中傳播的速度是表征介質(zhì)聲學(xué)特性的一個(gè)重要參數(shù)。超聲波的頻率、波長和聲速之間的關(guān)系如下: l=c/f其中l(wèi)為超聲波的波長、c為超聲波在介質(zhì)中的的波速、?為超聲波的頻率。可見，在同一種介質(zhì)中超聲波的波長與超聲波的頻率成反比。無損檢測結(jié)課論文超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，其能量逐漸減弱，這種現(xiàn)象叫做超聲的衰減。均質(zhì)物質(zhì)對超聲波強(qiáng)度(聲壓)不曾造成減弱，然一般材料或多或少都會(huì)使超聲波強(qiáng)度造成衰減，其原因來自于吸收與散射兩種現(xiàn)象。吸收:材料將聲束能量轉(zhuǎn)換為熱能而散失，使得聲束強(qiáng)度降低。散射:由于材料的非均質(zhì)性，包括雜質(zhì)、氣孔、晶界?等阻礙聲束傳送而形成許多聲束分量，致使超聲波強(qiáng)度減弱。作為無損檢測技術(shù)中一種非常重要的方法。超聲波用于無損檢測領(lǐng)域是由其特性決定的：超聲波是指頻率大于20KHZ，并且能在連續(xù)介質(zhì)中傳播的彈性機(jī)械波。超聲波的方向性好。超聲波具有像光波一樣的方向性，經(jīng)過專門的設(shè)計(jì)可以定向發(fā)射，利用超聲波可在被檢測對象中進(jìn)行有效的探測。超聲波的穿透能力強(qiáng)。對大多數(shù)介質(zhì)而言，它具有較強(qiáng)的穿透能力。特別在一些金屬材料中，其穿透能力可達(dá)數(shù)米。超聲波的能量高。超聲檢測的工作頻率遠(yuǎn)高于聲波的頻率，具有很高的能量。被檢材料的聲速、聲衰減、聲阻抗等特性攜帶有豐富的能量轉(zhuǎn)換信息，成為廣泛應(yīng)用超聲波檢測的基礎(chǔ)。遇有界面時(shí)，超聲波將發(fā)生反射、折射和波型的轉(zhuǎn)換。利用超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)的這些物理現(xiàn)象，經(jīng)過巧妙的設(shè)計(jì)，使得超聲檢測工作的靈活性、精確度得以大幅度提高，這也是超聲檢測得以迅速發(fā)展的原因。對人體無害、適應(yīng)性強(qiáng)、檢測靈敏度高、設(shè)備輕巧、使用靈無損檢測結(jié)課論文活、檢驗(yàn)速度快、可及時(shí)得到探傷結(jié)果，適合在車間、野外和水下等各種環(huán)境下工作，并能對正在運(yùn)行的裝置和設(shè)備進(jìn)行檢測和診斷。超聲波探傷是利用超聲波在物體中傳播的一些物理特性來發(fā)現(xiàn)物體內(nèi)部的不連續(xù)性(即通常所說的缺陷)的一種方法。首先通過激勵(lì)超聲發(fā)射換能器產(chǎn)生超聲波并使其進(jìn)入工件，然后再通過超聲接收換能器將工件中經(jīng)過被檢測材料自身或缺陷所反射、折射、衍射、散射的入射波轉(zhuǎn)換成接收信號(hào)，缺陷作為與構(gòu)件材料不同的介質(zhì)將會(huì)產(chǎn)生不同的特征信號(hào)，接著再對接收到的信號(hào)進(jìn)行分析，從而獲得有關(guān)缺陷或材料的特性信息。超聲波探傷法的種類很多，根據(jù)聲耦合方式可分為接觸法和液浸法兩大類，按聲波傳播方式可分為反射法和透射法兩種。按超聲波激勵(lì)方式可分為脈沖波、連續(xù)波和調(diào)頻波等探傷方法。按波形分又可分為縱波、橫波、表面波和板波等。在目前的實(shí)際使用中，廣泛使用的是接觸式脈沖反射法。考慮到脈沖超聲探傷儀在實(shí)際中應(yīng)用最為廣泛，在此將對基于虛擬儀器技術(shù)的超聲脈沖反射式探傷儀的實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行討論。超聲波以持續(xù)極短的時(shí)間發(fā)射脈沖到被檢工件內(nèi)，利用被檢工件底面或內(nèi)部缺陷的反射回波探測反射源的位置和大小的方法，稱為脈沖反射法?？v波脈沖反射法工作原理如圖21所示，一般只需要一個(gè)探頭兼做發(fā)射和接收。超聲探傷主要是判斷工件材料有無缺陷，若有缺陷時(shí)，確定缺陷的大小和位置，進(jìn)而評價(jià)其有無使用價(jià)值和修復(fù)的可能性。無損檢測結(jié)課論文圖21脈沖法縱波探傷原理換能器發(fā)射的超聲波在工件內(nèi)部傳播時(shí)，當(dāng)遇到不同介質(zhì)時(shí)，將發(fā)生反射。反射信號(hào)的強(qiáng)度與反射率R的大小有關(guān)，而反射率R只與入射介質(zhì)和反射介質(zhì)的材料有關(guān)。由于反射信號(hào)通過的聲程是一定的，換能器獲得的反射信號(hào)的強(qiáng)度也是一定的。當(dāng)工件無缺陷時(shí)，只有始發(fā)射脈沖波和底面反射 波，兩者之間沒有其它回波。當(dāng)工件中有面積小于聲束截面的小缺陷，則會(huì)在始 波和底波之間出現(xiàn)缺陷回波。缺陷回波在時(shí)間軸上的位置可以確定缺陷在工件中的位置，缺陷回波幅度的大小取決于缺陷在聲束入射方向上的投影面積的大小，當(dāng)有缺陷回波出現(xiàn)時(shí)，底波高度下降。當(dāng)工件中缺陷大于聲束截面時(shí)，全部聲能被缺陷所反射，只有始波和缺陷回波，不會(huì)出現(xiàn)底波。缺陷的定位由于超聲波在介質(zhì)的波速是一定的，X=TfTbL若知道工件長L的大小，則可以根據(jù)發(fā)射波到反射波與發(fā)射波到底波的時(shí)間的比值，來確定缺陷距探頭的距離。若不知道L的大小，則可以根據(jù)聲束和聲波在介質(zhì)中傳播至缺陷無損檢測結(jié)課論文所需時(shí)間和波速來定位缺陷。X=C2TfTf式中C為材料中的聲速，缺陷的定量為聲波遇到缺陷時(shí)的來回傳播時(shí)間。假如缺陷尺寸小于波長一半時(shí)，由于超聲波的衍射作用而將不會(huì)產(chǎn)生明顯的反射回波，從而無法探測缺陷，因此缺陷尺寸的l最小檢測極限為2。工件或材料中的實(shí)際缺陷是多種多樣的，其形狀和性質(zhì)也各不相同，而超聲波的波長又比較大，要確定其真實(shí)大小是非常困難的，甚至不可能的，所以只能采用相對比較的方法，即用未知量(缺陷)與已知量(規(guī)定的人工缺陷)的回波振幅相比較的方法，來確定缺陷的當(dāng)量大小，這就是超聲探傷中的缺陷定量的基本原理。假設(shè)已經(jīng)規(guī)定A處為已知量，