時(shí)間：2022-12-24 14:48:29
序論：在您撰寫(xiě)超聲檢測(cè)時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開(kāi)闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
關(guān)鍵詞：大型鑄件；雙晶探頭；超聲波檢測(cè)；靈敏度
1.前言
鑄件被廣泛應(yīng)用制造業(yè)中，它在各種類型的機(jī)械設(shè)備中占比較大。而在鑄造鑄件的過(guò)程中，常常會(huì)出現(xiàn)孔洞類缺陷，裂紋、冷隔類缺陷，夾雜類缺陷等，導(dǎo)致生產(chǎn)的產(chǎn)品不合格造成重大經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。因此，需要研究鑄件無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)確保鑄件的安全性和可靠性具有重要的實(shí)際意義。
當(dāng)前比較有效的鑄件無(wú)損檢測(cè)技術(shù)包括超聲檢測(cè)、X射線透射檢測(cè)及射線層析攝影法等[1]，它們各有其自身的特點(diǎn)，在鑄件檢測(cè)中都得到了不同程度的應(yīng)用，根據(jù)具體被測(cè)鑄件的材料、幾何形狀等特征選擇合適的缺陷檢測(cè)方法是很重要的。但是對(duì)于大型鑄件來(lái)說(shuō)，其特殊的聲學(xué)特性，比如晶粒粗大、組織不致密性等，會(huì)造成超聲波在傳播的過(guò)程中衰減嚴(yán)重。如果對(duì)其采用一般的超聲檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)則很容易造成漏檢和誤檢的危險(xiǎn)。 因此本文采用底波衰減法對(duì)大鑄件質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)
2.鑄件超聲波探傷
超聲波探傷具有靈敏度高、穿透性強(qiáng)、檢測(cè)速度快、成本低和對(duì)人體無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)。檢測(cè)時(shí)，超聲波會(huì)從缺陷處反射而在熒光屏上出現(xiàn)缺陷波，缺陷波的波形及波幅因缺陷的幾何形狀不同而發(fā)生變化，可根據(jù)缺陷波波形特性來(lái)評(píng)判缺陷性質(zhì)。
對(duì)于大厚度的大型鑄件，超聲檢測(cè)則是很有效的，可以比較精確地測(cè)出內(nèi)部缺陷的位置、當(dāng)量大小和分布的情況。鑄件內(nèi)部組織粗大、致密性差，致使超聲波的衰減大、穿透性差。超聲波在粗大的晶粒界面上會(huì)產(chǎn)生雜亂的晶界反射，使聲能衰減嚴(yán)重，檢測(cè)頻率越高衰減越大，由晶界反射產(chǎn)生的雜波干擾越嚴(yán)重，因此，在鑄件檢測(cè)時(shí)，一般選用較低的超聲波頻率。經(jīng)過(guò)表面加工的鑄件可用機(jī)油作偶合劑采用直接接觸法進(jìn)行超聲檢測(cè)，表面粗糙的鑄件可采用水浸法。對(duì)不同類型和材質(zhì)的鑄件進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，除內(nèi)部質(zhì)量好的鑄件可采用反射法外，一般采用底波衰減法，根據(jù)底波衰減的程度來(lái)評(píng)價(jià)鑄件質(zhì)量。
3.實(shí)驗(yàn)分析
對(duì)鑄件進(jìn)行超聲檢測(cè)時(shí)，一般要對(duì)聲速、聲阻抗和材質(zhì)衰減系數(shù)等聲學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，以便于選擇K 值、頻率、晶片尺寸等探頭參數(shù)。但同種材料不同工件的聲學(xué)特性參數(shù)都有細(xì)微的差別。因此，下面就其聲速和聲阻抗進(jìn)行了測(cè)量。
3.1大型鑄鋼件聲速的測(cè)量
聲速的測(cè)量有很多方法，如共振法、示波器法和用測(cè)速儀直接測(cè)試等。本文采用PXUT-27型數(shù)字探傷儀對(duì)工件進(jìn)行示波器法聲速測(cè)量。
測(cè)試原理為：
3.2大型鑄鋼件試樣檢測(cè)
影響探頭檢測(cè)效果的因數(shù)很多，檢測(cè)效果是否達(dá)到最佳狀態(tài)需要經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試才能獲取，所以檢測(cè)時(shí)采用不同頻率的探頭分別調(diào)節(jié)一下靈敏度以選擇適當(dāng)?shù)念l率參數(shù)。
3.2.1 頻率的選擇
對(duì)鑄件檢測(cè)來(lái)說(shuō)探頭頻率的選擇是最為重要的工作之一，檢測(cè)頻率一般為0.5～5MHz。厚度較大的可在此范圍內(nèi)選擇較低一點(diǎn)的頻率，厚度較小或經(jīng)過(guò)晶粒細(xì)化處理的工件可在此范圍內(nèi)選擇較高一點(diǎn)的頻率。
按照 3.1 節(jié)中測(cè)量的聲速我們可以算出超聲波在不同頻率下在工件中的波長(zhǎng)。當(dāng)？=1.25MHz 時(shí)，λ=4.76mm；當(dāng)？=2.5MHz 時(shí)，λ=2.38mm；當(dāng)？=5.0MHz 時(shí)，λ=1.19mm。利用 PXUT-27 型數(shù)字機(jī)在不同的頻率對(duì)探傷靈敏度進(jìn)行了調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)靈敏度是先按照工件兩平行面的底波來(lái)調(diào)整，再按照φ2當(dāng)量的平底孔進(jìn)行修正。
3.2.2 探頭選擇和掃查方式
對(duì)于外徑和厚度較大的管類鑄件其受力部位一般都在管的內(nèi)表面，如果管的外壁較為光滑耦合較好，則除了在兩端面用直探頭掃查外還要從管外用直探頭和斜探頭徑向掃查，斜探頭要正反兩個(gè)方向掃查，以便發(fā)現(xiàn)不同取向的缺陷。但是大型鑄件的外表面一般很粗糙，模砂和坑凹很多探頭難以耦合，遇到這種情況可以從內(nèi)表面徑向探測(cè)。但是一般的直探頭有一定的盲區(qū)和始波占寬，很難保證內(nèi)近表面缺陷的檢測(cè)，如此可選擇雙晶直探頭從內(nèi)表面進(jìn)行掃查。
雙晶探頭尺寸參數(shù)的也很重要，主要是根據(jù)工件的形狀和尺寸來(lái)選擇。對(duì)于曲率半徑大或厚度較大的工件可選擇較大的晶片尺寸；對(duì)于曲率半徑較小的工件則要選擇小尺寸的晶片，如果選的過(guò)大則耦合不好。
用兩種不同的雙晶探頭，一種晶片為 1-3 壓電復(fù)合材料）對(duì)工件的離內(nèi)表面不同深度的φ3 長(zhǎng)橫孔進(jìn)行了掃查。
普通的 PZT 雙晶探頭對(duì) 5mm 深的孔也難以分辨，而1-3 壓電復(fù)合材料雙晶探頭對(duì)深度為 5mm 的孔能很好的分辨出來(lái)且波形很尖銳。這是因?yàn)?1-3 壓電復(fù)合材料晶片有高阻尼、低機(jī)械 Q 值等優(yōu)良特性，使回波的波形尖銳而且可以很好的抑制雜波。
4.結(jié)論
本文采用底波衰減法研究大鑄件超聲波探傷，得出以下結(jié)論：
（1） 測(cè)試出大型筒類鑄鋼件的聲速為5955m/s，材質(zhì)衰減系數(shù)為0.071dB/mm。
（2） 說(shuō)明了探測(cè)大型鑄鋼件時(shí)選擇探頭頻率的原則，在大致確定頻率范圍的情況下，要根據(jù)靈敏度的要求從低頻到高頻逐個(gè)選擇探頭進(jìn)行調(diào)節(jié)，以確保在靈敏度滿足要求的條件下盡量選擇頻率較低的探頭進(jìn)行檢測(cè)。靈敏度的調(diào)節(jié)一般是根據(jù)被檢工件的兩平行底面的底面波來(lái)調(diào)節(jié)，以保證材質(zhì)的同一性。探頭晶片的尺寸要根據(jù)工件的大小和形狀來(lái)選擇，主要是要滿足能量和耦合的要求。
（3） 針對(duì)文中所涉及的筒類鑄件，介紹了探頭和掃查方式的選擇原則。除了平行端面要用直探頭雙面掃查外，當(dāng)外表面光滑時(shí)從外表面用直探頭和斜探頭掃查，當(dāng)外表面粗糙時(shí)從內(nèi)表面用雙晶探頭掃查。
（4） 使用1-3壓電復(fù)合材料晶片可以有效地抑制草狀回波而且可以銳化波形。
【關(guān)鍵詞】超聲檢測(cè)；焊縫；應(yīng)用
Ultrasonic Detection in Welds
ZHU Xue-geng
（Academy of Armored Force Engineering， Beijing 100072， China）
【Abstract】As long as the existence of internal defects in the weld porosity， slag， cracks and other defects for these internal paper introduces the common method in which ultrasonic testing applications， and analysis of the conventional ultrasonic testing， phased array ultrasonic testing， TOFD detects three detection method in practical applications require attention.
