國內(nèi)超聲檢測技術(shù)的主要研究領(lǐng)域可以分為檢測方法研究和設(shè)備研發(fā)。在設(shè)備研發(fā)方面 主要為數(shù)字化超聲波探傷儀、TOFD 超聲檢測系統(tǒng)、超聲成像系統(tǒng)和磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測 系統(tǒng);在檢測方法和技術(shù)方面,主要為自動超聲檢測技術(shù)、超聲成像檢測技術(shù)、人工智能技 術(shù)、TOFD 超聲檢測技術(shù)和超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)。
2000 年以來,國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)和高校主要側(cè)重于超聲相控陣技術(shù)。例如清華大學(xué)的施克 仁教授和鮑曉宇博士、電子測試技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用數(shù)字波形相位延時技術(shù),設(shè)計 實(shí)現(xiàn)了多通道相控陣超聲檢測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),達(dá)到了很高的發(fā)射延時分辨率 。中國石油天然氣管道科學(xué)院聯(lián)合上海電氣自動化設(shè)計研究所等單位,通過對超聲波相位控制和電子方法,實(shí) 現(xiàn)了超聲波聲束聚焦、偏轉(zhuǎn)。與國外同類產(chǎn)品相比,增加了橫向裂紋的掃描檢測、三維動態(tài) 缺陷顯示功能。
近年來,國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)開始側(cè)重于研究數(shù)字化多通道超聲檢測技術(shù),并結(jié)合自動化控制 技術(shù),用于中小型管道類、曲面類構(gòu)件的無損檢測。例如,南京航空航天大學(xué)的芮華、徐大 專把傳統(tǒng)的超聲波無損檢測技術(shù)和先進(jìn)的虛擬儀器、數(shù)字信號處理、嵌入式操作系統(tǒng)等技術(shù) 相結(jié)合,研制了一種新型滿足了自動化探傷中高重復(fù)頻率( 1kbp s)和實(shí)時報警等關(guān)鍵性能的 要求的數(shù)字化超聲波自動探傷系統(tǒng)。
國內(nèi)研究的總體現(xiàn)狀是,大多局限于聲場理論的探討和國外已有產(chǎn)品的仿制,缺少新的檢測技術(shù)、檢測方法以及檢測系統(tǒng)設(shè)計方面的研究。換能器的研制上沒有創(chuàng)新,為了達(dá)到聚 焦和偏轉(zhuǎn)的目的通常只考慮數(shù)字延時,幾乎都未考慮強(qiáng)度控制。國內(nèi)外超聲相控陣的檢測儀 器價格昂貴,無法實(shí)現(xiàn)可控強(qiáng)度聚焦和偏轉(zhuǎn)。
國內(nèi)外對超聲檢測技術(shù)的研究已經(jīng)十分深入,特別是近年來國外對相控陣超聲檢測技術(shù) 的研究日趨活躍,例如在造船工業(yè)、核工業(yè)、航空工業(yè)等質(zhì)量要求高的行業(yè),開始引入超聲 相控陣技術(shù)進(jìn)行缺陷檢測。
