超聲波是一種人類聽不到的機械波，人類能聽到的聲波頻率在20Hz~20kHz之間，超過20kHz的聲波稱之為超聲波。目前，超聲波已運用到工作和生活的方方面面，如醫(yī)學B超檢查、通信、超聲波缺陷檢測等。這些運用正是利用了超聲波的穿透性、指向性好、能量集中、對周圍環(huán)境影響小等特點，同時對被超聲波穿透的物體沒有物理性損傷，可做到“隔空透視”。

1、超聲波檢測原理及方法


超聲檢測是利用超聲波在被檢測物體內部傳播時，遇到材料密度發(fā)生變化的界面(如空洞、其他雜質)發(fā)生反射或透射接收的聲波訊號特征變化，來檢測物體內部的缺陷情況。超聲波檢測，依據發(fā)射和接收方式及時間的不同可分為脈沖反射法、脈沖透射法、共振法和衍射時差法。


1.1脈沖反射法脈沖反射法是利用超聲探頭產生的超聲脈沖波，入射到兩種不同密度或材質的界面上發(fā)生反射的原理進行檢測，這種檢測方法常采用同一超聲探頭(一般使用壓電陶瓷轉換器)作為發(fā)射和接收裝置。


1.2脈沖透射法脈沖透射法的原理與X射線的原理基本相似，即利用兩個超聲探頭置于被檢測物體的兩側，分別作為發(fā)射和接收裝置，通過緩慢移動兩個超聲探頭，觀察接收能量的變化，來判定被檢測物體內部的缺陷情況。


1.3共振法利用可調頻率的超聲波檢測物體內部情況，當超聲波的半波長與被測物體的厚度成整數倍關系時，會引起共振現象，儀器會顯示出共振頻率。當被檢測物體厚度發(fā)生變化，共振頻率也會相應發(fā)生變化，通過儀器顯示的不同頻率，可以判定被檢測物體的厚度變化，來確定質量情況，稱為共振法。

3、超聲波檢測應用


3.1超聲波用于鋼焊縫質量檢測在鋼焊縫質量檢測過程中，通常使用的方法是超聲波法和X射線法，由于在工程施工過程中鋼焊縫的數量一般較大，而且需要檢測分析的長度也非常長，檢測工件所處的環(huán)境也較為復雜。因此用超聲波方法對于鋼焊縫的質量進行檢測時，就會凸顯出檢測過程中的優(yōu)勢：如設備尺寸小、操作簡單、檢測過程中無輻射外泄隱患等。鋼焊縫質量檢測時，由于金屬的晶粒尺寸較小，鋼焊縫所受的影響較大，為探測存在的缺陷。通常通過超聲脈沖波變化情況來進行比較。當檢測焊縫質量良好時，檢測超聲波可順利傳播到達檢測物體底面，超聲波檢測儀器中只有表示發(fā)射脈沖及底面回波兩個信號，如果被檢測焊縫中存在缺陷，在超聲波檢測儀器中底面回波前會有缺陷回波信號。由此可以判定存在缺陷。


3.2混凝土強度檢測混凝土是水泥、石子、砂、外加劑摻合料組成由多相復合材料，其組成成份復雜。一般的混凝土強度檢測是預留混凝土試塊、現場取蕊樣等方法。如果預留的混凝土試塊質量存疑，現場又不允許取芯樣，需要運用超聲波等無損檢測手段?；炷帘旧聿皇且环N均質材料，相同標號的混凝土由于組成材料變化，超聲波在混凝土內傳播速度也不同，并且在混凝土內部存在著石子—水泥、水泥—砂等各種界面，超聲波遇到這些界面時會發(fā)生反射、衍射等多種傳播方式。因此簡單的將混凝土與超聲波之間建立直線性數學關系模型是困難的，需要將混凝土看作均質的彈塑性材料。建立起混凝土強度與超聲波聲速的關系曲線和經驗公式，作為超聲波檢測混凝土強度的依據。縱波的傳播速度公式為vp=姨E(1-V)/d(1+V)(1-2V)，可以看出超聲波速度和固體介質的材料性質、密實度、彈性模量及泊松比有關。超聲波在不同介質中有著不同的傳播速度，根據聲時值T，距離L，由公式V=L/T可先計算出聲速值。再根據經驗公式fcuc=AVB和fcuc=Aebv(A，B為經驗系數)兩種非線性的數學公式，計算出混凝土強度。由于混凝土組成材料的復雜性，利用超聲波檢測混凝土強度存在著一定誤差，不同的混凝土原材料使超聲聲速值各有差異，即使同樣的原材料，也因混凝土配合比不同，產生不同的速度值。


水泥的硅酸三鈣含量越高，細度越大，礦物細摻料的細度越大，相應的超聲的傳播速度也會越高，反映出的混凝土強度就會增大、相反混凝土強度顯示值就會降低。如果混凝土中粗骨料偏多超聲波的傳播速度就要比粗骨料偏少的快，顯示出的強度就要高。因此超聲波檢測混凝土強度應采用多參數法綜合提高測試精度，如混凝土成熟度—超聲聲速、聲速—衰減系數、聲速—振幅、聲速—含水率、聲速—混凝土齡期等。


3.3混凝土裂縫檢測


3.3.1混凝土裂縫的分類混凝土由水泥、石子、砂、摻合料、外加劑等組成的復合材料。由于混凝土本身的特性及使用條件的不同，產生的裂縫原因也不盡相同：有混凝土養(yǎng)護條件不善、內部水水泥水化熱過快，造成內外溫差過大，在混凝土內部形成拉應力集中區(qū)，超過混凝土本身的耐受拉力而產生的貫穿裂縫;有混凝土拌制過程中質量控制不佳，造成水膠比過大或水泥用量過多，混凝土凝固過程當中表面收縮引起的表面裂縫;有混凝土成型后受力條件改變，如基礎持力層條件改變、混凝土受力載荷變化超出混凝土本身所受拉應力的極限而發(fā)生的結構裂縫。


3.3.2混凝土裂縫檢測混凝土裂縫檢測時，常采用透射法或平行反射法，具體選用哪種方法跟裂縫的位置、混凝土結構型式有直接關系。


3.3.2.1透射法適用于發(fā)生裂縫的面積較小，混凝土結構尺寸規(guī)距、厚度不大的情況。運用透射法檢測時，發(fā)射探頭與接收探頭分別在裂縫的兩側移動，當探頭與裂縫沒有相交時，檢測超聲波不會發(fā)生明顯變化，當探頭與裂縫相交時，檢測超聲波會在裂縫處發(fā)生衍射，從而使接收探頭的接收時間和接收強度發(fā)生變化，根據時間和強度的變化確定裂縫的位置及深度。


3.3.2.2平行反射法當混凝土的裂縫面積較大或結構尺寸復雜，不宜采用透射法檢測時，可采用平行反射法。運用平行反射法檢測時，應先檢測裂縫周邊混凝土的聲波速度，由于混凝土是一種復雜的混合材料，聲波速度受原材、配合比、齡期的影響因素較大，應在裂縫周邊進行多次的聲波速度檢測，取平均值。然后使用一對探頭在裂縫的兩側平行移動。移動時探頭之間的距離應與裂縫的估測深度相近。如果探頭之間的距離過遠檢測出的數據較實際的裂縫深度要小。

來源：水利工程質量檢測

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