【Key words】Ultrasonic testing； Weld； Application
在實(shí)際工程中，焊縫隨處可見(jiàn)，焊接技術(shù)的存在使工件之間緊密的結(jié)合在一起，其強(qiáng)度、硬度能夠滿足在工程中實(shí)際需要，帶來(lái)了極大的經(jīng)濟(jì)效益，然而在焊接的過(guò)程中由于環(huán)境、人為操作等原因，會(huì)在焊縫內(nèi)存在氣孔、夾渣、裂紋等內(nèi)部缺陷[1]，常用的五大常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法中，針對(duì)工件內(nèi)部缺陷檢測(cè)的主要是射線檢測(cè)與超聲檢測(cè)，然而射線檢測(cè)本身具有一定的輻射效應(yīng)[2]，且其檢測(cè)成本比較的高，對(duì)檢測(cè)人員素質(zhì)要求也較高，因此在實(shí)際中射線檢測(cè)在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中的應(yīng)用還比較的少，結(jié)合實(shí)際情況以及檢測(cè)環(huán)境的限制等因素，大部分企業(yè)首選的檢測(cè)方法還是超聲檢測(cè)方法[3]，超聲檢測(cè)具有檢測(cè)方便快捷、檢測(cè)設(shè)備及成本經(jīng)濟(jì)性比較好，本文主要針對(duì)幾種常用的超聲檢測(cè)方法在焊縫中的應(yīng)用進(jìn)行歸納綜述。
1 常規(guī)超聲檢測(cè)在焊縫中的應(yīng)用
常規(guī)超聲檢測(cè)主要是接收脈沖反射波，從而對(duì)聲波信號(hào)進(jìn)行分析識(shí)別，進(jìn)而對(duì)工件的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)的一種方法，該方法對(duì)設(shè)備及檢測(cè)人員的要求比較低，但是在缺陷信號(hào)分析識(shí)別時(shí)對(duì)人們的經(jīng)驗(yàn)要求比較的高，目前利用常規(guī)超聲檢測(cè)方法在對(duì)焊縫進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中主要是采用“光柵式”掃查技術(shù)，具體來(lái)說(shuō)包括兩個(gè)方向：1）沿著焊接方向，在檢測(cè)過(guò)程中超聲探頭沿著固定的方向（一般指焊縫長(zhǎng)度方向）移動(dòng)。2）在垂直于焊縫的方向，探頭沿著x方向（一般指管道的周向方向），來(lái)回移動(dòng)。只有這樣才能保證焊縫不被漏檢，然而這種檢測(cè)方法比較的費(fèi)時(shí)，效率比較低，在對(duì)某電站設(shè)備的管道焊縫進(jìn)行完全檢測(cè)時(shí)，所需時(shí)間基本在10小時(shí)以上，有時(shí)甚至更多。因此必須尋找一種新的快捷、高效的檢測(cè)方法代替常規(guī)超聲檢測(cè)方法才具有更大的意義。
2 相控陣超聲檢測(cè)在焊縫中的應(yīng)用
20世紀(jì)末，隨著電子技術(shù)的飛快發(fā)展，相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)[4]引入我國(guó)，并很快的成為研究熱門(mén)，迅速的應(yīng)用在工程中。相控陣超聲檢測(cè)以其高效、高精度，并能夠?qū)θ毕莩上竦奶攸c(diǎn)廣泛的應(yīng)用在實(shí)際檢測(cè)中，其改變了傳統(tǒng)超聲檢測(cè)中的“光柵式”檢測(cè)，其檢測(cè)過(guò)程比較簡(jiǎn)單，只需沿著焊縫長(zhǎng)度的延伸方向來(lái)回移動(dòng)一次探頭即可，此方法大大提高了超聲檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際工程中的利用。在利用相控陣超聲檢測(cè)的過(guò)程中需要注意幾點(diǎn)問(wèn)題，首先，相控陣檢測(cè)使用的縱波進(jìn)行檢測(cè)，縱波具有一定的偏轉(zhuǎn)角度，當(dāng)被檢測(cè)件所需聲束偏轉(zhuǎn)角度較大的時(shí)候顯然利用縱波是無(wú)法滿足的，此時(shí)需要設(shè)計(jì)具有一定角度的斜楔塊使聲束能夠滿足檢測(cè)要求，在利用相控陣超聲檢測(cè)方法對(duì)焊縫進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，對(duì)于管道環(huán)焊縫來(lái)說(shuō)其楔塊的設(shè)計(jì)不但要滿足和管道的較好的耦合，還要滿足聲束的偏轉(zhuǎn)，這樣才能保證良好的檢測(cè)效果；對(duì)于平板的焊縫檢測(cè)，設(shè)計(jì)的楔塊接觸面為平面即可，只要單純的滿足聲束的偏轉(zhuǎn)角度即可。其次，對(duì)于相控陣超聲檢測(cè)來(lái)說(shuō)其檢測(cè)設(shè)備的選擇也很重要，一般來(lái)說(shuō)這類設(shè)備的成本較高，一般達(dá)到數(shù)十萬(wàn)，這對(duì)于一般的研究工作者來(lái)說(shuō)是一筆較大的費(fèi)用，因此這個(gè)問(wèn)題必須要考慮，為了解決這一問(wèn)題，相關(guān)的制造企業(yè)也在降低制造成本，為了使其更加廣泛的應(yīng)用在工程中，企業(yè)開(kāi)發(fā)了便攜式檢測(cè)儀器，這類設(shè)備攜帶方便，更利于實(shí)際中的檢測(cè)。最后，相控陣超聲檢測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)缺陷的成像，因此，其后期的數(shù)據(jù)采集，圖像分析也是非常的重要的，這就對(duì)檢測(cè)人員提出了很大的要求。
3 超聲TOFD法在焊縫檢測(cè)中的應(yīng)用
近年來(lái)，針對(duì)焊縫的檢測(cè)問(wèn)題，超聲TOFD[5]的應(yīng)用也越來(lái)越廣，該方法可以看成是常規(guī)相控陣檢測(cè)方法的一個(gè)演變，其檢測(cè)過(guò)程是在焊縫的兩側(cè)對(duì)稱的放置兩個(gè)探頭，在顯示的結(jié)果中會(huì)有缺陷的上端信號(hào)和下端信號(hào)，以及端面信號(hào)和底面信號(hào)，這是TOFD檢測(cè)方法的特點(diǎn)，根據(jù)這一特點(diǎn)可以清楚的判斷缺陷的有無(wú)，除此之外根據(jù)缺陷信號(hào)之間的傳播時(shí)間差可以對(duì)缺陷進(jìn)行定量分析，這比一般的相控陣超聲檢測(cè)更具有優(yōu)勢(shì)，在利用該方法進(jìn)行實(shí)際操作的時(shí)候應(yīng)該注意一下幾個(gè)問(wèn)題：首先，參數(shù)的選擇。在檢測(cè)過(guò)程中兩個(gè)探頭的功能為，一個(gè)發(fā)射聲波一個(gè)接收聲波，因此兩個(gè)探頭的中心頻率應(yīng)該保持一致，其相互間的誤差不能超過(guò)±20%，不同的檢測(cè)厚度對(duì)探頭的頻率要求也不一樣，對(duì)于TOFD檢測(cè)方法來(lái)說(shuō)，檢測(cè)厚度在10mm以內(nèi)，探頭的頻率大概在10～15MHz之間，檢測(cè)厚度在10～30mm以內(nèi)時(shí)，頻率要求在5～10mm以內(nèi)，檢測(cè)厚度在30～70mm時(shí)，探頭頻率要求在2～5mm以內(nèi)。其次，探頭間距如何確定。一般來(lái)說(shuō)其間距的確定遵循以下原則：1）能夠完全的覆蓋檢測(cè)區(qū)域；2）要能夠獲得足夠的缺陷端面衍射能量；3）要能夠滿足缺陷分辨率。所以，在檢測(cè)時(shí)探頭的間距一般控制在2t/3（t是工件的厚度）。最后，如何準(zhǔn)確的對(duì)缺陷進(jìn)行定量。TOFD檢測(cè)方法能夠較好的完成對(duì)缺陷的定量，這也是該方法的一個(gè)優(yōu)勢(shì)，因此在實(shí)際中應(yīng)該最大化的擴(kuò)大該優(yōu)勢(shì)，在這個(gè)過(guò)程中主要是對(duì)缺陷的上端信號(hào)的下端信號(hào)之間的缺陷傳播時(shí)間進(jìn)行確定。
4 總結(jié)
文中主要是對(duì)超聲檢測(cè)方法在焊縫中的應(yīng)用進(jìn)行說(shuō)明，從其檢測(cè)原理，檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)該遵循的原則和主要問(wèn)題進(jìn)行了說(shuō)明，為以后焊縫檢測(cè)過(guò)程中方法的選擇提供一些參考。
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關(guān)鍵詞 眼科檢查 超聲造影 彩色多普勒超聲
眼科超聲檢測(cè)技術(shù)，具有檢測(cè)準(zhǔn)確、患者無(wú)痛苦、方便快捷的特點(diǎn)。其原理主要是通過(guò)聲波的反射，形成一定的圖像，以反映眼部結(jié)構(gòu)生理或者病例上的變化。隨著科技的進(jìn)步，眼科超聲儀器也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床的A型超聲、B型超聲、多普勒彩超以及超聲生物顯微鏡，在臨床實(shí)踐中發(fā)揮著其獨(dú)特的作用。
A型超聲
1956年，美國(guó)眼科醫(yī)生Mundt和Hughes首次將A超用于眼部疾病的診斷，它根據(jù)不同界面的回聲以波峰形式顯示，根據(jù)超聲波在不同組織中的聲速，獲得相關(guān)組織的生物參數(shù)。A超對(duì)角膜厚度的測(cè)量精度達(dá)0.001mm，在臨床上可以用于一點(diǎn)或多位點(diǎn)的測(cè)量，還可以圍繞中心點(diǎn)，呈同心圓狀測(cè)量［1］。目前，A型超聲多用于與眼軸長(zhǎng)度有關(guān)疾病的測(cè)量，對(duì)近視和遠(yuǎn)視患者的診斷有一定的幫助。
此外，A超還用于一些眼部疾病的輔助治療。張采華等［2］對(duì)120例成熟期白內(nèi)障患者和4級(jí)核白內(nèi)障在手術(shù)前進(jìn)行A超的測(cè)量，計(jì)算晶體厚度平均值，手術(shù)均順利完成分核，并完成整個(gè)乳化過(guò)程，術(shù)后患者視力明顯提高。
A型超聲存在一些缺陷，在檢查前被測(cè)眼的表面要進(jìn)行麻醉，這讓很多患者不愿意通過(guò)此項(xiàng)方式檢查。此外，探頭和患者的角膜直接接觸，存在疾病傳染的隱患，另外對(duì)醫(yī)生的技術(shù)水平有一定要求，操作時(shí)對(duì)角膜的壓力不同可導(dǎo)致不同的檢測(cè)結(jié)果。
B型超聲
B型超聲是通過(guò)扇形或線陣掃描，將組織的界面回聲轉(zhuǎn)成不同亮度的回聲光點(diǎn)，以反映組織結(jié)構(gòu)的變化。在眼科疾病中，由于眼球及內(nèi)容物對(duì)B超有較好的透聲性質(zhì)，多采用B超對(duì)眼病進(jìn)行診斷治療。在臨床B超檢查時(shí)，患者需閉眼，仰臥在病床上，眼瞼涂上專用的螯合劑，B超探頭即可對(duì)眼睛進(jìn)行縱橫面的全面檢查，確定病灶部位并可以測(cè)量其長(zhǎng)度，打印機(jī)隨即可以將圖像打印出來(lái)。B超可以廣泛應(yīng)用于晶狀體渾濁、玻璃體渾濁、視網(wǎng)膜脫離、眼內(nèi)異物等疾病的診斷治療［3］。B超因?yàn)橛糜螛?biāo)測(cè)量距離，重復(fù)性較差，需多次測(cè)量。
