超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)歷一個(gè)世紀(jì)，盡管無(wú)損檢測(cè)技術(shù)本身并非一種生產(chǎn)技術(shù)，但其技術(shù)水平卻能反映該部門(mén)、該行業(yè)、該地區(qū)甚至該國(guó)的工業(yè)技術(shù)水平。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)所能帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。統(tǒng)計(jì)資料顯示，經(jīng)過(guò)無(wú)損檢測(cè)后的產(chǎn)品增值情況大致是，機(jī)械產(chǎn)品為5%，國(guó)防、宇航、原子能產(chǎn)品為12%-18% ，火箭為20%。例如，德國(guó)奔馳公司汽車(chē)幾千個(gè)零件經(jīng)過(guò)無(wú)損檢測(cè)后，整車(chē)運(yùn)行公里數(shù)提高了一倍，大大提高了產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力：日本小汽車(chē)生產(chǎn)中30%零件采用無(wú)損檢測(cè)后質(zhì)量迅速超過(guò)美國(guó)。德國(guó)科學(xué)家認(rèn)為，無(wú)損檢測(cè)驗(yàn)技術(shù)是機(jī)械工業(yè)的四大支柱之一。美國(guó)前總統(tǒng)里根曾說(shuō):“沒(méi)有先進(jìn)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，美國(guó)就不可能享有在眾多領(lǐng)域的領(lǐng)先地位”?？梢?jiàn)現(xiàn)代工業(yè)是建立在無(wú)損檢測(cè)基礎(chǔ)上的說(shuō)法并不為過(guò)。世界各國(guó)都對(duì)超聲無(wú)損檢測(cè)給予了高度的重視。

超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)(UT)是五大常規(guī)檢測(cè)技術(shù)之一，與其它常規(guī)無(wú)損檢橄技術(shù)相比，它具有被測(cè)對(duì)象范圍廣，檢測(cè)深度大：缺陷定位準(zhǔn)確.檢測(cè)靈敏度高：成本低，使用方便：速度快，對(duì)人體無(wú)害以及便于現(xiàn)場(chǎng)使用等特點(diǎn)。因此.超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、使用頗率最高且發(fā)展較快的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，體現(xiàn)在改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、成品檢驗(yàn)以及設(shè)備服役的各個(gè)階段，體現(xiàn)在保證機(jī)器零件的可靠性和安全性上。世界各國(guó)出版的無(wú)損檢測(cè)書(shū)籍、資料、文獻(xiàn)中，超聲探傷所占的數(shù)量都是首屈一指的。有關(guān)資料表明，國(guó)外每年大約發(fā)表3000篇涉及無(wú)損檢測(cè)的文獻(xiàn)資料，全部文獻(xiàn)資料中有關(guān)超聲無(wú)損檢測(cè)的內(nèi)容約占45 %。前幾屆世界無(wú)損檢測(cè)會(huì)議論文集收錄的論文中有關(guān)超聲檢測(cè)的論文數(shù)遙遙領(lǐng)先于其它檢測(cè)方法，特別是2000年10月在羅馬召開(kāi)的第十五屆世界無(wú)損檢測(cè)會(huì)議(WCNDT)收錄的663篇論文中，超聲檢測(cè)就占250篇(2000年WCNDT會(huì)議收錄的論文分布情況)。這些都說(shuō)明超聲無(wú)損檢測(cè)的研究勢(shì)頭和其在無(wú)損檢測(cè)中的重要地位。

