超聲脈沖法在水利工程質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

董伯明（惠州市水利水電工程質(zhì)量檢測站　廣東　惠州　516001）

超聲脈沖法在水利工程質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

董伯明
（惠州市水利水電工程質(zhì)量檢測站廣東惠州516001）

超聲波是機(jī)械波的一種，在介質(zhì)傳播過程中有著反射或者是散射現(xiàn)象，據(jù)此可檢測介質(zhì)結(jié)構(gòu)變化甚至是介質(zhì)出現(xiàn)的本質(zhì)變化，具有檢測速度快、結(jié)果準(zhǔn)確、方法可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此超聲脈沖法在水利工程的質(zhì)量檢測中發(fā)揮著較大的作用。作為水利工程質(zhì)量檢測的一種常用方法，超聲脈沖法為促進(jìn)水利工程的發(fā)展起到了關(guān)鍵作用。本文就超聲脈沖法在水利工程鋼焊縫質(zhì)量檢測、管壁厚度檢測以及混凝土質(zhì)量檢測三方面的應(yīng)用進(jìn)行分析，提出了具體有效的質(zhì)量檢測方法，為該技術(shù)的深入研究和發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。

超聲脈沖法；水利工程；質(zhì)量檢測；應(yīng)用

1　超聲脈沖法的概念以及特點(diǎn)分析

波動(dòng)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種形式，它有兩種不同的類型，一種是機(jī)械波，另一種是電磁波，其中機(jī)械波是指機(jī)械在彈性介質(zhì)中振動(dòng)產(chǎn)生的波動(dòng)，一般以水波或者是聲波的形式表現(xiàn)出來。聲波也可說成是彈性介質(zhì)傳播的機(jī)械波，當(dāng)其在介質(zhì)中進(jìn)行傳播時(shí)，就會(huì)將能量逐層傳播出去。聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，為使其具有較大的能量，應(yīng)該保持較高的傳播頻率。人們往往聽到的聲波范圍一般在20HZ～20000HZ，這樣的聲波被稱為可聞聲波。當(dāng)超出該范圍時(shí)，人的耳朵是聽不到的，而這種超出可聞聲波范圍的聲波被稱為超聲波。超聲波也屬于機(jī)械波，其特點(diǎn)主要是頻率高，傳播能量大。超聲波的傳播過程中有著反射或者是散射現(xiàn)象的出現(xiàn)，通過這種現(xiàn)象能夠看出介質(zhì)結(jié)構(gòu)變化甚至是介質(zhì)出現(xiàn)的本質(zhì)變化。一般人們?cè)谘芯窟^程中會(huì)借助于這種波來分析參數(shù)或者是頻率的變化，從中更為深入的了解介質(zhì)中的一些信息。由于超聲波的傳播過程中有多種可見現(xiàn)象的出現(xiàn)，從而對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的檢測或者是金屬結(jié)構(gòu)的檢測有著較大的幫助。

為了不讓介質(zhì)在傳播的過程中受到連續(xù)波的影響，一般需要對(duì)被測介質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析，主要采用的分析儀器是介質(zhì)的超聲波聲學(xué)參數(shù)，超聲波探測儀器能夠以一定的重復(fù)頻率間斷的發(fā)射超聲脈沖波。超聲脈沖波是一組復(fù)頻波，這組復(fù)頻率主要由不同頻率的余弦波組成。超聲換能器上的標(biāo)稱頻率是復(fù)頻率固有的主頻率。因此，可以將超聲脈沖法歸集是使用超聲脈沖波檢測介質(zhì)的結(jié)構(gòu)性能的方法。