超聲生物顯微鏡
超聲生物顯微鏡是20世紀(jì)90年展起來(lái)的新型眼科檢查工具，該儀器由高頻率換能器和B超聲儀器結(jié)合而成，基本原理與普通的B超儀相同，由于具有高頻率的分辨力，可獲得與光學(xué)顯微鏡的分辨率相當(dāng)?shù)膱D像，在無(wú)創(chuàng)傷的條件下可獲得清晰的二維圖像［4］。在進(jìn)行超聲生物鏡檢查時(shí)，檢查需采取仰臥位，眼瞼上安裝一眼杯，杯子里放入蒸餾水即可。將探頭深入蒸餾水中進(jìn)行檢查成像。由于探頭在水浴中進(jìn)行掃描，不會(huì)對(duì)眼前段產(chǎn)生任何的干擾，如房角就是在自然狀態(tài)下的形態(tài)，除此之外，還可以觀察到房后部位及前房角的解剖結(jié)構(gòu)，晶狀體和虹膜等結(jié)構(gòu)及相互關(guān)系，可以輕松獲得任意子午線的眼前段結(jié)構(gòu)的圖像，更全面地了解眼部的生理和病理狀態(tài)，也有助于疾病的進(jìn)一步診斷。目前，該方法廣泛應(yīng)用于眼底、青光眼、白內(nèi)障、眼外傷等眼部疾病的各個(gè)領(lǐng)域。
多普勒彩超
彩色多普勒超聲可以直接觀察眼眶及眼球壁血流的動(dòng)態(tài)，確定動(dòng)脈、靜脈以及及動(dòng)靜脈交叉的混合血流,有助于觀察眼部細(xì)胞的內(nèi)環(huán)境變化，確定腫瘤的發(fā)病部位［5］。該方法較一般的超聲檢查更簡(jiǎn)便直觀，患者痛苦較小，目標(biāo)明確?，F(xiàn)在已成為眼科的常規(guī)檢查手段之一。但是在操作時(shí)需要注意探頭的方向和角度，減少超聲波發(fā)射功率對(duì)血流動(dòng)力學(xué)信號(hào)顯示的影響，每條血管需要重復(fù)測(cè)量，至少連續(xù)測(cè)量3次。
總 結(jié)
A型超聲、B型超聲、超聲生物顯微鏡和多普勒彩超，已經(jīng)作為臨床眼科重要的檢測(cè)手段，應(yīng)用于一線，超聲檢測(cè)具有安全、快捷、患者耐受性好的特點(diǎn)，使其得到了廣泛的關(guān)注。隨著這些技術(shù)應(yīng)用信息的反饋以及儀器的研究與改進(jìn)，超聲診斷在眼科的檢測(cè)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用會(huì)日益廣泛，也會(huì)為臨床治療提供更多準(zhǔn)確的診斷信息。
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【關(guān)鍵詞】超聲檢測(cè)；高職教育；教學(xué)研究
超聲波檢測(cè)是應(yīng)用最廣泛的無(wú)損檢測(cè)方法之一。超聲波檢測(cè)是利用進(jìn)入被檢材料的超聲波對(duì)材料表面或內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)。利用超聲波進(jìn)行材料厚度的測(cè)量也是常規(guī)超聲波檢測(cè)的一個(gè)重要方面。此外，作為超聲波檢測(cè)技術(shù)的特殊應(yīng)用，超聲波還可用于材料內(nèi)部組織和特性的表征以及應(yīng)力的測(cè)量。它的意義的一般指超聲波與工件作用，就反射、透射和衍射的波進(jìn)行研究，對(duì)工件進(jìn)行宏觀缺陷檢測(cè)、幾何特性測(cè)量、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的檢測(cè)和表征，并進(jìn)而對(duì)其特定應(yīng)用進(jìn)行評(píng)價(jià)的技術(shù)。從上世紀(jì)30年明以來(lái)，由于超聲檢測(cè)具有安全高效，體積小，便攜等特點(diǎn)，越來(lái)越被廣泛應(yīng)用于，工業(yè)，醫(yī)療等各行各業(yè)。
在高職學(xué)校開(kāi)設(shè)超聲檢測(cè)的課程對(duì)于培養(yǎng)應(yīng)用型操作人員有很大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于超聲檢測(cè)這種操作技能要求較高的行業(yè)，工作人員的培養(yǎng)應(yīng)以實(shí)踐操作為主，高職教育正好能滿足這一要求。因此制定一個(gè)合理的課程規(guī)劃來(lái)達(dá)到理想的目的是非常必要的。下面就超聲檢測(cè)這門(mén)課程在高職院校的開(kāi)展進(jìn)行討論。
1、課程建設(shè)的指導(dǎo)思想和總體目標(biāo)
在日常教學(xué)的制定中要遵循高職教育教學(xué)的規(guī)律與特點(diǎn)，始終堅(jiān)持以“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的原則，堅(jiān)持以工學(xué)結(jié)合的方式開(kāi)展教學(xué)，注重素質(zhì)教育，注重技能教育，重視學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和個(gè)性發(fā)展。讓學(xué)生能學(xué)會(huì)處理各種特殊的工藝要求。通過(guò)課程建設(shè)，對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行改革，把超聲檢測(cè)新技術(shù)、新工藝、新標(biāo)準(zhǔn)恰當(dāng)?shù)匾胝n堂教學(xué)，使課程做到知識(shí)性與應(yīng)用性的統(tǒng)一，使課程結(jié)構(gòu)體系和教學(xué)內(nèi)容得到進(jìn)一步的優(yōu)化。利用現(xiàn)代教育技術(shù)平臺(tái)改革相應(yīng)的教學(xué)方法和手段。
課程建設(shè)的目標(biāo)是落實(shí)課程建設(shè)的措施，更加明確課程目標(biāo)即培養(yǎng)能夠進(jìn)行超聲檢測(cè)操作的人員，遴選課程內(nèi)容對(duì)理論性太強(qiáng)的部分加以弱化，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，專注與實(shí)踐教學(xué)，讓學(xué)生多通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作來(lái)學(xué)習(xí)了解這一行業(yè)。改進(jìn)教學(xué)方法、豐富教學(xué)手段，加強(qiáng)教師隊(duì)伍的建設(shè)，加強(qiáng)課程研究，開(kāi)展技術(shù)推廣、咨詢和服務(wù)，建立課程資源庫(kù)，改善實(shí)訓(xùn)條件，規(guī)范課程考核評(píng)價(jià)方式，進(jìn)一步提高課程效果，加強(qiáng)課程管理，以保證群體教學(xué)水平穩(wěn)步提高，使課程建設(shè)處于良性發(fā)展。
2、課程目標(biāo)
根據(jù)學(xué)校辦學(xué)定位和學(xué)生實(shí)際，明確本課程職業(yè)崗位指向和職業(yè)能力要求；高職學(xué)校的生源包括高中生，中職生，及以3+2方式培養(yǎng)的學(xué)生。明確了學(xué)生的實(shí)際情況就能明確課程知識(shí)目標(biāo)、技能目標(biāo)、態(tài)度目標(biāo)，更加重視本課程在職業(yè)能力培養(yǎng)中所處的重要地位、作用和價(jià)值；主要目標(biāo)應(yīng)在加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、應(yīng)用能力、協(xié)作能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。建設(shè)措施：（1）開(kāi)展專業(yè)教育，讓學(xué)生明確職業(yè)崗位指向和職業(yè)能力要求，讓學(xué)生清楚地認(rèn)識(shí)到專業(yè)課程在職業(yè)能力培養(yǎng)中所處的地位、作用和價(jià)值，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。（2）課程知識(shí)模塊應(yīng)該有：超聲檢測(cè)物理基礎(chǔ)、檢測(cè)器材與設(shè)備、檢測(cè)方法、檢測(cè)工藝、超聲檢測(cè)應(yīng)用、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、課程設(shè)計(jì)、技能訓(xùn)練部分；技能目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作的能力，為行業(yè)培養(yǎng)初、中級(jí)無(wú)損檢測(cè)技能型人才。學(xué)生學(xué)完本課程后，要求學(xué)生掌握超聲檢測(cè)相關(guān)理論知識(shí)，能獨(dú)立完成超聲檢測(cè)工作。能與他人團(tuán)結(jié)協(xié)作，具有一定的創(chuàng)新能力。畢業(yè)前取得鍋爐壓力容器無(wú)損檢測(cè)人員UTⅠ、UTⅡ級(jí)資格證書(shū)（中專Ⅰ級(jí)、高職Ⅱ級(jí)）。畢業(yè)生經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的工作實(shí)踐，向中、高級(jí)人員過(guò)渡。（3）教師在教案中交代每個(gè)知識(shí)模塊學(xué)生應(yīng)達(dá)到的知識(shí)目標(biāo)、技能目標(biāo)、態(tài)度目標(biāo)，并在授課過(guò)程中明確告訴學(xué)生；教師應(yīng)注重學(xué)生學(xué)習(xí)能力、應(yīng)用能力、協(xié)作能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
3、課程內(nèi)容和課程結(jié)構(gòu)