1 超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)
1.1 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)向高準(zhǔn)確度、高可靠性方向發(fā)展
20世紀(jì)70 年代以來(lái)，超聲檢測(cè)的數(shù)宇化、自動(dòng)化、智能化和圖象化成為超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究的熱點(diǎn)，標(biāo)志著超聲無(wú)損檢測(cè)的現(xiàn)代化進(jìn)程。近年來(lái)，隨著傳感技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控俐技術(shù)、記算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)人到以計(jì)算機(jī)控制為主的信息加工時(shí)代。表現(xiàn)在：生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和產(chǎn)品運(yùn)行過(guò)程的監(jiān)督(如對(duì)軋鋼的生產(chǎn)線(xiàn)的監(jiān)控)。對(duì)涂有各種厚度的防腐材料和保溫層的工程檢測(cè)技術(shù)：能自動(dòng)掃描、自動(dòng)定位與跟蹤檢測(cè)對(duì)象的各種檢測(cè)機(jī)器人：對(duì)缺陷的自動(dòng)識(shí)別與記算機(jī)模擬技術(shù)的深入研究等。其中計(jì)算機(jī)模擬或仿真技術(shù)就是可以不通過(guò)制造試件(頂埋有各種人工與自然缺陷).獲得各種缺陷信號(hào)。采用計(jì)算機(jī)軟件方法模擬檢測(cè)過(guò)程，要對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與缺陷參數(shù)建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型比較困難，所以在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用還相當(dāng)少。
國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已逐步從NDI和NDT向NDE過(guò)渡。無(wú)損探傷(Nondestruction Inspection NDI)、無(wú)損檢測(cè)(Nondestrutuve testing NDT)和無(wú)損評(píng)價(jià)(Nondestruction Evauation NDE)是無(wú)損檢測(cè)發(fā)展的三個(gè)階段。超聲無(wú)損探傷是初級(jí)階段，它的作用僅僅是在不損害零部件的前提下，發(fā)現(xiàn)其人眼不可見(jiàn)的內(nèi)部缺陷，以滿(mǎn)足工業(yè)設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度要求。超聲無(wú)損檢測(cè)是近20年來(lái)應(yīng)用最廣泛的術(shù)語(yǔ)，它不僅要檢測(cè)最終產(chǎn)品，而且還要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。超聲無(wú)損評(píng)價(jià)是超聲檢測(cè)發(fā)展的最高境界，不但要探測(cè)缺陷的有無(wú)，還要給出材質(zhì)的定量評(píng)價(jià)，也包括對(duì)材料和缺陷的物理和力學(xué)性能的檢測(cè)及其評(píng)價(jià)。
無(wú)損檢測(cè)的另一個(gè)發(fā)展是從一般無(wú)損評(píng)價(jià)向自動(dòng)無(wú)損評(píng)價(jià)和定量無(wú)損評(píng)價(jià)發(fā)展(即從NED向ANED和QNED發(fā)展)。逐步減少人為因素的影響，改用計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢測(cè)和分析數(shù)據(jù)，以提高檢測(cè)的可靠性。

1.2 超聲檢測(cè)儀器的應(yīng)用與發(fā)展
超聲檢測(cè)儀器性能直接影響超聲檢測(cè)的可靠性，其發(fā)展與電子技術(shù)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展是息息相關(guān)的。計(jì)算機(jī)的介入，一方面提高了設(shè)備的抗干擾能力，另一方面利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)缺陷信號(hào)的定量、自動(dòng)讀數(shù)、自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)補(bǔ)償和報(bào)警。20世紀(jì)80年代，新一代的超聲檢測(cè)儀器——數(shù)字化、智能化超聲儀問(wèn)世，標(biāo)志著超聲檢測(cè)儀器進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代。

