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如何找到看不見(jiàn)、摸不到的物體？海豚和蝙蝠可以給我們一些啟發(fā)。動(dòng)物會(huì)發(fā)出超聲波，并檢測(cè)其反射，以便在完全黑暗的環(huán)境中導(dǎo)航并發(fā)現(xiàn)捕食者和獵物。
經(jīng)過(guò)數(shù)十年的聲學(xué)實(shí)驗(yàn)、回聲定位研究以及壓電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，人類已經(jīng)能夠?qū)⒊暡☉?yīng)用于工業(yè)用途。
混凝土、鋼鐵、陶瓷和玻璃，超聲波檢測(cè) (UT) 方法有助于精 確識(shí)別資產(chǎn)缺陷，并且不會(huì)對(duì)物體或操作員造成風(fēng)險(xiǎn)。
什么是超聲波檢測(cè)（UT）？
超聲波檢測(cè)是一種無(wú)損檢測(cè) (NDT) 方法，利用高頻聲波檢查物體的材料特性并進(jìn)行尺寸測(cè)量。
通過(guò)分析超聲波脈沖穿透測(cè)試對(duì)象的軌跡和時(shí)間，檢測(cè)人員可以檢測(cè)到表面缺陷和內(nèi)部不連續(xù)性，如裂縫、空洞或纖維脫粘，這些缺陷最小只有聲波長(zhǎng)度的一半。如此高的靈敏度水平使超聲波成為一種有效的方法，即使在傳播的早期階段也能檢測(cè)裂紋、空洞、夾雜物和腐蝕。
超聲波檢測(cè)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其多功能性：您可以掃描金屬、聚合物、塑料、陶瓷、玻璃纖維和玻璃物體 - 幾乎除了泡沫、橡膠和某些聲學(xué)透明復(fù)合材料之外的所有類型的材料。
超聲波檢測(cè)如何工作？
標(biāo)準(zhǔn)超聲波檢測(cè)裝置有三個(gè)主要部件：脈沖發(fā)生器/接收器、傳感器和讀數(shù)顯示器。脈沖發(fā)生器產(chǎn)生高壓電能，刺激傳感器產(chǎn)生 0.1 至 15 MHz 之間的短聲波 - 人類或大多數(shù)動(dòng)物聽(tīng)不到的頻率。
這些定向聲波從探頭發(fā)出，碰到物體（或缺陷）后反彈回來(lái)，然后傳回信號(hào)。傳感器將波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖，并以圖形形式顯示在顯示設(shè)備上。
標(biāo)準(zhǔn)讀數(shù)為：
l未發(fā)現(xiàn)缺陷：圖表顯示兩個(gè)大小均勻的波 - 一個(gè)是探頭的初始脈沖，另一個(gè)是后壁發(fā)射的。
l發(fā)現(xiàn)缺陷：波從裂縫或孔隙反彈，并且圖形反映出兩者之間的額外回聲：
通過(guò)分析波的傳播時(shí)間和速度，UT 檢測(cè)人員可以準(zhǔn)確定位和表征缺陷及其大小、方向和形狀。
得益于最近的技術(shù)進(jìn)步，超聲波檢測(cè)正變得越來(lái)越自動(dòng)化。配備 UT 探頭的無(wú)人機(jī)甚至可以在難以觸及的表面上進(jìn)行檢查。通過(guò)將人工智能應(yīng)用于分析階段，檢查人員可以從收集的 NDT 數(shù)據(jù)中得出更具說(shuō)服力的證據(jù)。
超聲波無(wú)損檢測(cè)用于哪些領(lǐng)域？
超聲波檢測(cè)是一種無(wú)損檢測(cè)方法，非常適合檢查大型工業(yè)設(shè)備，如火炬塔、風(fēng)力渦輪機(jī)、儲(chǔ)罐、管道和焊縫。使用合適的儀器，可以在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)完成檢查，并將設(shè)備停機(jī)時(shí)間降至最 低。
定期 UT 評(píng)估是許多安全認(rèn)證和協(xié)議不可或缺的一部分，例如：
lISO 11666:2010和2011，涵蓋焊縫測(cè)試
lAPI RP 2I關(guān)于系泊硬件的運(yùn)行檢查
lAPI 5L適用于管線管道
除此之外，其他行業(yè)也采用超聲波測(cè)試來(lái)評(píng)估資產(chǎn)狀況。
您需要多久進(jìn)行一次超聲波檢測(cè)？