圍繞為行業(yè)培養(yǎng)初、中級(jí)無(wú)損檢測(cè)技能型人才的要求，遴選教學(xué)內(nèi)容，適時(shí)吸納新知識(shí)、新技術(shù)、新工藝、新標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)了學(xué)生良好的職業(yè)道德、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作作風(fēng)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，強(qiáng)化學(xué)生安全意識(shí)；形成模塊化課程結(jié)構(gòu)；實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容達(dá)到50%以上。建設(shè)措施：（1）按照無(wú)損檢測(cè)人員資格證考試規(guī)則和企業(yè)、行業(yè)對(duì)無(wú)損檢測(cè)人員的要求，安排教學(xué)內(nèi)容。（2）要求教師加強(qiáng)學(xué)習(xí)，不斷更新知識(shí)，適時(shí)吸納新知識(shí)、新技術(shù)、新工藝、新標(biāo)準(zhǔn)，定期到企業(yè)作市場(chǎng)調(diào)研和掛職鍛煉。（3）按照職業(yè)崗位和職業(yè)能力培養(yǎng)的要求，整合教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建以職業(yè)崗位作業(yè)流程為導(dǎo)向的教學(xué)模塊，按崗位作業(yè)流程分小模塊進(jìn)行教學(xué)，形成模塊化課程結(jié)構(gòu)。（4）不拘束于某一個(gè)具體工件，而以多種規(guī)格、多種材質(zhì)的工件作為研究對(duì)象，增加學(xué)生實(shí)訓(xùn)機(jī)會(huì)和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，安排學(xué)生進(jìn)企業(yè)實(shí)習(xí)，使實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容達(dá)到50%以上。（5）聯(lián)系本地相關(guān)企業(yè)，利用企業(yè)的設(shè)備和技術(shù)人員對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐學(xué)習(xí)。讓學(xué)生了解企業(yè)實(shí)際的工作生產(chǎn)情況，可能遇到的各種問(wèn)題。（6）在與企業(yè)聯(lián)系過(guò)程中，可以把優(yōu)秀的學(xué)生推薦給企業(yè)，以此來(lái)與企業(yè)互利互惠，形成良好的合作關(guān)系。
4、課程教學(xué)方法與手段
課程教學(xué)方法堅(jiān)持“教、學(xué)、做合一”的原則，采用現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)、討論式教學(xué)、探究式教學(xué)等教學(xué)方法；高度重視實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，以真實(shí)或仿真的任務(wù)為實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，將實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)與項(xiàng)目結(jié)合起來(lái)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)和技能在實(shí)踐中應(yīng)用，積極引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)；充分運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，充分利用網(wǎng)頁(yè)資源，將課程教材、教師教案、教學(xué)大綱、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、習(xí)題、實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)指導(dǎo)、參考文獻(xiàn)目錄、授課錄像、網(wǎng)絡(luò)課件、在線測(cè)試等相關(guān)資料在網(wǎng)上公布，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享，方便學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)中自主學(xué)習(xí)。（1）制定教學(xué)過(guò)程規(guī)范，包括授課計(jì)劃規(guī)范、理論備課規(guī)范、課堂教學(xué)規(guī)范、作業(yè)輔導(dǎo)規(guī)范、考試考核規(guī)范、教書(shū)育人規(guī)范，把提高群體教學(xué)質(zhì)量落實(shí)到教學(xué)過(guò)程的每一個(gè)環(huán)節(jié)中。落實(shí)備課規(guī)范，提高課程授課計(jì)劃質(zhì)量。教師備課必須要鉆研大綱，研究教材，掌握教學(xué)目的、要求和重點(diǎn)，研究和掌握教學(xué)方法。授課計(jì)劃要體現(xiàn)教學(xué)目的、教學(xué)方法、教學(xué)思想。（2）建立優(yōu)秀教案檔案，促進(jìn)群體教案水平提高。每學(xué)期每位教師提交一份優(yōu)秀教案，課程組通過(guò)評(píng)定、交流后存檔，逐步提高整體教案水平。（3）抓住課堂教學(xué)這個(gè)中心環(huán)節(jié)，爭(zhēng)取最佳教學(xué)效果。課堂講授必須執(zhí)行課堂授課規(guī)范，做到內(nèi)容熟練、概念準(zhǔn)確、重點(diǎn)突出、結(jié)構(gòu)合理、條例清楚、語(yǔ)言精煉、板書(shū)工整且布局合理，要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，啟發(fā)學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生能力，要注意理論聯(lián)系實(shí)際，加強(qiáng)教學(xué)的科學(xué)性和思想性。（4）建立學(xué)校老師與企業(yè)技術(shù)人員的技術(shù)交流來(lái)提高教學(xué)內(nèi)容的質(zhì)量，引入最新的理念，讓學(xué)生一切從實(shí)踐出發(fā)，真正做到精通。（5）以多種規(guī)格、多種材質(zhì)的工件作為研究對(duì)象，以真實(shí)或仿真的任務(wù)為實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，將實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)與項(xiàng)目結(jié)合起來(lái)，增加學(xué)生實(shí)訓(xùn)機(jī)會(huì)和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。安排學(xué)生進(jìn)企業(yè)實(shí)習(xí)，使實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容達(dá)到50%以上。強(qiáng)調(diào)學(xué)生在實(shí)踐中應(yīng)用中消化所學(xué)知識(shí)和技能，積極引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。（6）建立一體化專業(yè)教室，充分運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)；引入相關(guān)的檢測(cè)儀，配備完善的各種標(biāo)準(zhǔn)試塊和對(duì)比試塊，使教學(xué)內(nèi)容豐滿具體。
5、課程資源建設(shè)
課程資源建設(shè)要求擁有學(xué)校教師與現(xiàn)場(chǎng)專家一起開(kāi)發(fā)的校本教材、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書(shū)、教師教學(xué)指導(dǎo)書(shū)和學(xué)生學(xué)習(xí)指導(dǎo)書(shū)等，建成集紙質(zhì)與電子、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的圖書(shū)和網(wǎng)絡(luò)資源于一體的立體化教學(xué)資源庫(kù)。教學(xué)資源庫(kù)包括課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、教學(xué)指導(dǎo)和學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方案等要素；校內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室的設(shè)施設(shè)備技術(shù)含量高，有能完全滿足課程教學(xué)需要的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)施設(shè)備；建立真實(shí)或仿真的職業(yè)環(huán)境，有便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室管理制度，管理規(guī)范；建立校外實(shí)踐教學(xué)基地，與相關(guān)企業(yè)建立合作機(jī)制，校外實(shí)踐基地成為課堂教學(xué)的有效延伸。
6、課程考核及措施
課程考核要求建立體現(xiàn)職業(yè)能力為核心的課程考核標(biāo)準(zhǔn)，建立分模塊的課程考核評(píng)價(jià)方式，每個(gè)課程模塊既考核學(xué)生所學(xué)的知識(shí)，也考核學(xué)生掌握的技能及學(xué)習(xí)態(tài)度，采用形成性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的考核方式。筆試、口試、操作、論文相結(jié)合，開(kāi)卷、閉卷相結(jié)合，第一課堂考核與第二課堂考核相結(jié)合，校內(nèi)老師評(píng)價(jià)與企業(yè)、社會(huì)評(píng)價(jià)相結(jié)合，學(xué)生自評(píng)、互評(píng)相結(jié)合的評(píng)價(jià)方式，各種評(píng)價(jià)有明確的比例分配。
具體的建設(shè)措施：（1）每學(xué)期至少要進(jìn)行一次期中和期末考試?？荚囈獓?yán)格要求，同一教學(xué)計(jì)劃的班級(jí)，期末考試要統(tǒng)一命題，統(tǒng)一評(píng)分，統(tǒng)一閱卷?？荚嚪绞綖椋洪]卷，記分方法為：平時(shí)成績(jī)占30%（10%的作業(yè)，10%的課堂表現(xiàn)，10%的課堂測(cè)驗(yàn)），期中考試占20%，期末考試占50%，其中10%的課堂表現(xiàn)分?jǐn)?shù)由老師評(píng)價(jià)、學(xué)生自評(píng)、互評(píng)三項(xiàng)各占1/3產(chǎn)生，加重平時(shí)學(xué)習(xí)權(quán)重，注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的檢查和對(duì)知識(shí)的掌握程度的考核；第一課堂考核成績(jī)占70%，第二課堂考核成績(jī)占30%；同時(shí)期末考試除理論考試外還有實(shí)踐操作考試，根據(jù)無(wú)損檢測(cè)人員資格證考試的要求，理論和實(shí)踐考試都必須達(dá)到70分才認(rèn)定及格。（2）建立超聲檢測(cè)試題庫(kù)，條件成熟可以實(shí)行教考分離。（3）參加校級(jí)以上技能競(jìng)賽取得名次的給予加分。
7、課程效果
