超聲波損傷簡介

人耳能聽到的聲音，每秒鐘振動的次數(shù)（頻率）是20—20，000赫茲的聲波。頻率低于20赫茲又不能引起聽覺的聲波，叫次聲波；凡是頻率高于20，000赫茲的聲波，叫做超聲波。由于超聲波作用人體形成的損傷，稱為超聲波損傷。

超聲波技術(shù)在本世紀上半葉得到了迅速發(fā)展，并廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)和海洋研究領(lǐng)域中。但若使用不當，保管不妥或聲強超過人體的耐受限度時，便可引起機體損傷，甚至死亡。

早在第一次世界大戰(zhàn)末，著名的法國物理學(xué)家朗芝萬在研究超聲水下探測時，就發(fā)現(xiàn)強超聲可使魚等水生小動物致死。接著，哈維等人又發(fā)現(xiàn)超聲輻照可使動物體內(nèi)溫度升高以致細胞結(jié)構(gòu)破壞、死亡。

超聲波對生物機體的損傷作用，一般認為，低聲強，長時間輻照引起的損傷，以熱效應(yīng)為主，即聲能被機體吸收后變成熱能，其損傷程度與溫度升高的程度有關(guān)，而在聲強高，輻照時間短的情況下，引起損傷的機理是以瞬態(tài)超聲空化效應(yīng)為主；當聲強在700一1500W／cm2的中間范圍時，損傷則主要產(chǎn)生于其他物理機制。

用1．9MHz、強度60w／cm2的超聲在大白鼠腹部表面定位照射其肝臟時，可使其有絲分裂細胞的出現(xiàn)率顯著下降；用0．5—6MHz、峰值強度為56w／cm2的超聲脈沖輻照5分鐘暴露的肝臟，可使其中心血管附近遭到嚴重破壞，出血次數(shù)增多；用1MHz，強度為25W／cm2的超聲輻照小白鼠的睪丸，輻照時間為30秒，然后在10天內(nèi)的不同時間里對其組織學(xué)檢驗，發(fā)現(xiàn)同樣輻射條件下，不同種類小鼠的輸精管表現(xiàn)不同程度的損傷，對精母細胞的損傷早于精原細胞；用2．7MHz，強度為1700W/cm2的超聲輻照有髓鞘神經(jīng)0．25秒，可引起神經(jīng)纖維微小損傷；若作用時間延長，則將發(fā)生橫截面比聲束大3—5倍的神經(jīng)病變，等等。

當懷疑超聲波使人體致傷時，需要法醫(yī)學(xué)鑒定者，應(yīng)同專業(yè)工作者一道進行，查明有無接觸超聲波史，檢查損傷的情況，如果排除其他暴力傷或激光或微波的損傷后，才能確定超聲波的損傷。

次聲波的特點是頻率低，在傳播過程消耗能量少，衰減較小，即穿透力很強。次聲波在科學(xué)上用于探礦、探測地震中心或預(yù)測風(fēng)暴等。

超聲波無損傷檢測技術(shù)定義

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(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的檢測和表征，并進而對其特定應(yīng)用性進行評價的技術(shù)。

超聲波無損傷檢測技術(shù)原理

主要是基于超聲波在試件中的傳播特性。

a.聲源產(chǎn)生超聲波，采用一定的方式使超聲波進入試件；

b.超聲波在試件中傳播并與試件材料以及其中的缺陷相互作用，使其傳播方向或特征被改變；

c.改變后的超聲波通過檢測設(shè)備被接收，并可對其進行處理和分析；

d.根據(jù)接收的超聲波的特征，評估試件本身及其內(nèi)部是否存在缺陷及缺陷的特性。

超聲波無損傷檢測技術(shù)優(yōu)點

a.適用于金屬、非金屬和復(fù)合材料等多種制件的無損檢測；

b.穿透能力強，可對較大厚度范圍內(nèi)的試件內(nèi)部缺陷進行檢測。如對金屬材料，可檢測厚度為1～2mm的薄壁管材和板材，也可檢測幾米長的鋼鍛件；

c.缺陷定位較準確；

d.對面積型缺陷的檢出率較高；

e.靈敏度高，可檢測試件內(nèi)部尺寸很小的缺陷；f.檢測成本低、速度快，設(shè)備輕便，對人體及環(huán)境無害，現(xiàn)場使用較方便。

超聲波無損傷檢測技術(shù)局限性

a.對試件中的缺陷進行精確的定性、定量仍須作深入研究；

b.對具有復(fù)雜形狀或不規(guī)則外形的試件進行超聲檢測有困難；

c.缺陷的位置、取向和形狀對檢測結(jié)果有一定影響；

d.材質(zhì)、晶粒度等對檢測有較大影響；

e.以常用的手工A型脈沖反射法檢測時結(jié)果顯示不直觀，且檢測結(jié)果無直接見證記錄。

超聲波無損傷檢測技術(shù)適用范圍

a.從檢測對象的材料來說，可用于金屬、非金屬和復(fù)合材料；

b.從檢測對象的制造工藝來說，可用于鍛件、鑄件、焊接件、膠結(jié)件等；

c.從檢測對象的形狀來說，可用于板材、棒材、管材等；

d.從檢測對象的尺寸來說，厚度可小至1mm，也可大至幾米；

e.從缺陷部位來說，既可以是表面缺陷，也可以是內(nèi)部缺陷。

超聲波無損傷檢測技術(shù)應(yīng)用

接到探傷任務(wù)后，首先要了解圖紙對焊接質(zhì)量的技術(shù)要求。鋼結(jié)構(gòu)的驗收標準是依據(jù)GB50205-95《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》來執(zhí)行的。標準規(guī)定：對于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級為一級時評定等級為Ⅱ級時規(guī)范規(guī)定要求做100%超聲波探傷；對于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級為二級時評定等級為Ⅲ級時規(guī)范規(guī)定要求做20%超聲波探傷；對于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級為三級時不做超聲波內(nèi)部缺陷檢查。