超聲波檢查的規(guī)律性取決于物體的類型、暴露的環(huán)境因素（例如溫度、壓力、濕度）、材料、年齡、當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)，甚至原始設(shè)備制造商（OEM）的指導(dǎo)方針。
以下是不同類型資產(chǎn)的一些時(shí)間表：
l鋼制和鋁制 DOT 氣瓶— 根據(jù)美國(guó)運(yùn)輸部規(guī)定，每 5-10 年一次。
l建議在制造商保修期內(nèi)每 5 年檢查一次風(fēng)力葉片，如果之前發(fā)現(xiàn)損壞，則每 6 至 12 個(gè)月檢查一次。
l根據(jù)API 653，當(dāng)腐蝕率尚不清楚時(shí)，儲(chǔ)罐必須每 5 年檢查一次。
l壓力容器— 每 10 年或腐蝕速率壽命剩余的 3/4（API 510）。
l管道和管筒— 每 5-10 年一次，取決于管道等級(jí) ( API 570 )。
l焊縫 —焊接過(guò)程之前和之后，一旦焊縫冷卻下來(lái)（API 577）。
資產(chǎn)使用時(shí)間越長(zhǎng)，檢查頻率就越高?？紤]將 UT 添加到您的年度檢查計(jì)劃中，以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命并防止不可預(yù)見(jiàn)的故障。
超聲波檢測(cè)在測(cè)量物體厚度（查找腐蝕和孔洞）和檢測(cè)缺陷（如裂紋、孔隙、脫粘和夾雜物）方面非常有效。此外，UT 還可以幫助技術(shù)人員確定缺陷的范圍及其尺寸。
然而，超聲波檢測(cè)可能會(huì)對(duì)形狀不規(guī)則、結(jié)構(gòu)不均勻或材料粗糙的物體產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)果。
超聲波檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)：
l非破壞性，無(wú)需拆卸資產(chǎn)進(jìn)行檢查
l對(duì)檢查員來(lái)說(shuō)很安全，不需要使用化學(xué)品或輻射（如X射線）
l適用于重型、不可移動(dòng)的物體，只需單側(cè)即可進(jìn)行測(cè)試
l與其他 NDT 方法不同，普遍適用于大多數(shù)材料。
l甚至可以定位密封物體（例如真空壓力罐）深處的缺陷
l可識(shí)別最小的缺陷 — 傳統(tǒng)檢測(cè)最小為 0.2 毫米，高頻檢測(cè)最小為 0.05 毫米
l提供缺陷的尺寸、形狀、角度和方向的信息
l立即給出結(jié)果，從而能夠立即采取行動(dòng)。
超聲波檢測(cè)的缺點(diǎn)
l需要經(jīng)過(guò)認(rèn)證和培訓(xùn)的技術(shù)人員正確執(zhí)行測(cè)試并解釋結(jié)果
l對(duì)形狀復(fù)雜且表面粗糙的物體可能會(huì)產(chǎn)生低于標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果。
l需要額外的校準(zhǔn)和專業(yè)知識(shí)來(lái)提供高保真讀數(shù)
l不能用于測(cè)試橡膠基材料
l對(duì)于臟污或有涂層的表面可能無(wú)法提供準(zhǔn)確的結(jié)果
超聲波檢測(cè)需要合格的技術(shù)人員和符合 ISO 認(rèn)證/EN 標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)設(shè)備。如果可以安全進(jìn)入該區(qū)域，則可以對(duì)正在使用的資產(chǎn)進(jìn)行 UT。
技術(shù)人員評(píng)估材料的屬性，確定測(cè)試目標(biāo)，并選擇正確的 UT 方法、探頭口徑和掃描頻率。
超聲波檢查包括以下步驟：
1. 準(zhǔn)備腳手架以確保能夠進(jìn)入檢查區(qū)域（如果需要）
2. 清除表面的污垢、外部物質(zhì)或涂層（這些會(huì)造成干擾）
3. 根據(jù)評(píng)估目的和測(cè)試對(duì)象特征選擇UT探頭
4. 通過(guò)校準(zhǔn)塊發(fā)送脈沖來(lái)執(zhí)行功能測(cè)試