建設(shè)目標(biāo)：學(xué)生學(xué)完本門(mén)課程后能掌握85%以上的知識(shí)點(diǎn)，完全掌握核心知識(shí)點(diǎn)；100%掌握課程中包涵的技能，在真實(shí)或仿真的環(huán)境中能完成檢測(cè)工作；能理解本門(mén)課程在專業(yè)中的地位、作用和價(jià)值；學(xué)習(xí)目的明確，學(xué)習(xí)興趣明顯提高；理解本門(mén)課程所要求的職業(yè)素質(zhì)，具有團(tuán)隊(duì)精神、協(xié)作精神，能夠與人合作完成工作項(xiàng)目；學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，能進(jìn)行探究式、創(chuàng)新性學(xué)習(xí)。 建設(shè)措施：建立科學(xué)合理的教育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，為學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)教育服務(wù)；加強(qiáng)學(xué)生思想道德和職業(yè)道德教育；加強(qiáng)學(xué)風(fēng)建設(shè)，努力提高教育教學(xué)質(zhì)量；建立科學(xué)的學(xué)生學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系。
8、結(jié)論
隨著我國(guó)初會(huì)的不斷進(jìn)步，工業(yè)水平，制造能力的穩(wěn)步提高，特別是我們國(guó)家制造行業(yè)在國(guó)際地位的不斷提升，對(duì)制造業(yè)人才的需求與日俱增，尤其是工作一線的初、中級(jí)的優(yōu)秀操作人才更是供不應(yīng)求，超聲檢測(cè)技術(shù)在制造的生產(chǎn)中有著不可替代的作用，超聲檢測(cè)人員的市場(chǎng)需求不斷增加，對(duì)人才的要求也在不斷變化，于此相比，中、高職學(xué)校培養(yǎng)的的專業(yè)畢業(yè)生卻非常少，現(xiàn)從事無(wú)損檢測(cè)的人員大都是從其它崗位等轉(zhuǎn)崗而來(lái)，因此，他們沒(méi)有學(xué)習(xí)系統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)課程，加之專業(yè)的特點(diǎn)和學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的原因，在校學(xué)生對(duì)本專業(yè)課程知識(shí)和內(nèi)容非常的貧乏和陌生。傳統(tǒng)的教學(xué)是“講授+板書(shū)”方式，學(xué)生大都對(duì)課程不感興趣，即使現(xiàn)在引進(jìn)多媒體教學(xué)方式，學(xué)生也只能抽象的思考學(xué)，對(duì)實(shí)踐中的情況一無(wú)所知。也就達(dá)不到理想的教學(xué)效果。最終的后果是，大部分的學(xué)生畢業(yè)進(jìn)入崗位后連最常見(jiàn)的工作設(shè)備、零件不認(rèn)識(shí)，最基本的工作步驟不會(huì)操作，達(dá)不到企業(yè)最起碼的工作要求，因此，培養(yǎng)出適合企業(yè)需要的一線的優(yōu)秀的無(wú)損檢測(cè)專業(yè)操作人才就是當(dāng)前這個(gè)專業(yè)的重點(diǎn)，通過(guò)課程規(guī)劃的制定和實(shí)施，能夠培養(yǎng)出合格的，生產(chǎn)企業(yè)要求的一線技術(shù)人員。
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【關(guān)鍵詞】超聲檢測(cè)；船舶；超聲相控陣；TOFD
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及中國(guó)造船業(yè)在世界船業(yè)界的崛起，造船工藝也在不斷地進(jìn)步。船體構(gòu)件的連接，幾乎全部采用了焊接，焊接接頭的質(zhì)量好壞，將直接影響到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的安全性。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在船舶工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，技術(shù)要求也越來(lái)越高，成為產(chǎn)品質(zhì)量管理的重要手段。焊接質(zhì)量的高低直接影響了船舶修造的質(zhì)量與安全，作為現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)人員來(lái)說(shuō)，對(duì)船舶焊接的檢驗(yàn)必須高度重視。通過(guò)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，把焊接缺陷限制在一定的范圍內(nèi)，以確保船舶航行安全和水上人命財(cái)產(chǎn)安全。本文主要介紹在船舶焊縫無(wú)損檢測(cè)中的超聲檢測(cè)的應(yīng)用及其新發(fā)展。
1.焊縫主要缺陷形式及檢驗(yàn)方法
焊接缺陷的種類較多，按其在焊縫中的位置不同，可分為外部缺陷和內(nèi)部缺陷。常見(jiàn)的焊接內(nèi)部缺陷有：氣孔、夾渣、焊接裂紋、未熔合與未焊透等。根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)要求和有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，焊接質(zhì)量檢驗(yàn)可采用無(wú)損檢測(cè)和破壞檢驗(yàn)兩類。在船舶建造和檢驗(yàn)中無(wú)損檢測(cè)已經(jīng)成為船廠船東和驗(yàn)船師保證船舶質(zhì)和設(shè)備安全運(yùn)行的重要手段。CCS《鋼制海船入級(jí)規(guī)范》（2006）及《材料與焊接規(guī)范》（2006）對(duì)無(wú)損檢驗(yàn)有大量涉及[1]。船舶無(wú)損檢測(cè)的特點(diǎn)是：檢測(cè)對(duì)象復(fù)雜（各部分焊接結(jié)構(gòu)的載荷特性、應(yīng)力狀態(tài)、焊縫形式及等級(jí)多樣），檢測(cè)量大（一條萬(wàn)噸級(jí)船焊縫測(cè)量就在1萬(wàn)m以上）及檢測(cè)條件差（90%以上檢測(cè)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行）[2]。
無(wú)損檢驗(yàn)方法常見(jiàn)的有外觀檢查、密性試驗(yàn)和無(wú)損探傷等。無(wú)損探傷有射線檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、渦流檢測(cè)等方法。每種檢測(cè)方法都有其各自的應(yīng)用領(lǐng)域，超聲波檢測(cè)最主要針對(duì)焊縫內(nèi)部缺陷的檢測(cè)。
2.焊縫超聲檢測(cè)技術(shù)
聲波頻率在16Hz～20kHz為人的聽(tīng)覺(jué)范圍；頻率小于l6Hz的聲波稱為次聲波；頻率超過(guò)20kHz的聲波稱為超聲波。超聲波具有頻率高、波長(zhǎng)短、傳播能量大、穿透力強(qiáng)、指向性好的特點(diǎn)。超聲波在均勻介質(zhì)中沿直線傳播，遇到界面時(shí)發(fā)生反射和折射，并且可以在任何彈性介質(zhì) （固體、液體和氣體）中傳播。
超聲波探傷是利用超聲波在物體中的傳播、反射和衰減等物理特性來(lái)發(fā)現(xiàn)缺陷的一種探傷方法。按其工作原理可分為脈沖反射法、穿透法和共振法超聲波探傷等。船舶焊接檢驗(yàn)常用脈沖反射法超聲波探傷儀[2]。
脈沖反射波法是利用脈沖發(fā)生器發(fā)出的電脈沖激勵(lì)探頭晶體產(chǎn)生超聲脈沖波。超聲波以一定的速度向零件內(nèi)部傳播，遇到缺陷的波發(fā)生反射，得到缺陷波，其余的波則繼續(xù)傳播至零件底面后發(fā)生反射，得到底波。探頭接收發(fā)射波、缺陷波和底波，放大后顯示在熒光屏上。由發(fā)射波、缺陷波和底波在時(shí)間基線上的位置求出零件內(nèi)缺陷的部位。依缺陷波的幅度判斷缺陷的大小，具體方法有當(dāng)及量法、定量法等。對(duì)于缺陷的性質(zhì)則主要依缺陷波的形狀和變化，結(jié)合零件的冶金、焊接或毛坯鑄、鍛工藝特點(diǎn)，以及參照缺陷圖譜和探傷人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷。
超聲波探傷的特點(diǎn)：超聲波探傷迅速，靈敏度高，可探測(cè)5～3000mm厚的金屬或非金屬材料的構(gòu)件，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活、方便，探測(cè)范圍廣，對(duì)人體無(wú)害。但對(duì)零件表面粗糙度有一定要求，一般要求粗糙度等級(jí)高于Ra6.3um，表面清潔、光滑，與探頭接觸良好。由于零件表面一段距離內(nèi)的缺陷波與初始波難于以分辨，難以探測(cè)缺陷，所以這段距離稱為盲區(qū)。盲區(qū)的大小因超聲波探傷儀不同而異，一般為5～7mm。超聲波探傷中對(duì)缺陷種類和性質(zhì)的識(shí)別較為困難，需借助一定的方法和技術(shù)[3]。
3.焊縫超聲檢測(cè)技術(shù)的新進(jìn)展
超聲相控陣技術(shù)是通過(guò)控制各個(gè)獨(dú)立陣元的延時(shí)，可生成不同指向性的超聲波波束，產(chǎn)生不同形式的聲束效果，可以模擬各種斜聚焦探頭的工作，并且可以電子掃描和動(dòng)態(tài)聚焦，無(wú)需或少移動(dòng)探頭，檢測(cè)速度快，探頭放在一個(gè)位置就可以生成被檢測(cè)物體的完整圖像，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)掃查，且可檢測(cè)復(fù)雜形狀的物體，克服了常規(guī)A型超聲脈沖法的一些局限[4]。
與常規(guī)超聲波檢測(cè)設(shè)備比較，超聲相控陣檢測(cè)設(shè)備具有如下一些特點(diǎn)：
（1）檢測(cè)速度快。
（2）使用靈活。
（3）檢測(cè)可靠。
（4）功能強(qiáng)大。
（5）操作簡(jiǎn)便。
TOFD技術(shù)是超聲波檢測(cè)的一種新技術(shù)，其中文名稱是超聲波衍射時(shí)差法，TOFD是英文“Time Of Flight Diffraction”的縮寫(xiě)。TOFD技術(shù)具有快速高效、高精度、高可靠性的特點(diǎn)，并且能形成統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，有利于保障產(chǎn)品發(fā)展和質(zhì)量安全，因此被廣泛地應(yīng)用于鍋爐、壓力容器、管道等的焊縫檢測(cè)中，近年來(lái)世界各先進(jìn)國(guó)家都紛紛出臺(tái)了TOFD的國(guó)家檢測(cè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)核電、壓力容器等領(lǐng)域都對(duì)此開(kāi)展了積極研究，2009年底，參照歐盟的標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)也頒布了相應(yīng)的TOFD技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[5]。
TOFD技術(shù)的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在：