在此值得注意的是超聲波探傷用于全熔透焊縫，其探傷比例按每條焊縫長度的百分數(shù)計算，并且不小于200mm。對于局部探傷的焊縫如果發(fā)現(xiàn)有不允許的缺陷時，應(yīng)在該缺陷兩端的延伸部位增加探傷長度，增加長度不應(yīng)小于該焊縫長度的10%且不應(yīng)小于200mm，當仍有不允許的缺陷時，應(yīng)對該焊縫進行100%的探傷檢查，其次應(yīng)該清楚探傷時機，碳素結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)在焊縫冷卻到環(huán)境溫度后、低合金結(jié)構(gòu)鋼在焊接完成24小時以后方可進行焊縫探傷檢驗。另外還應(yīng)該知道待測工件母材厚度、接頭型式及坡口型式。截止到目前為止我在實際工作中接觸到的要求探傷的絕大多數(shù)焊縫都是中板對接焊縫的接頭型式，所以我下面主要就對焊縫探傷的操作做針對性的總結(jié)。一般地母材厚度在8-16mm之間，坡口型式有I型、單V型、X型等幾種形式。在弄清楚以上這此東西后才可以進行探傷前的準備工作。

超聲波無損傷檢測技術(shù)準備要求

在每次探傷操作前都必須利用標準試塊（CSK-IA、CSK-ⅢA）校準儀器的綜合性能，校準面板曲線，以保證探傷結(jié)果的準確性。

1、探測面的修整：應(yīng)清除焊接工作表面飛濺物、氧化皮、凹坑及銹蝕等，光潔度一般低于▽4。焊縫兩側(cè)探傷面的修整寬度一般為大于等于2KT 50mm，（K:探頭K值，T：工件厚度）。一般的根據(jù)焊件母材選擇K值為2.5探頭。例如：待測工件母材厚度為10mm,那么就應(yīng)在焊縫兩側(cè)各修磨100mm。

2、耦合劑的選擇應(yīng)考慮到粘度、流動性、附著力、對工件表面無腐蝕、易清洗，而且經(jīng)濟，綜合以上因素選擇漿糊作為耦合劑。

3、由于母材厚度較薄因此探測方向采用單面雙側(cè)進行。

4、由于板厚小于20mm所以采用水平定位法來調(diào)節(jié)儀器的掃描速度。

5、在探傷操作過程中采用粗探傷和精探傷。為了大概了解缺陷的有無和分布狀態(tài)、定量、定位就是精探傷。使用鋸齒形掃查、左右掃查、前后掃查、轉(zhuǎn)角掃查、環(huán)繞掃查等幾種掃查方式以便于發(fā)現(xiàn)各種不同的缺陷并且判斷缺陷性質(zhì)。

6、對探測結(jié)果進行記錄，如發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷對其進行評定分析。焊接對頭內(nèi)部缺陷分級應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準GB11345-89《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級》的規(guī)定，來評判該焊否合格。如果發(fā)現(xiàn)有超標缺陷，向車間下達整改通知書，令其整改后進行復(fù)驗直至合格。

一般的焊縫中常見的缺陷有：氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等。到目前為止還沒有一個成熟的方法對缺陷的性質(zhì)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(jié)合缺陷的位置和焊接工藝對缺陷進行綜合估判。

軌條損傷超聲波探傷

超聲波探傷是利用超聲能透入金屬材料的深處，并由一截面進入另一截面時，在界面邊緣發(fā)生反射的特點來檢查零件缺陷的一種方法，當超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內(nèi)部，遇到缺陷與零件底面時就分別發(fā)生反射波，在熒光屏上形成脈沖波形，根據(jù)這些脈沖波形來判斷缺陷位置和大小。

軌條損傷磁粉探傷

磁粉探傷利用了鋼鐵制品表面和近表面缺陷（如裂紋，夾渣，發(fā)紋等）磁導(dǎo)率和鋼鐵磁導(dǎo)率的差異，磁化后這些材料不連續(xù)處的磁場將發(fā)生畸變，形成部分磁通泄漏處工件表面產(chǎn)生了漏磁場，從而吸引磁粉形成缺陷處的磁粉堆積——磁痕，在適當?shù)墓庹諚l件下，顯現(xiàn)出缺陷位置和形狀，對這些磁粉的堆積加以觀察和解釋，就實現(xiàn)了磁粉探傷。

軌條損傷渦流探傷

渦流探傷是以交流電磁線圈在金屬構(gòu)件表面感應(yīng)產(chǎn)生渦流的無損探傷技術(shù)。渦流磁場方向與外加電流的磁化方向相反，因此將抵消一部分外加電流，從而使線圈的阻抗、通過電流的大小相位均發(fā)生變化。管的直徑、厚度、電導(dǎo)率和磁導(dǎo) 率的變化以及有缺陷存在時，均會影響線圈的阻抗。若保持其他因素不變，僅將缺陷引起阻抗的信號取出，經(jīng)儀器放大并予檢測，就能達到探傷目的。

在外載或環(huán)境作用下，由細觀結(jié)構(gòu)缺陷（如微裂紋、微孔隙等） 萌生、擴展等不可逆變化引起的材料或結(jié)構(gòu)宏觀力學(xué)性能的劣化稱為損傷。損傷理論將材料斷裂的過程描述為微孔洞的形核、長大、聚合直至產(chǎn)生宏觀裂紋的過程。