5. 通過(guò)建立適合特定材料的參數(shù)（距離范圍、幅度范圍、角度）來(lái)校準(zhǔn)設(shè)備
6. 將耦合材料（水或油）涂抹到測(cè)試區(qū)域
7. 將傳感器設(shè)置在測(cè)試區(qū)域上并滑動(dòng)，精 確定位圖形中的變化
測(cè)試完成后，UT技術(shù)人員應(yīng)記錄資產(chǎn)詳細(xì)信息（制造商、狀況、方向）、測(cè)試結(jié)果、檢查日期和任何程序偏差。
UT 可以手動(dòng)、機(jī)械或自動(dòng)完成。
要進(jìn)行簡(jiǎn)單的超聲波檢測(cè)，您需要一個(gè)脈沖發(fā)生器/接收器、一個(gè)傳感器、一個(gè)顯示設(shè)備和一種耦合劑（油、凝膠或水）。經(jīng)過(guò)認(rèn)證的 UT 技術(shù)人員還會(huì)使用校準(zhǔn)塊（用于參考參數(shù)）、附加電纜（用于檢查大空間）、數(shù)據(jù)分析軟件和無(wú)人機(jī)。
設(shè)備的選擇取決于材料結(jié)構(gòu)、角度和檢測(cè)類型。例如，直光束探頭適用于超聲波厚度檢測(cè)，而斜光束探頭更適合焊縫檢測(cè)。
今天，您將看到許多多功能的 UT 工具，將傳感器與脈沖接收器組合成一個(gè)緊湊的設(shè)備或攜帶 UT 探頭的無(wú)人機(jī)。
超聲波換能器（也稱為探頭）具有壓電元件，可將電能轉(zhuǎn)換為聲波并反之。換能器通常具有各種尺寸和形狀，是任何超聲波檢測(cè)設(shè)備的基礎(chǔ)。換能器可以手持或安裝在無(wú)人機(jī)上，例如 Voliro 單元件超聲波探頭。
超聲波探頭主要有三種類型：
l單晶直光束探頭包含一個(gè)壓電元件，可同時(shí)充當(dāng)發(fā)射器和接收器。此探頭為標(biāo)準(zhǔn)探頭，可穿透涂層讀取數(shù)據(jù)，且不會(huì)造成測(cè)試失真。
l雙元件探頭由發(fā)射器和接收器組成，發(fā)射器和接收器裝在同一個(gè)外殼內(nèi)，但被隔音屏障隔開(kāi)。它們?cè)跍y(cè)試材料中形成 V 形聲路，使其成為測(cè)量剩余壁厚的絕佳選擇。
l斜光束探頭是焊縫檢測(cè)過(guò)程中使用的單元件設(shè)備。這些探頭可以以特定角度（45 度、60 度和 70 度）發(fā)射橫波和縱波。
脈沖接收器是超聲波檢測(cè)過(guò)程的另一個(gè)組成部分。該設(shè)備將電脈沖發(fā)送到換能器，換能器將其轉(zhuǎn)換為聲波。當(dāng)收到信號(hào)時(shí)，脈沖接收器將其重現(xiàn)到屏幕上。通常，制造商將脈沖接收器、換能器和成像設(shè)備組合成一個(gè)設(shè)備。
超聲波探傷儀是一種先進(jìn)的便攜式超聲波設(shè)備，配備專用探頭，用于定位金屬、塑料、陶瓷和復(fù)合材料中的裂紋、空隙或其他改變。
標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器由集成脈沖發(fā)生器/接收器、超聲波傳感器和顯示設(shè)備組成。它們通常在 500 kHz-10 MHz 頻率范圍內(nèi)工作，可探測(cè)波長(zhǎng)一半的缺陷，并使用單元件、雙元件、斜波束傳感器。高級(jí)設(shè)備可能包括相控陣探頭、2D 矩陣陣列功能和實(shí)時(shí)分析軟件，以便更好地對(duì)測(cè)試件中的缺陷進(jìn)行分類。
EMAT 是新一代換能器，可讓檢查人員在不直接接觸表面的情況下進(jìn)行測(cè)試。EMAT 使用電磁場(chǎng)通過(guò)向資產(chǎn)表面發(fā)送脈沖信號(hào)引起機(jī)械振動(dòng)來(lái)產(chǎn)生超聲波。
用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈也充當(dāng)接收器。超聲波通過(guò)測(cè)試結(jié)構(gòu)傳播，改變線圈中的磁場(chǎng)并產(chǎn)生可分析的電信號(hào)。
電磁聲學(xué)換能器的頻率范圍更廣，可以檢測(cè)不同類型的聲發(fā)射。例如，Voliro 的無(wú)人機(jī) EMAT 有效載荷以 3.5-4 MHz 的頻率運(yùn)行，可以有效掃描鋼管、鈦軸承結(jié)構(gòu)、壓力容器和焊接接頭等資產(chǎn)。
