超声波是一种人类听不到的机械波，人类能听到的声波频率在20Hz~20kHz之间，超过20kHz的声波称之为超声波。目前，超声波已运用到工作和生活的方方面面，如医学B超检查、通信、超声波缺陷检测等。这些运用正是利用了超声波的穿透性、指向性好、能量集中、对周围环境影响小等特点，同时对被超声波穿透的物体没有物理性损伤，可做到“隔空透视”。
1、超声波检测原理及方法
超声检测是利用超声波在被检测物体内部传播时，遇到材料密度发生变化的界面(如空洞、其他杂质)发生反射或透射接收的声波讯号特征变化，来检测物体内部的缺陷情况。超声波检测，依据发射和接收方式及时间的不同可分为脉冲反射法、脉冲透射法、共振法和衍射时差法。
1.1脉冲反射法脉冲反射法是利用超声探头产生的超声脉冲波，入射到两种不同密度或材质的界面上发生反射的原理进行检测，这种检测方法常采用同一超声探头(一般使用压电陶瓷转换器)作为发射和接收装置。
1.2脉冲透射法脉冲透射法的原理与X射线的原理基本相似，即利用两个超声探头置于被检测物体的两侧，分别作为发射和接收装置，通过缓慢移动两个超声探头，观察接收能量的变化，来判定被检测物体内部的缺陷情况。
1.3共振法利用可调频率的超声波检测物体内部情况，当超声波的半波长与被测物体的厚度成整数倍关系时，会引起共振现象，仪器会显示出共振频率。当被检测物体厚度发生变化，共振频率也会相应发生变化，通过仪器显示的不同频率，可以判定被检测物体的厚度变化，来确定质量情况，称为共振法。
3、超声波检测应用
3.1超声波用于钢焊缝质量检测在钢焊缝质量检测过程中，通常使用的方法是超声波法和X射线法，由于在工程施工过程中钢焊缝的数量一般较大，而且需要检测分析的长度也非常长，检测工件所处的环境也较为复杂。因此用超声波方法对于钢焊缝的质量进行检测时，就会凸显出检测过程中的优势：如设备尺寸小、操作简单、检测过程中无辐射外泄隐患等。钢焊缝质量检测时，由于金属的晶粒尺寸较小，钢焊缝所受的影响较大，为探测存在的缺陷。通常通过超声脉冲波变化情况来进行比较。当检测焊缝质量良好时，检测超声波可顺利传播到达检测物体底面，超声波检测仪器中只有表示发射脉冲及底面回波两个信号，如果被检测焊缝中存在缺陷，在超声波检测仪器中底面回波前会有缺陷回波信号。由此可以判定存在缺陷。
3.2混凝土强度检测混凝土是水泥、石子、砂、外加剂掺合料组成由多相复合材料，其组成成份复杂。一般的混凝土强度检测是预留混凝土试块、现场取蕊样等方法。如果预留的混凝土试块质量存疑，现场又不允许取芯样，需要运用超声波等无损检测手段。混凝土本身不是一种均质材料，相同标号的混凝土由于组成材料变化，超声波在混凝土内传播速度也不同，并且在混凝土内部存在着石子—水泥、水泥—砂等各种界面，超声波遇到这些界面时会发生反射、衍射等多种传播方式。因此简单的将混凝土与超声波之间建立直线性数学关系模型是困难的，需要将混凝土看作均质的弹塑性材料。建立起混凝土强度与超声波声速的关系曲线和经验公式，作为超声波检测混凝土强度的依据。纵波的传播速度公式为vp=姨E(1-V)/d(1+V)(1-2V)，可以看出超声波速度和固体介质的材料性质、密实度、弹性模量及泊松比有关。超声波在不同介质中有着不同的传播速度，根据声时值T，距离L，由公式V=L/T可先计算出声速值。再根据经验公式fcuc=AVB和fcuc=Aebv(A，B为经验系数)两种非线性的数学公式，计算出混凝土强度。由于混凝土组成材料的复杂性，利用超声波检测混凝土强度存在着一定误差，不同的混凝土原材料使超声声速值各有差异，即使同样的原材料，也因混凝土配合比不同，产生不同的速度值。
水泥的硅酸三钙含量越高，细度越大，矿物细掺料的细度越大，相应的超声的传播速度也会越高，反映出的混凝土强度就会增大、相反混凝土强度显示值就会降低。如果混凝土中粗骨料偏多超声波的传播速度就要比粗骨料偏少的快，显示出的强度就要高。因此超声波检测混凝土强度应采用多参数法综合提高测试精度，如混凝土成熟度—超声声速、声速—衰减系数、声速—振幅、声速—含水率、声速—混凝土龄期等。
3.3混凝土裂缝检测
3.3.1混凝土裂缝的分类混凝土由水泥、石子、砂、掺合料、外加剂等组成的复合材料。由于混凝土本身的特性及使用条件的不同，产生的裂缝原因也不尽相同：有混凝土养护条件不善、内部水水泥水化热过快，造成内外温差过大，在混凝土内部形成拉应力集中区，超过混凝土本身的耐受拉力而产生的贯穿裂缝;有混凝土拌制过程中质量控制不佳，造成水胶比过大或水泥用量过多，混凝土凝固过程当中表面收缩引起的表面裂缝;有混凝土成型后受力条件改变，如基础持力层条件改变、混凝土受力载荷变化超出混凝土本身所受拉应力的极限而发生的结构裂缝。
3.3.2混凝土裂缝检测混凝土裂缝检测时，常采用透射法或平行反射法，具体选用哪种方法跟裂缝的位置、混凝土结构型式有直接关系。
3.3.2.1透射法适用于发生裂缝的面积较小，混凝土结构尺寸规距、厚度不大的情况。运用透射法检测时，发射探头与接收探头分别在裂缝的两侧移动，当探头与裂缝没有相交时，检测超声波不会发生明显变化，当探头与裂缝相交时，检测超声波会在裂缝处发生衍射，从而使接收探头的接收时间和接收强度发生变化，根据时间和强度的变化确定裂缝的位置及深度。
3.3.2.2平行反射法当混凝土的裂缝面积较大或结构尺寸复杂，不宜采用透射法检测时，可采用平行反射法。运用平行反射法检测时，应先检测裂缝周边混凝土的声波速度，由于混凝土是一种复杂的混合材料，声波速度受原材、配合比、龄期的影响因素较大，应在裂缝周边进行多次的声波速度检测，取平均值。然后使用一对探头在裂缝的两侧平行移动。移动时探头之间的距离应与裂缝的估测深度相近。如果探头之间的距离过远检测出的数据较实际的裂缝深度要小。
来源：水利工程质量检测
原文链接：https://www.xianjichina.com/news/details_239080.html
来源：贤集网
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。