（1）一次掃查幾乎能夠覆蓋整個(gè)焊縫區(qū)域（除上下表面盲區(qū)），可以實(shí)現(xiàn)非常高的檢測(cè)速度；（2）可靠性要好，對(duì)于焊縫中部缺陷檢出率很高；（3）能夠發(fā)現(xiàn)各種類型的缺陷，對(duì)缺陷的走向不敏感；（4）可以識(shí)別向表面延伸的缺陷；（5）采用D-掃描成像，缺陷判讀更加直觀；（6）對(duì)缺陷垂直方向的定量和定位非常準(zhǔn)確，精度誤差小于1mm；（7）和脈沖反射法相結(jié)合時(shí)檢測(cè)效果更好，覆蓋率100%。
目前，我國(guó)已將超聲相控陣和TOFD技術(shù)研發(fā)成果成功用在了在役船舶、在役海洋平臺(tái)等大型鋼結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料的檢測(cè)中，成功解決了常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法無(wú)法解決的技術(shù)難題，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
4.結(jié)論
目前在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)展最快適用較廣的技術(shù)是超聲波自動(dòng)檢測(cè)，該技術(shù)可應(yīng)用在船舶制造中焊接工藝的各個(gè)階段，并且對(duì)人員無(wú)輻射危害，成本低、靈敏度高、時(shí)實(shí)顯示、使用方便。隨著超聲技術(shù)的進(jìn)步，目前超聲相控陣和TOFD技術(shù)也在船舶焊縫無(wú)損檢測(cè)中得到了應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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[關(guān)鍵詞]超聲波無(wú)損檢測(cè)混凝土構(gòu)件缺陷
中圖分類號(hào):TU19文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)1120125-04
一、引言
混凝土構(gòu)件在制作或使用過(guò)程中,經(jīng)常因?yàn)楣芾聿簧苹蚴墉h(huán)境及自然災(zāi)害的影響,其內(nèi)部可能出現(xiàn)不密實(shí)、裂縫或空洞區(qū),其外部可能形成蜂窩麻面或損傷層等缺陷。這些缺陷的存在會(huì)嚴(yán)重影響構(gòu)件的承載力和耐久性[1],采用有效方法查明混凝土缺陷的性質(zhì)、位置及范圍,以便進(jìn)行技術(shù)處理,是工程建設(shè)中的一個(gè)重要內(nèi)容。目前,在檢測(cè)混凝土構(gòu)件的缺陷方面,超聲無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用比較廣泛。其主要方法是:首先測(cè)出超聲波在混凝土構(gòu)件各段的傳播速度,再比較所測(cè)速度值的差異,找出有突變的地方,進(jìn)行分析,從而判斷缺陷的形態(tài)、范圍等;有時(shí)也結(jié)合超聲波振幅的變化來(lái)考查缺陷狀況,但目前使用還不廣泛[2,3]。在實(shí)際應(yīng)用中,超聲波在混凝土構(gòu)件中的傳播速度受水泥用量、水灰比、混凝土齡期和養(yǎng)護(hù)方法、構(gòu)件尺寸、鋼筋分布、以及骨料品種、料徑、含量等多種因素的影響;同時(shí),測(cè)量振幅也不可避免地受到耦合狀態(tài)、鋼筋、水分等因素的干擾。如果用單一參數(shù)的變化來(lái)檢測(cè)混凝土構(gòu)件中的缺陷,勢(shì)必存在很大的局限性,可能會(huì)影響判斷的精度。
為了在混凝土構(gòu)件超聲無(wú)損檢測(cè)中更準(zhǔn)確地判斷有無(wú)缺陷,以及缺陷的性質(zhì)、位置、范圍等,盡可能地消除因干擾因素的存在而引起的誤判、漏判,應(yīng)該對(duì)超聲波通過(guò)混凝土構(gòu)件缺陷部位后其運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化作定量地分析、研究,為此,本文利用超聲模型實(shí)驗(yàn)方法[4,5],觀測(cè)超聲波通過(guò)有裂縫的混凝土構(gòu)件模型時(shí)其速度、振幅、頻率、波形等多個(gè)參數(shù)的變化,分析和研究這些參數(shù)的變化規(guī)律及其物理機(jī)制,為超聲無(wú)損檢測(cè)中綜合利用超聲波多種參數(shù)確定混凝土構(gòu)件缺陷提供重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
二、儀器和模型
實(shí)驗(yàn)所用的儀器是中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所制造的RSM-SY5型智能聲波檢測(cè)儀,儀器配有該研究所智能儀器研究室開(kāi)發(fā)的RSMSY5聲波檢測(cè)儀通用性操作軟件,其工作平臺(tái)為WINDOWS95及其以上版本,它能很好地實(shí)現(xiàn)儀器硬件系統(tǒng)各項(xiàng)性能,并可實(shí)時(shí)讀取到時(shí)、聲速、聲幅、一發(fā)雙收聲速、主頻、彈性模量、強(qiáng)度等參數(shù),能快速進(jìn)行頻譜分析,實(shí)時(shí)顯示加余弦窗的可細(xì)化功率譜。具有處理速度快、自動(dòng)化程度好、測(cè)量精度較高的特點(diǎn)。
測(cè)試中所用的發(fā)射換能器和接收換能器的主頻為150kHz,用凡士林作為耦合劑。
模型材料為混凝土,用水泥、沙子、碎石等原料按一定質(zhì)量比配制而成,其中水泥為325#硅酸鹽水泥,沙的粒徑約為0.35-0.5mm,碎石的粒徑約為5-20mm,水泥、沙子、碎石的質(zhì)量比為:1:1.5:1.5。
制作了無(wú)鋼筋和有鋼筋兩種模型,預(yù)制了典型的缺陷――裂縫,兩種模型編號(hào)分別為1#和2#(見(jiàn)圖1(a),(b))。
其中,1#模型密實(shí)度稍差,無(wú)鋼筋骨架,有兩道裂縫,裂縫貫穿模型橫斷面,間隙較小,裂縫兩側(cè)面混凝土有部分處于接觸狀態(tài);2#模型密實(shí)度較好,有鋼筋骨架,只有一道裂縫,裂縫間隙較大,約1.5cm,裂縫處僅鋼筋相連,混凝土部分無(wú)任何接觸。
兩種模型類型不同,可用于模擬無(wú)鋼筋混凝土和鋼筋混凝土兩種不同構(gòu)件;而缺陷差異較大,便于通過(guò)對(duì)比得到定量的結(jié)論。
三、原理和方法
(一)原理
超聲波在混凝土構(gòu)件中傳播時(shí),其速度與混凝土的密實(shí)程度有直接關(guān)系,對(duì)于原材料、配合比、齡期等相同的混凝土構(gòu)件來(lái)說(shuō),一般速度高則混凝土密實(shí),反之則混凝土不密實(shí)。此外,當(dāng)混凝土構(gòu)件中存在空洞或裂縫時(shí),便破壞了混凝土的整體性,此時(shí),超聲波只能繞過(guò)空洞或裂縫傳播,致使傳播距離增大,使測(cè)得的視速度降低。
其次,由于空氣的波阻抗遠(yuǎn)小于混凝土的波阻抗,故混凝土構(gòu)件中的蜂窩、空洞、裂縫等缺陷處便構(gòu)成了強(qiáng)反射界面,當(dāng)超聲波在混凝土構(gòu)件中傳播時(shí),遇到蜂窩、空洞、裂縫等缺陷時(shí),極易在缺陷界面處發(fā)生反射或散射,使超聲波能量衰減,且其中頻率高的部分衰減更快,因此接收到的超聲波振幅減小、頻率降低。經(jīng)缺陷界面?zhèn)鞑サ姆瓷洳ɑ蛏⑸洳ㄅc直達(dá)波之間存在一定的相位差,疊加后相互干擾,使接收到的超聲波波形發(fā)生畸變[6]。
據(jù)此,可以利用超聲波在混凝土構(gòu)件中傳播時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)量值,對(duì)照正常混凝土構(gòu)件中超聲波各參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量值,進(jìn)行比較與綜合分析,并盡量消除各種已知干擾,有望較為準(zhǔn)確地判斷是否存在缺陷,并進(jìn)而確定缺陷的性質(zhì)、位置、范圍等。
(二)方法
1.兩種模型測(cè)線的布置均采用相對(duì)斜測(cè)法(見(jiàn)圖2),即在模型的相對(duì)兩個(gè)側(cè)面上分別布置發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn),形成一組未過(guò)裂縫的測(cè)線與另一組通過(guò)裂縫的測(cè)線,測(cè)線與模型兩側(cè)面成一定角度斜交。1#模型的測(cè)線距離為13.24cm,2#模型的測(cè)線距離為14.28cm。
測(cè)線斜向布置能保證每一條測(cè)線(不論是否過(guò)裂縫)的測(cè)試條件基本一致,使測(cè)試結(jié)果具有重復(fù)性與可比性。
1#模型分別布置4條未過(guò)裂縫的測(cè)線與4條通過(guò)裂縫的測(cè)線,在每條測(cè)線上重復(fù)測(cè)試5次;2#模型分別布置5條未過(guò)裂縫的測(cè)線與5條通過(guò)裂縫的測(cè)線,同樣在每條測(cè)線上重復(fù)測(cè)試5次。即每一組分別進(jìn)行20-25次測(cè)試,最后取算術(shù)平均值作為該組的測(cè)試值。這樣可以保證測(cè)試結(jié)果具有良好的重復(fù)性,同時(shí)能夠減小測(cè)試中由于觀測(cè)誤差及耦合不良等因素造成的影響。
2.測(cè)試前首先測(cè)定儀器系統(tǒng)的走時(shí)校正值和振幅校正值。將發(fā)射換能器與接收換能器涂上耦合劑后對(duì)接,讀取初至波走時(shí)為5μs,此時(shí)段即為系統(tǒng)的零時(shí)(走時(shí)校正值),測(cè)試中讀取超聲波走時(shí)須扣除此值。然后調(diào)整設(shè)置:采樣點(diǎn)數(shù)為8192點(diǎn),采樣間隔為0.1μs,增益為100,在此條件下進(jìn)行空接收,將波形進(jìn)行多次加權(quán)疊加,在所采的整個(gè)波列上隨機(jī)讀取50個(gè)振幅值,取其平均值作為振幅的修正值,在本實(shí)驗(yàn)中所測(cè)振幅應(yīng)加校正值0.114mv,即為振幅測(cè)試結(jié)果。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,儀器的設(shè)置狀態(tài)為:觸發(fā)閾值:20mv,增益:100,采樣點(diǎn)數(shù):2048,采樣間隔:0.4μs,脈寬:40μs。為便于識(shí)別初至波,在測(cè)試過(guò)程中,將波形進(jìn)行多次加權(quán)疊加,并將采樣時(shí)間延遲設(shè)為29.2μs。
