超声波是一种人类听不到的机械波，人类能(néng)听到的声波频率在20Hz~20kHz之间，超过20kHz的声波称之為(wèi)超声波。目前，超声波已运用(yòng)到工(gōng)作(zuò)和生活的方方面面，如医(yī)學(xué)B超检查、通信、超声波缺陷检测等。这些运用(yòng)正是利用(yòng)了超声波的穿透性、指向性好、能(néng)量集中(zhōng)、对周围环境影响小(xiǎo)等特点，同时对被超声波穿透的物(wù)體(tǐ)没有(yǒu)物(wù)理(lǐ)性损伤，可(kě)做到“隔空透视”。
1、超声波检测原理(lǐ)及方法
超声检测是利用(yòng)超声波在被检测物(wù)體(tǐ)内部传播时，遇到材料密度发生变化的界面(如空洞、其他(tā)杂质(zhì))发生反射或透射接收的声波讯号特征变化，来检测物(wù)體(tǐ)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(kě)分(fēn)為(wèi)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(yòng)超声探头产(chǎn)生的超声脉冲波，入射到两种不同密度或材质(zhì)的界面上发生反射的原理(lǐ)进行检测，这种检测方法常采用(yòng)同一超声探头(一般使用(yòng)压電(diàn)陶瓷转换器)作(zuò)為(wèi)发射和接收装(zhuāng)置。
1.2脉冲透射法脉冲透射法的原理(lǐ)与X射線(xiàn)的原理(lǐ)基本相似，即利用(yòng)两个超声探头置于被检测物(wù)體(tǐ)的两侧，分(fēn)别作(zuò)為(wèi)发射和接收装(zhuāng)置，通过缓慢移动两个超声探头，观察接收能(néng)量的变化，来判定被检测物(wù)體(tǐ)内部的缺陷情况。
1.3共振法利用(yòng)可(kě)调频率的超声波检测物(wù)體(tǐ)内部情况，当超声波的半波長(cháng)与被测物(wù)體(tǐ)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(wù)體(tǐ)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(kě)以判定被检测物(wù)體(tǐ)的厚度变化，来确定质(zhì)量情况，称為(wèi)共振法。
3、超声波检测应用(yòng)
3.1超声波用(yòng)于钢焊缝质(zhì)量检测在钢焊缝质(zhì)量检测过程中(zhōng)，通常使用(yòng)的方法是超声波法和X射線(xiàn)法，由于在工(gōng)程施工(gōng)过程中(zhōng)钢焊缝的数量一般较大，而且需要检测分(fēn)析的長(cháng)度也非常長(cháng)，检测工(gōng)件所处的环境也较為(wèi)复杂。因此用(yòng)超声波方法对于钢焊缝的质(zhì)量进行检测时，就会凸显出检测过程中(zhōng)的优势：如设备尺寸小(xiǎo)、操作(zuò)简单、检测过程中(zhōng)无辐射外泄隐患等。钢焊缝质(zhì)量检测时，由于金属的晶粒尺寸较小(xiǎo)，钢焊缝所受的影响较大，為(wèi)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(zhì)量良好时，检测超声波可(kě)顺利传播到达检测物(wù)體(tǐ)底面，超声波检测仪器中(zhōng)只有(yǒu)表示发射脉冲及底面回波两个信号，如果被检测焊缝中(zhōng)存在缺陷，在超声波检测仪器中(zhōng)底面回波前会有(yǒu)缺陷回波信号。由此可(kě)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(duō)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(zhì)量存疑，现场又(yòu)不允许取芯样，需要运用(yòng)超声波等无损检测手段。混凝土本身不是一种均质(zhì)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(duō)种传播方式。因此简单的将混凝土与超声波之间建立直線(xiàn)性数學(xué)关系模型是困难的，需要将混凝土看作(zuò)均质(zhì)的弹塑性材料。建立起混凝土强度与超声波声速的关系曲線(xiàn)和经验公(gōng)式，作(zuò)為(wèi)超声波检测混凝土强度的依据。纵波的传播速度公(gōng)式為(wèi)vp=姨E(1-V)/d(1+V)(1-2V)，可(kě)以看出超声波速度和固體(tǐ)介质(zhì)的材料性质(zhì)、密实度、弹性模量及泊松比有(yǒu)关。超声波在不同介质(zhì)中(zhōng)有(yǒu)着不同的传播速度，根据声时值T，距离L，由公(gōng)式V=L/T可(kě)先计算出声速值。再根据经验公(gōng)式fcuc=AVB和fcuc=Aebv(A，B為(wèi)经验系数)两种非線(xiàn)性的数學(xué)公(gōng)式，计算出混凝土强度。由于混凝土组成材料的复杂性，利用(yòng)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(yǒu)差异，即使同样的原材料，也因混凝土配合比不同，产(chǎn)生不同的速度值。
水泥的硅酸三钙含量越高，细度越大，矿物(wù)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(zhōng)粗骨料偏多(duō)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(yòng)多(duō)参数法综合提高测试精(jīng)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(fēn)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(yòng)条件的不同，产(chǎn)生的裂缝原因也不尽相同：有(yǒu)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(zhōng)區(qū)，超过混凝土本身的耐受拉力而产(chǎn)生的贯穿裂缝;有(yǒu)混凝土拌制过程中(zhōng)质(zhì)量控制不佳，造成水胶比过大或水泥用(yòng)量过多(duō)，混凝土凝固过程当中(zhōng)表面收缩引起的表面裂缝;有(yǒu)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(yòng)透射法或平行反射法，具(jù)體(tǐ)选用(yòng)哪种方法跟裂缝的位置、混凝土结构型式有(yǒu)直接关系。
3.3.2.1透射法适用(yòng)于发生裂缝的面积较小(xiǎo)，混凝土结构尺寸规距、厚度不大的情况。运用(yòng)透射法检测时，发射探头与接收探头分(fēn)别在裂缝的两侧移动，当探头与裂缝没有(yǒu)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(yòng)透射法检测时，可(kě)采用(yòng)平行反射法。运用(yòng)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(duō)次的声波速度检测，取平均值。然后使用(yòng)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遠(yuǎn)检测出的数据较实际的裂缝深度要小(xiǎo)。
来源：水利工(gōng)程质(zhì)量检测
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来源：贤集网
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