超聲無(wú)損檢測(cè)儀器將向數(shù)字化、智能化、圖象化、小型化和多功能化發(fā)展。在第十三、十四世界無(wú)損檢測(cè)會(huì)議儀器展覽會(huì)、1996年中國(guó)國(guó)際質(zhì)量控制技術(shù)與測(cè)試儀器展覽會(huì)、1997年日本無(wú)損檢測(cè)展覽會(huì)等大型國(guó)際會(huì)議會(huì)展中，數(shù)字化、智能化、圖象化超聲儀最引人注目，顯示了當(dāng)今世界無(wú)損檢測(cè)儀器的發(fā)展趨勢(shì)。其中以德國(guó)Krautraemer公司、美國(guó)Panametrics公司、丹麥Force Institutes公司與美國(guó)PAC公司的產(chǎn)品最具代表性。真正的智能化超聲儀應(yīng)該是全面、客觀地反映實(shí)際情況，而且可以運(yùn)用頻譜分析，自適應(yīng)專(zhuān)家網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提高可靠性。提高超聲檢測(cè)中對(duì)缺陷的定位、定量和定性的可靠性也是超聲檢測(cè)儀器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化急待解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
現(xiàn)代的掃查裝置也在向智能化方向發(fā)展。掃查裝置是自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性、可靠性都依賴(lài)于掃查裝置。例如采用聲藕合監(jiān)視或藕合不良反饋控制方式提高探頭與工件表面的耦合穩(wěn)定度以及檢測(cè)的可靠性。從20世紀(jì)90年代以來(lái)，出現(xiàn)的各種智能檢測(cè)機(jī)器人，已經(jīng)形成了機(jī)器人檢測(cè)的新時(shí)代及工程檢測(cè)機(jī)器人的系列與商業(yè)市場(chǎng)。例如日本東京煤氣公司的蜘蛛型機(jī)器人，移動(dòng)速度約60m/h ，重約140kg，采用16個(gè)超聲探頭可以對(duì)運(yùn)行狀態(tài)下的球罐上任意點(diǎn)坐標(biāo)位置進(jìn)行掃描。日本NKK公司研制的機(jī)器人借助管道內(nèi)液體推力前進(jìn)，可以測(cè)量輸油管道腐蝕狀況，其檢測(cè)精度小于1mm。丹麥Force研究所的爬壁機(jī)器人，重約10噸，采用磁吸附與預(yù)置磁條跟蹤方式可檢測(cè)各類(lèi)大型儲(chǔ)罐與船體的缺陷。

1.3 超聲成象技術(shù)

超聲成象技術(shù)是在電視技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)發(fā)展歷程。早在20年代，人們就開(kāi)始探索超聲成象的原理及方法，使超聲成象成為最早實(shí)現(xiàn)的超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。其后由于技術(shù)上的原因，早期的超聲成象檢測(cè)技術(shù)很快被其它超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)所取代。20世紀(jì)60年代，激光的發(fā)明和光學(xué)全息技術(shù)的成就極大地刺激了人們對(duì)聲象研究的興趣。然而，在聲學(xué)領(lǐng)域，簡(jiǎn)單地模仿光全息等光學(xué)成象方法遇到了極大的障礙，迫使人們?cè)谛录夹g(shù)基礎(chǔ)上，根據(jù)聲波的特點(diǎn)，發(fā)展出以?huà)呙璩上蠹夹g(shù)為主流的各種新成象方法。

在現(xiàn)代無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中，超聲成象技術(shù)是一種令人矚目的新技術(shù)。超聲圖象可以提供直觀和大量的信息，直接反映物體的聲學(xué)和力學(xué)性質(zhì)，有著非常廣闊的發(fā)展前景。現(xiàn)代超聲成象技術(shù)都是計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)采集技術(shù)和圖象處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。數(shù)據(jù)采集技術(shù)、圖象重建技術(shù)、自動(dòng)化和智能化技術(shù)以及超聲成象系統(tǒng)的性能價(jià)格比等發(fā)展直接影響超聲檢測(cè)圖象化的進(jìn)程?，F(xiàn)代超聲成象技術(shù)大多有自動(dòng)化和智能化的特點(diǎn)，因而有許多優(yōu)點(diǎn)，如檢測(cè)的一致性好，可靠性、復(fù)現(xiàn)性高，存儲(chǔ)的檢測(cè)結(jié)果可隨時(shí)調(diào)用，并可以對(duì)歷次檢測(cè)的結(jié)果自動(dòng)比較，以對(duì)缺陷做動(dòng)態(tài)檢測(cè)等?？傊?，超聲成象技術(shù)克服了傳統(tǒng)超聲檢測(cè)不直觀、判傷難，無(wú)記錄的缺陷，減少了檢測(cè)中人為干擾，有效地提高無(wú)損檢測(cè)的可靠性，是定量無(wú)損檢測(cè)的重要工具。