3.由于該儀器自動(dòng)進(jìn)行頻譜分析的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不少于512個(gè)采樣點(diǎn),如果利用儀器對(duì)波列自動(dòng)進(jìn)行頻譜分析,則所得到的頻譜是多個(gè)震相疊加所形成的波形的頻譜,不能表征單一震相的動(dòng)力學(xué)特征,因此在實(shí)驗(yàn)中對(duì)所選震相采用人工讀取振幅值和周期值的方式。上述測(cè)線布置方式接收到的初至波為直達(dá)P波,由于初至波的走時(shí)、振幅和周期測(cè)試較為精確,故本實(shí)驗(yàn)選取直達(dá)P波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)作為測(cè)試參數(shù);且由于測(cè)線距離較短,直達(dá)S波緊跟直達(dá)P波之后,因此只讀取直達(dá)P波的第一個(gè)振幅值和第一個(gè)周期值。
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直達(dá)P波的頻率值由公式f=1/T求得(其中:T為周期,f為頻率);速度值則由公式V=L/t求得(其中:L為距離,t為走時(shí),V為速度)。
振幅本是一個(gè)無(wú)量綱的量,所用RSM-SY5型智能聲波檢測(cè)儀中以電壓值mv表征振幅大小,因此本文涉及的振幅測(cè)試值也標(biāo)以mv的量綱。
四、結(jié)果與分析
按上述測(cè)線布置方式及測(cè)試方法,對(duì)兩種模型進(jìn)行超聲波透射測(cè)試,得到兩種模型未過(guò)裂縫與通過(guò)裂縫后直達(dá)P波的速度、振幅、頻率測(cè)試值。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)畫(huà)出兩種模型未過(guò)裂縫與通過(guò)裂縫的速度、振幅、頻率測(cè)試曲線圖(見(jiàn)圖3、圖4、圖5)。此外還選取了超聲波未過(guò)裂縫與通過(guò)裂縫的波形圖(見(jiàn)圖6、圖7)。以下列出實(shí)驗(yàn)結(jié)果并做出相應(yīng)分析。
(一)混凝土構(gòu)件裂縫對(duì)超聲波速度的影響
見(jiàn)表1、表2和圖3。1#模型和2#模型有一個(gè)共同的現(xiàn)象,即未過(guò)裂縫的速度測(cè)試值對(duì)于平均值的偏差較小,約在±5%以內(nèi),而通過(guò)裂縫后的速度測(cè)試值對(duì)于平均值的偏差則較大,約為±15%-20%。這一現(xiàn)象表明,混凝土構(gòu)件中的裂縫會(huì)引起超聲波速度測(cè)試值的較大波動(dòng)。從物理機(jī)制來(lái)看,可能是由于裂縫(缺陷)的不均勻?qū)е铝瞬ㄍㄟ^(guò)不同測(cè)線時(shí)在裂縫界面處發(fā)生的反射或散射是不相同的,對(duì)初至波到時(shí)形成一定影響,從而造成相鄰測(cè)線速度值的較大波動(dòng)。這可以作為混凝土構(gòu)件中是否存在裂縫(缺陷)的判據(jù)之一。
兩種模型的速度測(cè)試數(shù)據(jù)還表現(xiàn)出一定的差異。1#模型中,未過(guò)裂縫的速度平均值為2692m/s,通過(guò)裂縫后的速度平均值為2224m/s,過(guò)縫后的速度值約為未過(guò)縫速度值的83%,相差不是太大;同時(shí)在某些測(cè)線上,過(guò)縫的速度值接近不過(guò)縫的速度值。這是由于該模型裂縫間隙較小,對(duì)于通過(guò)的波走時(shí)的影響較小,所引起的波速變化(降低)不很顯著。
又因?yàn)榱芽p兩側(cè)面混凝土有部分處于接觸狀態(tài),通過(guò)此處的超聲波走時(shí)幾乎沒(méi)有受到影響,故其速度值接近不過(guò)縫的速度值。結(jié)果表明:對(duì)混凝土構(gòu)件缺陷的超聲檢測(cè)中,速度參數(shù)對(duì)微小裂隙不敏感。
2#模型中,未過(guò)裂縫的速度平均值為3670m/s,通過(guò)裂縫后的速度平均值為1999m/s,后者約為前者的54%,相差很大。這主要是由于該模型的裂縫較寬,約為1.5cm,而測(cè)線的斜向布置,使得測(cè)線段內(nèi)的裂縫更寬,造成了波速明顯降低。表明混凝土構(gòu)件中的較大缺陷會(huì)引起超聲波速度值的顯著下降。
比較兩種模型未過(guò)裂縫的速度測(cè)試值,可見(jiàn)2#模型是大大高于1#模型的,表明2#模型的混凝土比1#模型的混凝土更為致密[7]。
(二)混凝土構(gòu)件裂縫對(duì)超聲波振幅的影響
見(jiàn)表1、表2和圖4。1#模型未過(guò)裂縫的振幅平均值為4.73mv,通過(guò)裂縫后的振幅平均值為0.08mv,過(guò)縫后振幅(能量)衰減非常大,僅為不過(guò)縫的振幅值的1.69%;2#模型未過(guò)裂縫的振幅平均值為2.71mv,通過(guò)裂縫后的振幅平均值為0.13mv,過(guò)縫后振幅(能量)衰減也非常大,僅為不過(guò)縫的振幅值的4.80%。從兩種模型過(guò)縫與不過(guò)縫的觀測(cè)數(shù)據(jù)可知,無(wú)論裂縫的寬度如何,超聲波通過(guò)裂縫后能量均有很大的衰減,過(guò)縫后超聲波的振幅值與未過(guò)縫的振幅值有非常明顯的區(qū)別?？偟膩?lái)說(shuō),超聲波的振幅參數(shù)對(duì)混凝土構(gòu)件中的裂縫是比較敏感的,在保證耦合良好和測(cè)試條件基本一致時(shí),振幅值可作為判斷有無(wú)裂縫(缺陷)的重要參數(shù)。
由圖可見(jiàn),兩種模型中未過(guò)裂縫的振幅測(cè)試值對(duì)于平均值的偏差約為±20%,而通過(guò)裂縫后的振幅測(cè)試值對(duì)于平均值的偏差約為±30%,均較大,估計(jì)這是由于每一次測(cè)試的耦合及測(cè)試條件的差異所導(dǎo)致的。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),耦合得稍差,接收到的超聲波的振幅就明顯減小,因此在測(cè)試振幅參數(shù)時(shí)保證耦合較好和測(cè)試條件基本一致是至關(guān)重要的。同時(shí)也提示了在測(cè)試振幅數(shù)據(jù)時(shí),對(duì)同一點(diǎn)做多次測(cè)試的必要性。
前面對(duì)速度測(cè)試值的分析中談到,2#模型的速度值大大高于1#模型,表明2#模型的混凝土比1#模型的混凝土更為致密。從理論上來(lái)說(shuō),當(dāng)超聲波經(jīng)過(guò)介質(zhì)時(shí),介質(zhì)越疏松,能量的衰減就越快,也就是說(shuō),兩種模型未過(guò)裂縫的振幅值,應(yīng)該是2#模型高于1#模型。然而實(shí)驗(yàn)結(jié)果恰恰相反,2#模型未過(guò)裂縫的振幅平均值為2.71mv,而1#模型未過(guò)裂縫的振幅平均值為4.73mv,前者僅為后者的57%,為了驗(yàn)證結(jié)果的可靠性,對(duì)這一部分進(jìn)行了反復(fù)測(cè)試,證明了測(cè)試數(shù)據(jù)具有重復(fù)性。對(duì)這一現(xiàn)象,一種可能的解釋是:在測(cè)線布置上,2#模型測(cè)線的偏斜角度更大一些,由于發(fā)射換能器的能量主要集中于軸向方向,測(cè)線的偏斜角度大會(huì)使得接收能量損失較大;而更主要的原因可能是兩種混凝土構(gòu)件差異較大,在這一個(gè)問(wèn)題上不具有可比性,也許要有兩件材質(zhì)、尺寸完全一樣,僅僅存在疏、密差異的試件進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),才能給出正確結(jié)論。這已經(jīng)超出了本文的范圍,故僅作上述討論。
還有一個(gè)現(xiàn)象,前已列出:1#模型過(guò)縫后的振幅值降低為不過(guò)縫的1.69%;2#模型過(guò)縫后的振幅值降低為不過(guò)縫的4.80%。2#模型裂縫較寬,按理振幅值降低應(yīng)該更大一些,實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻相反,分析認(rèn)為,2#模型裂縫處有鋼筋相連,超聲波部分能量可通過(guò)鋼筋傳遞,故其衰減稍小一些。
(三)混凝土構(gòu)件裂縫對(duì)超聲波頻率的影響
見(jiàn)圖5。1#模型未過(guò)裂縫的頻率平均值為80.1kHz,通過(guò)裂縫后的頻率平均值為52.1kHz,過(guò)縫后頻率值為不過(guò)縫頻率值的65%;2#模型未過(guò)裂縫的頻率平均值為78.0kHz,通過(guò)裂縫后的頻率平均值為60.8kHz,過(guò)縫后頻率值為不過(guò)縫頻率值的78%。說(shuō)明通過(guò)裂縫后,超聲波的頻率值有所降低,這是符合波傳播理論的。令人疑惑的是,2#模型裂縫較寬,然而與1#模型相比,頻率值的降低卻較少。這可能是因?yàn)?#模型裂縫處有鋼筋相連,而1#模型裂縫處完全是空氣間隙,因此2#模型過(guò)縫后頻率值降低較少。
由圖可見(jiàn),1#模型中未過(guò)裂縫與通過(guò)裂縫的頻率測(cè)試值對(duì)于平均值的偏差均約為±20%;2#模型中未過(guò)裂縫與通過(guò)裂縫的頻率測(cè)試值對(duì)于平均值的偏差約為±12%-14%,均較大。估計(jì)一方面這是由于每一次測(cè)試條件的差異所導(dǎo)致;另一方面,測(cè)試周期時(shí)讀取的是直達(dá)P波的第一個(gè)周期,有時(shí)在此時(shí)段內(nèi)還有其它后續(xù)震相(如直達(dá)S波)存在,二者迭加致使波形發(fā)生畸變,可能會(huì)影響所讀取周期的精度,致使頻率測(cè)試值波動(dòng)較大。
結(jié)果表明:超聲波通過(guò)裂縫后頻率值有所降低,但降低幅度不是很大,即頻率參數(shù)用于檢測(cè)混凝土構(gòu)件裂縫(缺陷)的敏感度不高;尤其當(dāng)測(cè)距較短時(shí),續(xù)至波與初至波迭加在一起,會(huì)影響頻率測(cè)試值的精度。因此在對(duì)混凝土構(gòu)件缺陷進(jìn)行超聲檢測(cè)時(shí),頻率參數(shù)只能作為一個(gè)參考因素,同時(shí)在檢測(cè)時(shí)應(yīng)保證測(cè)試條件基本一致,盡可能降低測(cè)試誤差,才能提高結(jié)果的可信度。
(四)混凝土構(gòu)件裂縫對(duì)超聲波波形的影響
實(shí)驗(yàn)中,分別在未過(guò)裂縫和通過(guò)裂縫的測(cè)線上,以0.4μs的采樣間隔、采集2048點(diǎn)繪制波形圖,波形時(shí)段約820μs(見(jiàn)圖6)。對(duì)兩種波形進(jìn)行對(duì)比和分析:
1#模型:未過(guò)裂縫時(shí),可較準(zhǔn)確地區(qū)分出直達(dá)P波(初至波)和直達(dá)S波(續(xù)至波);波列的振幅有明顯衰減的趨勢(shì),400μs后波列振幅明顯減小、周期顯著增大;整段波形較規(guī)則、平滑。通過(guò)裂縫后,無(wú)明顯的直達(dá)S波;整段波列上,有一個(gè)很大周期的基波,不同震相的波列疊加其上,波形很不規(guī)則。
2#模型:未過(guò)裂縫時(shí),也可較準(zhǔn)確地區(qū)分出直達(dá)P波(初至波)和直達(dá)S波(續(xù)至波);波列的振幅有明顯衰減的趨勢(shì),300μs后波列振幅明顯減小、周期顯著增大;可看出整段波形同樣較規(guī)則、平滑。通過(guò)裂縫后,無(wú)明顯的直達(dá)S波;波列振幅無(wú)衰減趨勢(shì);整段波形很不規(guī)則,有許多拐點(diǎn),似乎疊加了許多散射與多次反射震相。