通過(guò)使用帶有 EMAT 有效載荷的 Voliro T 無(wú)人機(jī)，您還可以在高空?qǐng)?zhí)行 AE 測(cè)試，即使是在表面粗糙或涂層的資產(chǎn)上。這減少了建造昂貴的腳手架以到達(dá)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)或去除可能干擾壓電換能器測(cè)量的保護(hù)涂層的需要。
例如，有效收集有關(guān)煙囪和火炬內(nèi)滅火環(huán)的腐蝕、磨損和凍結(jié)的數(shù)據(jù)?；蛘邫z查大型水泥窯的耐火材料磨損情況，而無(wú)需使用升降機(jī)。
超聲波測(cè)厚儀是一種用于測(cè)量由金屬、塑料、復(fù)合材料、玻璃纖維和陶瓷制成的管道、管子和儲(chǔ)罐壁厚的設(shè)備。厚度測(cè)量工具計(jì)算發(fā)送和接收聲波之間的時(shí)間間隔。通過(guò)分析這些指標(biāo)，UT 技術(shù)人員可以估計(jì)壁面腐蝕或局部變薄的嚴(yán)重程度。
在理想條件下（光滑表面和第 一溫度），數(shù)字超聲波測(cè)厚儀可以提供測(cè)量結(jié)果。例如，Voliro 超聲波換能器探頭可以在厚度范圍 2-150 毫米（0.08-5.9 英寸）內(nèi)以 0.06 毫米/0.002 英寸的分辨率進(jìn)行厚度測(cè)量。
相控陣掃描儀是一種先進(jìn)的電子設(shè)備，它使用由多個(gè)壓電晶體組成的探頭。這些晶體在不同時(shí)間獨(dú)立發(fā)射和接收超聲波。通過(guò)向同一區(qū)域發(fā)送如此多的脈沖，相控陣掃描儀可以比其他 UT 探頭更準(zhǔn)確地檢測(cè)瑕疵、檢查焊縫和測(cè)量厚度。
使用相控陣掃描儀，操作員無(wú)需手動(dòng)將探頭移過(guò)測(cè)試區(qū)域。掃描儀覆蓋面積大，從而加快了數(shù)據(jù)收集速度。通過(guò)深度聚焦掃描，它們可以更可靠地測(cè)量缺陷的高度和尺寸。
無(wú)人機(jī)是超聲波檢測(cè)的另一項(xiàng)突破。它們使技術(shù)人員能夠檢查偏遠(yuǎn)地區(qū)并安全地進(jìn)行高空測(cè)量。檢查員可以穩(wěn)穩(wěn)地站在地面上，掃描缺陷、測(cè)量資產(chǎn)尺寸并進(jìn)行厚度評(píng)估。
先進(jìn)的 NDT 檢測(cè)無(wú)人機(jī)（例如 Voliro T）無(wú)需腳手架或起重設(shè)備，因此可以縮短檢測(cè)時(shí)間（從而降低檢測(cè)成本并減少資產(chǎn)停機(jī)時(shí)間）。借助我們的高溫 UT 探頭，您還可以安全地檢測(cè)傳統(tǒng)上禁止進(jìn)入的資產(chǎn)，例如火炬塔、煙囪、鍋爐、洗滌器和熱交換管道。
Voliro 最近的案例研究充分證明了這些優(yōu)勢(shì)。配備 UT 有效載荷的 Volito T 無(wú)人機(jī)使人員無(wú)需進(jìn)入低氧不銹鋼儲(chǔ)罐進(jìn)行檢查。
Voliro T 擁有獨(dú)特的力矢量控制功能，可在表面施加高達(dá) 3 公斤的壓力，提供準(zhǔn)確的傳感器讀數(shù)。大型油箱檢查僅需 3 小時(shí)。
由于不需要額外的人員、防護(hù)措施或腳手架，Voliro 將檢查成本降低了高達(dá) 50%。
超聲波檢測(cè)可以定位哪怕是最小尺度的缺陷、腐蝕、空洞和雜質(zhì)。為了獲得這種精度，技術(shù)人員首先需要直接接觸資產(chǎn)，但現(xiàn)在情況已經(jīng)不同了。
借助 Voliro 檢查無(wú)人機(jī)和 UT 探頭，您幾乎可以在任何地方進(jìn)行超聲波檢測(cè) - 無(wú)論區(qū)域有多深、多高或多狹窄。標(biāo)準(zhǔn) UT 探頭能夠測(cè)量 4-150 毫米范圍內(nèi)的厚度。我們的高溫 UT 探頭可以在 0 – 260 °C 的溫度下工作，避免在檢查期間冷卻物體。
使用 Voliro 的全向無(wú)人機(jī)提高檢查時(shí)間和質(zhì)量。
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