目前已經(jīng)使用和正在開(kāi)發(fā)的成象技術(shù)包括:超聲B掃描成象，超聲C掃描成象、超聲D掃描成象，ALOK(德文“振幅—傳播時(shí)間—位置曲線(xiàn)”的縮寫(xiě))成象，SAFT(合成孔徑聚焦)成象，P掃描成象，超聲全息成象，超聲CT成象等技術(shù)。

2 我國(guó)無(wú)損檢測(cè)發(fā)展的現(xiàn)狀

近年來(lái)我國(guó)超聲無(wú)損檢測(cè)事業(yè)取得了巨大進(jìn)步和發(fā)展。超聲無(wú)損檢測(cè)已經(jīng)應(yīng)用到了幾乎所有工業(yè)部門(mén)，其用途正日趨擴(kuò)大。超聲無(wú)損檢測(cè)的相關(guān)理論和方法及應(yīng)用的基礎(chǔ)性研究正在逐步深入，已經(jīng)取得了許多具有國(guó)際先進(jìn)水平的成果。許多不同用途的微機(jī)控制自動(dòng)超聲檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。我國(guó)在這方面開(kāi)展的主要研究有：計(jì)算機(jī)化超聲設(shè)備；用戶(hù)友好界面操作系統(tǒng)軟件；超聲數(shù)字信號(hào)處理，包括人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模式識(shí)別、相位補(bǔ)償?shù)龋桓哳l超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)：各種掃描成象技術(shù)：多坐標(biāo)、多通道的自動(dòng)超聲檢查系統(tǒng)：超聲機(jī)器人檢測(cè)系統(tǒng)：復(fù)雜構(gòu)件的自動(dòng)掃描超聲成象檢測(cè)(如5維以上多維探頭調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)等輔助設(shè)備的開(kāi)發(fā)研究)等。這其中許多成果已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，這些研究為我國(guó)超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展提供了保證。

無(wú)損檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，檢測(cè)儀器的數(shù)字化、智能化、圖象化、小型化和系列化工作也都取得了很大發(fā)展。我國(guó)已經(jīng)制訂了一系列國(guó)標(biāo)、部標(biāo)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而且引進(jìn)了ISO，ATSM、DIN、SS、BS、NF、JIS等一百多個(gè)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)損檢測(cè)人員的培訓(xùn)也逐漸與國(guó)際接軌。

但是，我國(guó)超聲無(wú)損檢測(cè)事業(yè)從整體水平而言，與發(fā)達(dá)國(guó)家之間存在很大差距。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1.檢測(cè)專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍中高級(jí)技術(shù)人員和高級(jí)操作人員所占比例較小，極大阻礙了超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)自動(dòng)化、智能化、圖象化的進(jìn)展。由于經(jīng)驗(yàn)豐富的老一輩檢測(cè)工作者缺乏把實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為理論總結(jié)，而年輕的檢測(cè)人員雖擁有豐富的計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代技術(shù)，卻缺乏切實(shí)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn).這有可能導(dǎo)致現(xiàn)有的超聲檢測(cè)軟件系統(tǒng)不同程度的缺陷，降低了檢測(cè)的可靠性。特別像專(zhuān)家系統(tǒng)軟件，以及有自動(dòng)判傷。自動(dòng)評(píng)定缺陷級(jí)別功能的軟件編寫(xiě)應(yīng)該引起足夠的重視。組織一定的人力、才力對(duì)超聲無(wú)損檢測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行收集和總結(jié)，不斷充實(shí)檢測(cè)理論和檢測(cè)規(guī)范，把無(wú)損檢測(cè)技術(shù)人員和計(jì)算機(jī)技術(shù)人員有機(jī)結(jié)合起來(lái)，才能開(kāi)發(fā)出實(shí)用的無(wú)損檢測(cè)軟件。另外，應(yīng)該樹(shù)立對(duì)各類(lèi)無(wú)損檢測(cè)軟件的正確觀念，任何軟件都是依靠正確的檢測(cè)方法、檢測(cè)狀態(tài)和在一定的適用范圍限制下得到的結(jié)果。