五十年代末六十年代初,國內(nèi)科研單位進(jìn)口了波蘭產(chǎn)超聲儀,并進(jìn)行仿制生產(chǎn)。目前已 經(jīng)形成自己的研制和生產(chǎn)基地。許多廠家,如廣東汕頭超聲儀器研究所、中科院武漢物理研 究所、武漢科聲、南通精密儀器、鞍山美斯等公司和研究機(jī)構(gòu)都推出了自己的超聲波探傷儀 系列產(chǎn)品。其中一些單通道手持檢測儀的技術(shù)水平也已相當(dāng)接近國外同類產(chǎn)品的,但數(shù)字式 多通道探傷儀(用于大型板材的自動化超聲波探傷)的研制還基本處于起步階段。直到1988 年鞍山鋼鐵公司從日本購入了一套二手厚鋼板自動探傷設(shè)備,在生產(chǎn)中取得了比較好的效果 后,帶動了國內(nèi)鋼板自動探傷設(shè)備的開發(fā)。目前國內(nèi)在大型板材的探傷設(shè)備上,已經(jīng)取得了 一定的成績 。例如武漢的中國科學(xué)院物理研究所推出的KS-128和KS-64 兩種型號的探傷 系統(tǒng),以及鞍山美斯探傷設(shè)備公司研制的MS-8nB型多通道數(shù)字式超聲波探傷儀。分別用于 在線檢測和離線檢測。汕頭超聲電子研制的國產(chǎn) 64 路檢測通道、實(shí)現(xiàn)動態(tài)聚焦功能的 CTS-2108 便攜式超聲相控陣探傷儀,采用開放式結(jié)構(gòu)設(shè)計,可隨時擴(kuò)展更多檢測通道。雖 然也具有線掃和扇掃功能,但還不能達(dá)到一次同時多角度檢測,與國外產(chǎn)品存在一定的差距。
數(shù)字化超聲波探傷儀配套機(jī)械傳動裝置構(gòu)成自動超聲檢測裝置,國內(nèi)的一些公司已經(jīng)有 相關(guān)產(chǎn)品。例如,武漢中科創(chuàng)新技術(shù)公司等國內(nèi)數(shù)10 家公司生產(chǎn)的便攜式和多通道數(shù)字化 超聲探傷儀,通道數(shù)多達(dá)128 個,采樣率最高可達(dá)100MHz,已經(jīng)用于無縫鋼管、焊接鋼管、 火車車輪、石油鉆桿和汽車關(guān)鍵部件的自動化檢測。
國產(chǎn)超聲探傷儀在自動化和智能化方面與國外儀器還有較大差距。國產(chǎn)超聲波探傷儀掃 描范圍較小,測量還不是很精確。此外,對于大規(guī)格高性能鋁合金厚板全面積探傷成套設(shè)備, 目前國內(nèi)尚沒有成熟的產(chǎn)品可供選用,而英國Ultrasonic Sciences 公司的厚板水浸探傷成套 設(shè)備(如圖1)技術(shù)成熟,已經(jīng)成功應(yīng)用于鋁合金厚板缺陷檢測。 英國UltrasonicSciences公司生產(chǎn)的水浸探傷系統(tǒng)
國外公司如 GE 檢測科技、R/DTECH、西門子、IMASonIC 等已推出商業(yè)化便攜式超 聲相控陣檢測設(shè)備和大型超聲相控陣檢測系統(tǒng)。例如GEPhasorXS 型相控陣超聲探傷儀可以 一次同時多角度檢測,可隨意切換常規(guī)超聲和相控陣模式。使用相控陣模式時,PhasorXS 的扇形掃描功能大大提高了缺陷檢測能力,只需要進(jìn)行一次掃查,就能覆蓋大面積的檢測區(qū) 域,大大提高了檢測工作的效率。操作人員無需更換探頭或楔塊,就能方便地利用一個探頭 達(dá)到多個角度和聚焦深度。
數(shù)字式超聲波檢測儀器的發(fā)展速度極為迅速,其探傷效率和探傷速率都有質(zhì)的飛躍。國 際上處于領(lǐng)先地位的超聲探傷儀器生產(chǎn)商有:美國Panametrics 公司、美國PAC 公司、美國 GE 公司、德國Krautkraemer 公司、英國Sonatest 公司、英國UltrasonicSciences 公司、法國 SOFRATEST 公司等。美國Panametrics 公司產(chǎn)的EPOCH4PLUS 數(shù)字式超聲探傷儀是手持便攜式的,操作簡便,掃描范圍廣,可達(dá)到1-10000mm,頻率范圍大,模擬帶寬可達(dá)到25MHz,測量精度高。德國Krautkraemer 公司超聲波探傷儀USN60是自動掃查系統(tǒng)的便攜式超探儀,它集模擬性能與數(shù)字優(yōu)點(diǎn)于一身,在金屬中的掃描范圍可達(dá)到27940mm。德國KrautKraemer 公司生產(chǎn)的USD10 型智能超聲探傷儀能實(shí)現(xiàn)自動探傷和顯示缺陷的位置和數(shù)值。