2　超聲脈沖法在水利工程檢測中的應(yīng)用分析

2.1鋼焊縫質(zhì)量檢測中對(duì)超聲脈沖法的應(yīng)用

超聲脈沖法以及X射線法是工程建設(shè)中進(jìn)行鋼焊縫質(zhì)量檢測最常用的方法，由于水利工程施工中預(yù)留的鋼焊縫數(shù)量相比其他工程施工中的數(shù)量大，焊縫的結(jié)構(gòu)物尺寸也比較大，受到施工環(huán)境等因素的影響，對(duì)于施工焊縫質(zhì)量的檢測有了更高的要求，只有使用超聲脈沖法對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢測才能夠顯示經(jīng)濟(jì)性能。使用超聲脈沖法進(jìn)行鋼焊縫質(zhì)量檢測時(shí)，由于金屬晶粒存在尺寸小、聲阻抗較大的特征，使用超聲脈沖波能探測出其中間的微小缺陷，超聲脈沖波通過傾斜的角度穿射到需要檢測的鋼焊縫中，如果波光反射到超聲脈探頭，就說明焊縫內(nèi)部存在缺陷，對(duì)于缺陷位置的確定也可以使用超聲脈沖波檢測。由于超聲探頭中裝有超聲換能器，這種儀器能夠通過壓電效應(yīng)將焊縫缺陷位置反射的回波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)然后輸入到探傷儀，這樣就會(huì)在探傷儀的屏幕上出現(xiàn)反射波波幅，通過波幅能夠確定具體的缺陷位置，也可以由波幅的大小看出焊縫內(nèi)部缺陷的大小。使用超聲脈沖波檢測的鋼焊縫沒有缺陷時(shí)，就不會(huì)出現(xiàn)超聲脈沖波反射。

在水利工程施工中，由于其壓力引水管道多為鋼管，這種管道的管徑相對(duì)較大，用于生產(chǎn)壓力鋼管的多為工業(yè)用的鋼板卷，將其進(jìn)行焊接就會(huì)變成管節(jié)，然后運(yùn)送到工地進(jìn)行焊接以及安裝。工廠在生產(chǎn)水電壓力飲水鋼管時(shí)，為確保卷制鋼管質(zhì)量不會(huì)出現(xiàn)問題，需要利用板材檢測專用的超聲波探測儀器對(duì)鋼板進(jìn)行檢查，在沒有發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題的情況下才能夠進(jìn)行安裝或者是焊接。在進(jìn)行鋼管焊接過程中，由于鋼管的數(shù)量相對(duì)較多，外加鋼管有著較長的管徑，使用超聲脈沖法進(jìn)行檢測能夠好的保障施工中鋼管的焊縫質(zhì)量。陜西一城市在建設(shè)供水應(yīng)急工程時(shí)，需要在壓力引水管線中設(shè)置一定長度的鋼管段，由于施工中需要將一些過溝鋼管埋設(shè)在地面下，但是受到施工工期的限制，外加工程的施工時(shí)間處于雨季，使得雨水流入安裝好的管溝，造成管壁支護(hù)安裝問題和管道回填困難。為了提高鋼管的焊接質(zhì)量，方便工程在短時(shí)間內(nèi)完成施工，在進(jìn)行鋼管焊接時(shí)施工人員完成一段焊接就會(huì)使用超聲脈沖探傷儀對(duì)焊接的部分進(jìn)行檢測，質(zhì)量合格的焊接可以繼續(xù)進(jìn)行下一道工序，若是出現(xiàn)質(zhì)量問題就需要重新進(jìn)行焊接，這樣一來不僅降低了工程施工的費(fèi)用，同時(shí)能夠縮短工程的施工時(shí)間。

2.2超聲脈沖法在管壁厚度檢測中的應(yīng)用

眾所周知，黃河是一條泥沙相對(duì)較多的河流，在含有泥沙的水流沖擊下，灌溉區(qū)域以及水電站的引水鋼管管壁厚度會(huì)逐漸減小。為了增強(qiáng)管道的質(zhì)量，避免出現(xiàn)質(zhì)量問題，施工單位相關(guān)人員需要定期對(duì)鋼管管壁狀況進(jìn)行檢查。在預(yù)埋鋼管時(shí)，由于其管線長外加管徑相對(duì)較大，一些在地下預(yù)埋的管線會(huì)被混泥土包裹，無法對(duì)其進(jìn)行測量，使用普通的檢測方法對(duì)鋼管的壁厚也難以進(jìn)行檢測。在這種情況下，采用脈沖超聲波金屬探測儀檢測已知聲速中的金屬材料往返時(shí)間，在檢測過程中還會(huì)清楚的了解金屬材料的厚度，可以通過鋼管露在外側(cè)的部分管道的檢測猜測被混凝土掩埋的另一側(cè)管厚，最終會(huì)得出管壁的厚度。