2.專(zhuān)業(yè)無(wú)損檢測(cè)人員相對(duì)較少，現(xiàn)有無(wú)損檢測(cè)設(shè)備利用率低。我國(guó)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)經(jīng)過(guò)40年的發(fā)展，雖然應(yīng)用已經(jīng)遍及近30個(gè)系統(tǒng)領(lǐng)域，直接從事無(wú)損檢測(cè)技術(shù)方面的人員已近20萬(wàn)左右，但是高技術(shù)專(zhuān)業(yè)人員較少。目前我國(guó)的投入不比日本少，國(guó)民生產(chǎn)總值只有日本的三分之一左右，這主要是由于我國(guó)產(chǎn)品質(zhì)量上存在問(wèn)題而導(dǎo)致大量產(chǎn)品報(bào)廢所致。據(jù)測(cè)算，我國(guó)不良品的年損失約2000億元。更嚴(yán)重的后果是產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力差，影響產(chǎn)品進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。我們調(diào)研的幾個(gè)大型機(jī)械制造企業(yè)，都擁有為數(shù)不少的無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，但由于對(duì)無(wú)損檢測(cè)重要性認(rèn)識(shí)不夠，專(zhuān)門(mén)從事無(wú)損檢測(cè)的人員缺乏等因素，無(wú)損檢測(cè)在生產(chǎn)中并未發(fā)揮其應(yīng)有的作用。無(wú)損檢測(cè)方面的書(shū)籍缺乏，很不利于無(wú)損檢測(cè)后繼人員的培養(yǎng)。

3.重視對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的信息技術(shù)應(yīng)用。當(dāng)信息技術(shù)和無(wú)損檢測(cè)結(jié)合以后，人們就可以最大限度地從檢測(cè)過(guò)程中獲取大量信息。我國(guó)對(duì)無(wú)損檢測(cè)信息技術(shù)的建設(shè)工作還處在相當(dāng)薄弱的階段。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)建立的無(wú)損檢測(cè)專(zhuān)業(yè)網(wǎng)站或涉及無(wú)損檢測(cè)技術(shù)范疇內(nèi)容的網(wǎng)站的初步估算超過(guò)50個(gè)，但是專(zhuān)業(yè)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)資訊綜合網(wǎng)站少，僅有無(wú)損檢測(cè)幾家，其余網(wǎng)站的內(nèi)容大多局限于其自身的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、服務(wù)業(yè)務(wù)等，范圍相對(duì)比較狹窄。重視無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的信息技術(shù)應(yīng)用，建立無(wú)損檢測(cè)各類(lèi)相關(guān)技術(shù)、設(shè)備儀器等方面的專(zhuān)業(yè)的、綜合性的資訊網(wǎng)站，是當(dāng)前無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展所必須的。要使超聲檢測(cè)的專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍技術(shù)水平普遇得到提高，就要認(rèn)識(shí)到信息技術(shù)應(yīng)用必要性。

總之，當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題是涉及實(shí)際工程應(yīng)用中亟待解決的問(wèn)題，如檢測(cè)方法的規(guī)范化，判傷的標(biāo)準(zhǔn)化，檢測(cè)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的制訂，操作步驟的程序化.檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的信息化。另外.應(yīng)該注重對(duì)無(wú)損檢測(cè)人員資格進(jìn)行全國(guó)統(tǒng)一的培訓(xùn)、鑒定和考核，力爭(zhēng)使無(wú)損檢測(cè)人員的培訓(xùn)與國(guó)際接軌。