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摘要：近年来，随着技术的发展，焊接逐渐成为我国钢桥的主要连接形式，但是由于残余应力与应力集中的影响，焊接部位成为容易发生早期病害的薄弱环节，因此，有效可靠的焊接无损检测是钢结构桥梁质量检验与评定的关键环节。随着新建钢桥数量的不断增加，对于焊接无损检测的需求也不断提高。
关键词：超声波无损检测技术；发展；应用
引言
20世纪30年代，随着超声波技术逐渐向图像化、自动化以及数字化方向发展。20世纪40年代，随着超声波检测仪器的推出，超声波检测技术逐渐成为工业领域最常用的探伤检测技术之一。随着计算机信息技术的发展，现代成像技术、人工智能技术、传感技术以及神经网络技术在超声波检测中得到广泛应用，超声波检测技术逐渐向数字化、智能化方向发展，具体表现在，工业生产过程中超声波无损检测仪器可以对产品进行实时监控，识别并剔除生产过程中有缺陷的产品，提高产品生产质量和生产效率。
1 超声波无损检测技术的优点
与其他无损检测技术相比，超声波无损检测技术具有以下优点：①检测范围广，可以用于金属、非金属等复合材料构件的无损检测。②穿透力强。超声波检测技术可以穿透到物体内部进行缺陷检测，不仅可以检测1～2mm的薄壁管材，还可以检测几米厚的钢锻材。③可以精准定位检测物体缺陷位置，并对面积型缺陷的物件质量缺陷检出率高。④灵敏度高。超声波无损检测技术可以检测尺寸很小的物体缺陷，检测成本低，对人体和环境不会产生有害物。
2 超声波无损检测技术的发展与应用
2.1 超声波检测
超声波检测技术原理是探头向被测构件内部发射超声波脉冲，如果构件内部存在缺陷，由于声阻抗的不同，部分超声波将在缺陷界面发生反射并被探头接收，通过分析反射信号中的幅值与相位信息，就可以判断焊缝中缺陷的位置与大小。超声波检测技术优势在于可以实现焊缝内部缺陷的检测与定位。该技术对于面积型缺陷的检测效果较好，并且检测成本低、速度快。但是超声波检测技术也存在一定的局限性，检测结果不直观，缺陷的判读相对困难；缺陷的位置对检测结果有很大影响，对于表面或近表面缺陷检测效果较差；对于形状不规则的构件检测难度较大。
2.2 系统性能测试
调试中，选用虚拟串口软件对软件系统进行调试。使用虚拟串口软件对上位机增加两个虚拟串口，一个作为发送数据端口，另一个作为接收数据端口。因为实验中的AD转换芯片的频率为65MHz，所以数据发送的间隔设置为1/65M秒约为15ns。运行程序，发送端口接收到接收端口发来的连接成功提示，表示串口连接成功，开始向接收端口发送数据。数据来自对一块30mm厚钢板检测得到的回波数据，探头的中心频率为5MHz。从界面显示可以清晰看到底面回波波形。
2.3 磁粉探伤
磁粉探伤作为铁路车辆检修中运用最广泛的一种无损检测手段，检测对象包括轮对、车钩、构架、制动梁等重要走形部件。其工作原理是利用电磁场对检测工件进行磁化，工件表面及其附近存在缺陷时，会在其附近区域产生漏磁场，施加在工件表面的磁粉就会在此处聚集形成磁痕，显示铁磁性材料表面或近表面的不连续性和缺陷。作为一名磁粉探伤人员，是否能够正确判断磁痕极为重要，这直接影响探伤的准确性。磁粉探伤效果除受探伤工操作水平影响外，还会受到磁悬液浓度、探伤机性能等因素的影响。为保证探伤系统探伤结果的灵敏度，每天开工作业前以及作业结束后都需要完成系统综合性能校验。性能校验包括常规检查、磁悬液浓度检查和系统综合灵敏度试验。系统综合灵敏度试验采用A1型标准试片，粘贴试片时，试片刻槽面应与零部件表面密贴，“+”刻槽中应有一条刻槽与被探测零部件的中心线平行，用胶带沿试片四周呈“井”字形将试片粘贴牢固、平整，严禁胶带纸遮盖试片刻槽部位。