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為觀察更長(zhǎng)時(shí)段波列的變化,分別在未過(guò)裂縫和通過(guò)裂縫的測(cè)線上,以0.4μs的采樣間隔、采集8192點(diǎn)繪制波形圖,波形時(shí)段約3280μs(見(jiàn)圖7)。
由于波形密集,無(wú)法看清細(xì)節(jié)的差異,但總體的差異,卻更明顯了。由圖可看出未過(guò)裂縫時(shí),波列振幅明顯衰減;通過(guò)裂縫后,1#模型有一個(gè)很大周期的波列(約為1000μs),
2#模型的波列振幅無(wú)明顯衰減趨勢(shì)。這與上述觀測(cè)現(xiàn)象是一致的。
波形無(wú)法定量觀測(cè),但波形圖的明顯差異,能夠提供檢測(cè)中判斷缺陷的重要信息。未過(guò)裂縫時(shí),超聲波經(jīng)過(guò)均勻介質(zhì),震相較簡(jiǎn)單,波形較規(guī)則,波列振幅衰減較快。經(jīng)過(guò)裂縫后,超聲波在裂縫處會(huì)發(fā)生多次反射、散射、繞射等,眾多震相疊加,使得波形極不規(guī)則;而缺陷的存在,則使得波列振幅衰減很慢;過(guò)縫后無(wú)明顯的直達(dá)S波,是由于裂縫中存在空氣,而S波無(wú)法在液態(tài)或氣態(tài)介質(zhì)中傳播的原因;1#模型過(guò)縫后出現(xiàn)很大周期的波列,是用于判斷缺陷的重要依據(jù),2#模型過(guò)縫后并沒(méi)有出現(xiàn)這樣一個(gè)大周期波列,可能是因?yàn)榱芽p處有鋼筋相連的緣故。
五、結(jié)論與討論
1.對(duì)混凝土構(gòu)件進(jìn)行超聲無(wú)損檢測(cè)時(shí),超聲波的振幅參數(shù)對(duì)混凝土構(gòu)件中的裂縫是最為敏感的,本文實(shí)驗(yàn)得到,通過(guò)裂縫后振幅(能量)衰減極大,僅為未過(guò)裂縫振幅值的1.69%-4.80%。換能器與試件耦合不好對(duì)振幅值的影響較大,在測(cè)試振幅參數(shù)時(shí)保證耦合良好和一致是至關(guān)重要的。在耦合良好和測(cè)試條件基本一致時(shí),振幅值的大幅衰減可作為判斷混凝土構(gòu)件存在裂縫(缺陷)的主要依據(jù)。
2.對(duì)混凝土構(gòu)件的超聲檢測(cè)中,超聲波的速度參數(shù)對(duì)微小裂隙是不敏感的;缺陷較大則會(huì)引起速度值的顯著下降。本文實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)裂縫較寬時(shí),通過(guò)裂縫后速度大幅下降,為未過(guò)裂縫速度值的54%?；炷翗?gòu)件中的裂縫會(huì)引起超聲波速度測(cè)試值的較大波動(dòng),達(dá)到±15%-20%,可作為混凝土構(gòu)件存在裂縫(缺陷)的判據(jù)之一。
3.超聲波通過(guò)裂縫后,頻率值有所降低,但幅度不是很大,約為未過(guò)裂縫頻率值的65%-78%,即頻率參數(shù)用于檢測(cè)混凝土構(gòu)件裂縫(缺陷)不夠敏感。當(dāng)測(cè)距較短時(shí),續(xù)至波與初至波迭加在一起,對(duì)頻率值的測(cè)試精度影響較大。因此對(duì)混凝土構(gòu)件缺陷進(jìn)行超聲檢測(cè)時(shí),頻率變化只能作為一個(gè)參考因素;在檢測(cè)時(shí)應(yīng)保證測(cè)試條件基本一致,盡可能減小測(cè)試誤差。
4.超聲波通過(guò)裂縫與未過(guò)裂縫,波形存在明顯差異。未過(guò)裂縫時(shí),超聲波經(jīng)過(guò)均勻介質(zhì),震相較簡(jiǎn)單,波形較規(guī)則,波列振幅衰減較快。經(jīng)過(guò)裂縫后,超聲波在裂縫處發(fā)生多次反射、散射、繞射等,多個(gè)震相疊加造成波形不規(guī)則;缺陷的存在使得波列振幅衰減很慢;因裂縫中氣態(tài)介質(zhì)對(duì)S波的阻隔作用,波形中觀察不到明顯的直達(dá)S波;超聲波通過(guò)裂縫后有時(shí)會(huì)出現(xiàn)很大周期的波列,可作為判斷缺陷的重要依據(jù)。
5.混凝土構(gòu)件有多種類型,其內(nèi)部的缺陷也千差萬(wàn)別,在混凝土構(gòu)件缺陷的超聲無(wú)損檢測(cè)中,全面考察超聲波運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)各參數(shù)的變化,綜合分析其對(duì)應(yīng)的問(wèn)題,才能夠提高判斷的準(zhǔn)確性,避免誤判和漏判。
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【關(guān)鍵詞】頸動(dòng)脈粥樣硬化；腦梗死；彩色多普勒超聲
【中圖分類號(hào)】R743.3【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1004-5511（2012）06-0019-02
腦梗死是臨床常見(jiàn)和多發(fā)的腦血管缺血性疾病，頸動(dòng)脈粥樣硬化是腦梗死的重要危險(xiǎn)因素，它與腦梗死的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。本文對(duì)100例腦梗死患者頸動(dòng)脈進(jìn)行彩色多普勒超聲檢查，旨在探討彩色多普勒超聲在預(yù)測(cè)及治療腦梗死的意義。
1 資料與方法
1.1 一般資料 選擇我院2008年1月至2010年6月住院的腦梗死患者100例，所有患者診斷均符合全國(guó)第四屆腦血管會(huì)議制定的標(biāo)準(zhǔn)［1］，且均經(jīng)CT或MRI證實(shí)為腦梗死患者，其中男65例，女35例，年齡41-79歲，平均60.3歲。對(duì)照組為同期住院的非腦梗死患者80例，其中男50例，女30例，年齡38-72歲，平均53.8歲。
1.2 儀器與方法 采用PHILIPS-HD15彩色多普勒超聲診斷儀，探頭頻率10MHz?；颊呷⊙雠P位，充分暴露頸部，由頸根部沿長(zhǎng)軸及短軸依次檢查頸總動(dòng)脈及其分叉處，頸內(nèi)動(dòng)脈及頸外動(dòng)脈起始段，盡可能探查至頸部最高點(diǎn)，測(cè)量動(dòng)脈內(nèi)-中膜厚度及觀察斑塊大小、數(shù)量、部位、性質(zhì)和質(zhì)地等，①動(dòng)脈壁的內(nèi)-中膜厚度≤1.0mm為正常。②粥樣硬化：IMT為1.0-1.5mm。③斑塊：內(nèi)-中膜不均勻性、不連續(xù)性增厚，IMT≥1.5mm，并且局部隆起，向管腔內(nèi)突起，分為不穩(wěn)定性斑塊（軟斑和潰瘍斑）及穩(wěn)定性斑塊（扁平斑和硬斑）［2］，軟斑為斑塊突出于管腔，回聲強(qiáng)弱不均，表面光滑連續(xù)；潰瘍斑為斑塊較大，基底較寬，頂部出現(xiàn)凹陷，邊緣回聲較低；扁平斑為局部輕微隆起，增厚，內(nèi)膜光滑，呈均勻的低回聲；硬斑為斑塊呈強(qiáng)回聲，高低不平，后伴聲影。
2 結(jié)果
腦梗死組100例中，IMT為（1.26±0.17）mm，對(duì)照組80例中，IMT為（0.91±0.16）mm，腦梗死組IMT相比對(duì)照組顯著增厚。腦梗死組檢出頸動(dòng)脈斑塊79例，檢出率79%，對(duì)照組檢出頸動(dòng)脈斑塊28例，檢出率35%，兩組間有顯著差異（P
3 討論
近年來(lái)國(guó)內(nèi)研究證實(shí)，頸動(dòng)脈粥樣硬化是引起腦梗死的重要原因之一，頸動(dòng)脈硬化斑塊的形成及脫落又是引起腦梗死發(fā)病的危險(xiǎn)因素，其造成腦梗死的機(jī)理可能是：［1］、動(dòng)脈內(nèi)膜損傷或形成潰瘍后，膽固醇沉積于內(nèi)膜下層，引起血管壁脂肪透明變性，進(jìn)一步纖維增生，動(dòng)脈變薄、迂曲、血管厚薄不均，血小板以及纖維素等血中有形成分粘附、聚集、沉著，形成血栓，血栓逐漸擴(kuò)大，最終將動(dòng)脈完全阻塞，由于栓塞血管供血的局部腦組織因血管閉塞的快慢、部位及側(cè)支循環(huán)所提供代償?shù)某潭炔煌a(chǎn)生不同范圍、不同程度的梗死。［2］、動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的碎片脫落造成遠(yuǎn)端動(dòng)脈閉塞，可成為腦梗死的病因，國(guó)內(nèi)研究結(jié)果也支持這一觀點(diǎn)［3］。在動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中，內(nèi)膜是最早受累的部位，表現(xiàn)為內(nèi)-中膜增厚，繼而形成斑塊，斑塊好發(fā)于頸總動(dòng)脈分叉處，這與頸動(dòng)脈解剖結(jié)構(gòu)及血流動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)有關(guān)，此處血流態(tài)更易出現(xiàn)紊亂及渦流，流速減慢，使得血液中脂質(zhì)等物質(zhì)更易在此形成斑塊。當(dāng)管壁應(yīng)力增大易造成富有脂質(zhì)斑塊破裂，暴露的脂質(zhì)或膠原一旦激活血小板，便啟動(dòng)凝血系統(tǒng)，形成血栓或發(fā)生出血、潰瘍、斑塊脫落等，造成腦梗死的發(fā)生［4］。本組結(jié)果顯示腦梗死患者的IMT厚度及斑塊的檢出率均高于對(duì)照組，說(shuō)明頸動(dòng)脈IMT增厚及斑塊形成與腦梗死有明顯的關(guān)系，這與國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究［5-6］結(jié)果一致。近期研究認(rèn)為［7］，腦梗死的發(fā)生不僅與斑塊的形成有關(guān)，更重要的是與斑塊的不穩(wěn)定性類型密切相關(guān)，軟斑的主要成分是脂質(zhì)及巨噬細(xì)胞，其發(fā)展較快，在血流切應(yīng)力下很容易破潰形成潰瘍，潰瘍表面血栓形成或斑塊出血造成血管狹窄或閉塞，或發(fā)生栓子脫落形成栓塞。本組結(jié)果顯示腦梗死組中不穩(wěn)定性斑塊（軟斑及潰瘍斑）檢出率高于穩(wěn)定性斑塊，說(shuō)明不穩(wěn)定性斑塊是發(fā)生腦梗死最重要的危險(xiǎn)因素，可作為判斷和預(yù)測(cè)腦梗死發(fā)生的危險(xiǎn)標(biāo)記，因此斑塊的性質(zhì)更能夠反映出腦血管病變是否處于高危狀態(tài)，對(duì)腦梗死的起因和發(fā)展有一定的預(yù)測(cè)作用，對(duì)預(yù)防性治療有指導(dǎo)性作用。
綜上所述，頸動(dòng)脈粥樣硬化與腦梗死的發(fā)生密切相關(guān)，頸動(dòng)脈位置表淺，易于探測(cè)，超聲對(duì)血管顯示良好，相對(duì)于數(shù)字減影血管造影，多層面螺旋CT血管成像等，彩色多普勒超聲具有實(shí)時(shí)、快捷、經(jīng)濟(jì)、無(wú)創(chuàng)、方便、重復(fù)性好、診斷價(jià)值顯著等優(yōu)點(diǎn)，它不僅能提供血管解剖學(xué)方面的信息，還能提供血流動(dòng)力學(xué)方面的變化，不僅能對(duì)已發(fā)生腦梗死的患者提供可靠的診斷依據(jù)及選擇最佳的治療方案，而且對(duì)預(yù)后的估計(jì)也有參考價(jià)值，更對(duì)臨床未發(fā)病的患者起到預(yù)報(bào)的作用，對(duì)降低腦梗死的發(fā)病率及死亡率有重要的意義。
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