2.3水利工程混凝土質(zhì)量檢測中對(duì)超聲脈沖法的應(yīng)用

混凝土是建筑工程施工中最為常用施工材料，通常被用于施工的各個(gè)環(huán)節(jié)。如果一個(gè)環(huán)節(jié)的使用稍有不慎就會(huì)對(duì)其他環(huán)節(jié)的質(zhì)量造成影響。對(duì)于結(jié)構(gòu)混凝土來說，其標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度能夠通過混凝土的性能反映出來，在工程施工中，如果一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會(huì)導(dǎo)致混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件的可信度降低，這時(shí)施工的混凝土不再代表整個(gè)施工中所用混凝土的真實(shí)狀態(tài)。

因此，需要對(duì)混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行檢測時(shí)，可以從結(jié)構(gòu)中采樣使用破損檢測法，但是這種檢測方法只能檢測其強(qiáng)度，不能檢測混凝土的缺陷，隨著超聲波檢測法的發(fā)展，在混凝土檢測中逐漸被應(yīng)用，這一檢測方法不僅能夠?qū)炷恋膹?qiáng)度進(jìn)行檢測，同時(shí)還能夠檢測其中存在的缺陷。

2.3.1超聲脈沖法對(duì)混凝土強(qiáng)度的檢測分析

混凝土是由多種配料配制而成的人造石材，其配料以及施工條件的不同在一定程度上會(huì)對(duì)混凝土的強(qiáng)度造成影響。因此，在對(duì)混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行檢測時(shí)人們往往會(huì)選擇超聲脈沖法，應(yīng)用這種方法進(jìn)行檢測的原理是超聲脈沖波通過一定的速度能夠穿透混凝土，外加混凝土自身的彈性性質(zhì)，超聲脈沖波就是根據(jù)這兩者之間的關(guān)系來對(duì)混凝土進(jìn)行檢測。在檢測中，還需要加以數(shù)學(xué)模型，使得檢測更具有科學(xué)性。超聲脈沖法是目前建筑行業(yè)對(duì)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測的比較準(zhǔn)確的方法。

2.3.2超聲脈沖法對(duì)混凝土缺陷的檢測分析

通常情況下，當(dāng)混凝土的原材料以及配合比一定的條件下，超聲脈沖波穿過混凝土的速度越快，就證明該混凝土的強(qiáng)度越高，混凝土的內(nèi)部就會(huì)越密實(shí)。在混凝土沒有空洞的地方或者是混凝土沒有縫隙時(shí)，超聲脈沖波就會(huì)以特別快的速度穿過，若混凝土內(nèi)部存在縫隙時(shí)，這種檢測波就會(huì)繞道而行，并且在有縫隙的地方出現(xiàn)反射或者是散射的現(xiàn)象。人們可以通過超聲脈沖波的測量值判斷出混凝土縫隙出現(xiàn)的位置，也能夠判斷出混凝土空洞出現(xiàn)的范圍以及長度大小。在這一檢測過程中，由于超聲脈沖波的檢測設(shè)備相對(duì)簡單，并且操作方便，其檢測結(jié)果也比較準(zhǔn)確。但是由于超聲脈沖法自身是一種新型的技術(shù)，難度較高，因此還存在許多未被發(fā)掘的潛能，在技術(shù)方面還需要進(jìn)行深入研究。

3　結(jié)論與建議

本文對(duì)超聲脈沖在鋼焊縫質(zhì)量檢測、鋼管壁厚檢測和混凝土質(zhì)量檢測三方面的檢測方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。利用超聲脈沖波斜度穿到鋼焊縫中的波光反射可檢測焊縫是否存在缺陷及缺陷的具體位置；通過檢測脈沖超聲波在已知聲速中的金屬材料往返時(shí)間可檢測管壁厚度；通過超聲脈沖波在混凝土中穿過的速度可判斷混凝土的強(qiáng)度和缺陷。鑒于超聲脈沖法較傳統(tǒng)檢測方法有的諸多優(yōu)點(diǎn)，其在水利工程質(zhì)量檢測中應(yīng)用廣泛。但由于該技術(shù)所涉及領(lǐng)域眾多，檢測技術(shù)和方法要求較高，我國目前對(duì)超聲脈沖法在水利工程的研究還不夠深入，檢測方法有限，因此，還需加大在該領(lǐng)域的研究與試驗(yàn)，從多個(gè)角度以及多方面研究出更為有利的檢測方法與策略，以便更好的適應(yīng)水利工程質(zhì)量檢測要求和促進(jìn)水利工程的全面發(fā)展。陜西水利

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（責(zé)任編輯：李蕊）

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