试片应粘贴在探伤部位磁场较弱或较易产生裂纹的部位。
2.4 车辆运行品质检测
车辆运行品质是车辆性能的重要评价指标。车辆运行品质最直接的体现是列车的振动，直接影响车辆运行平稳性、乘客乘坐舒适性以及列车运行安全。TPDS系统通过线路设置整体无砟轨道建立轨道测试平台，在轨枕与钢轨之间设置二维板式传感器，轨腰处设置不打孔剪力传感器，传感器采集列车通过测试平台时的振动数据，经过计算模型分析得出列车通过时两侧承受的垂向振动及横向振动，从而判定列车是否存在超载、偏载、踏面损伤等影响列车运行品质的缺陷。
2.5 超声波无损检测技术在铁路检修中的应用
铁路是我国交通基础设施，我国铁路运行里程达13万km。钢轨作为铁路运输的重要组成部分，由于运行距离远、客载负荷大，易出现侧磨、剥离掉块、腐蚀、垂直裂纹、周边裂纹等问题，影响到铁路运行的安全性。因此，铁路钢轨需要定期检测，但是传统的检测技术无法对铁路钢轨内部进行检测，无法发现内部存在的质量缺陷，将超声波无损检测技术应用于钢轨检测过程中，可以发现钢轨内部缺陷。将超声波检测仪器探头放在被检测钢轨的某一个检测面或探伤面，探头向被检测钢轨发射超声波信号，当超声波通过检测面进入到钢轨内部，如果钢轨内部存在缺陷或者裂缝，则会将超声波信号反射到探头接收器，接收器接收超声波信号后，发送到电脑端，电脑端将接收的缺陷信号和原有底波信号进行对比，根据超声波声程和探测过程的声程，可以将缺陷信号和底波进行分开，并通过超声波的试块对其进行定位，实现钢轨内部缺陷的定位和定量，快速找到钢轨内部缺陷位置和大小，及时对钢轨进行预防性检修，确保铁路运行的安全性和稳定性。
2.6 电磁超声（EMA）
电磁超声检测技术原理是电磁超声换能器采用电磁信号激励被检构件，在被检构件内部产生超声信号，超声信号在被检构件内传播后被电磁超声换能器接收并重新转换为电磁信号，通过信号分析与处理就可以得到被检构件内部缺陷信息。电磁超声波的激励和接收机制有三种，即电磁力机制、洛伦兹力机制和磁致伸缩力机制。与传统超声波检测技术相比，采用EMA技术检测时无需与被检工件表面接触，也无需声耦合剂。另外，由于EMA在特定条件下可激励产生表面波和板波，所以EMA检测技术还适用于焊缝表面缺陷检测。EMA检测技术也同样存在弊端，换能效率低，且仅可应用于具有良好导电性能的材料。
2.7 车轴的超声波检测
利用超声波检测车轴缺陷，首先需要确定检测对象是空心车轴还是实心车轴。检测对象为空心车轴时，可以将直探头伸入车轴中心通孔，通过一次扫查实现全面检测。检测对象为实心车轴时，分析得出车轴易发生疲劳缺陷的部位分布在应力较大的位置，如车轴轴颈根部、轮座镶入部外侧（10～30mm）和内侧（5～30mm），另外传动齿轮镶入部内外侧也是易产生疲劳裂纹的区域。若缺陷不易被检查出来，尤其在不退轮的情况下，需采用多种角度探头实现全面检查。探伤中使用的横波探头超声波频率为2.5MHz，小角度纵波探头超声波频率为2.5MHz或4～5MHz，可检出缺陷灵敏度为2mm的人工缺陷。探伤方法主要有直探头纵波探伤、小角度纵波探伤和横波探伤。
3 结语
超声波检测作为一种常见的无损检测技术，由于适应性强、灵敏度高、检测范围广等被广泛应用于建筑工程、电气工程、铁路运输工程等各个领域，是近年来无损检测技术的重点研究方向。随着计算机信息技术、人工智能技术等在超声波检测中的广泛应用，超声波无损检测技术将逐渐向定量、图像化、智能化方向发展。
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