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摘要：本文对超声波无损检测存在的局限性进行了详细分析，并针对性的提出了解决措施。
关键词：超声波无损检测；局限；措施
Abstract: this paper makes a detailed analysis of the limitation of ultrasonic nondestructive testing, and corresponding solving measures are put forward.
Key words: ultrasonic nondestructive testing; Limitations; measures.
中图分类号：TV698.1+5文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
前言
无损检测的常规方法有直接用肉眼检查的宏观检验、用射线照相探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤等仪器检测。肉眼宏观检测可以不使用任何仪器和设备，但肉眼不能穿透工件来检查工件内部缺陷，而超声波检测等方法则可以通过各种各样的仪器或设备来进行检测，既可以检查肉眼不能检查的工件内部缺陷，也可以大大提高检测的准确性和可靠性。
一、超声波检测的局限性
超声波检测具有以下优点：面积型缺陷的检出率较高；应用范围广；检测成本低、速度快、仪器体积小，重量轻，现场使用方便等优点，但是由于超声波自身原理和结构的缺点，使其也具有一定的局限性。
（一）体积型缺陷的检出率较低
从理论上说，反射超声波额缺陷面积越大，回波越高，越容易检出。因为面积型缺陷反射面积大而体积型缺陷反射面积小，所以面积型缺陷的检出率高。实践中，对厚度（约30mm以上）焊缝的裂纹和未熔合缺陷检测，超声波检测确实比射线照相灵敏。但是在较薄的焊缝中，这一结论是不成立的。
必须注意，面积型缺陷反射波并不是总是很高的，有些细小裂纹和未熔合反射波并不高，因而也有漏检的例子。此外，厚焊缝中的未熔合缺陷反射面如果较光滑，单探头检测可能接受不到回波，也会漏检。对厚焊缝中的未熔合缺陷检测可采用一些特殊超声波检测技术，例如TOFD技术，串列扫查技术等。
（二）无法得到缺陷直观图像，定性困难，定量精度不高
超声波检测是通过观察脉冲回波来获得缺陷信息的。缺陷位置根据回波位置来确定，对小缺陷（一般10mm以下）可直接用波高来测量其大小，所得的结果称为当量尺寸；对大缺陷，需要移动探头进行测量，所得结果称指示长度或指示面积。由于无法得到缺陷图像，缺陷的形状、表面状态等特征也很难获得，因此判定缺陷性质是困难的。在定量方面，所谓缺陷当量尺寸、指示长度或指示面积与实际缺陷尺寸都有误差，因为波高变化受很多因素影响。超声波对缺陷定量的尺寸与实际缺陷尺寸误差几毫米甚至更大，一般认为是正常的。
近些年来，在超声波定性和定量技术方面有一些进展。例如，用不同扫查手法结合动态波形观察对缺陷定性、采用聚焦探头结合数字式探伤仪对缺陷定量，以及各种自动扫查、信号处理和成像技术等。但是，实际应用效果还不能令人满意。
（三）检测结果无直接见证记录
由于不能像射线照相那样留下直接见证记录，超声波检测结果的真实性、直观性、全面性和可追踪性都比不上射线照相。超声波检测的可靠性在很大程度上受检测人员责任心和技术水平的影响。如果检测方法选择不当，或工艺制定不当，或操作方面失误，便有可能导致大缺陷漏检。此外，对超声波检测结果的审核或复查也是困难的，因其错误的检测结果不像射线照相那样容易发现和纠正。这是超声波检测的一大不足。
有些便携式数字式超声波探伤仪虽然能记录波形，但是仍不能算检测结果的直接见证记录。只有做到对检测全过程的探头位置、回波反射点位置，以及回波信号三者关联起来，才能算真正的检测直接记录。不过，近年来发展的自动化数字式超声波检测系统，以及带编码器的高级便携式超声波仪器已经能够实现上述要求。
（四）材质、晶粒度对探伤有影响
晶粒粗大的材料，例如铸钢、奥氏体不锈钢焊缝，未经正火处理的电渣焊焊缝，一般认为不宜使用超声波进行检测。这是因为粗大晶粒的晶界会反射声波，在屏幕上出现大量的“草状回波”，容易与缺陷波混淆，因而影响检测可靠性。
近年来，有人对奥氏体不锈钢焊缝超声波探伤技术进行了专门的研究。结果表明，如果采用特殊的探头（纵波窄脉冲探头）降低信噪比，并制定专门的无损检测工艺，可以实施奥氏体不锈鋼焊缝的超声波检测，其精度和可靠性基本上能够得到保证。
（五）不适合检验较薄的工件
超声波对钢有足够的穿透力，检测直径达几米的锻件，厚度达上百毫米的焊缝并不太困难。另外，对厚度大的工件检测，表面回波与缺陷波容易区分。因此现对于射线检测来说，超声波更加适合检验厚度较大的工件。但对较薄的工件，例如厚度小于8mm的焊缝和6mm的板材，进行超声波检测检验则存在困难。薄焊缝检测困难是因为上下表面形状回波容易与缺陷回波混淆，难以识别；薄板材检测困难除了表面回波容易与缺陷波混淆的问题外，还因为超声波探伤存在盲区以及脉冲宽度影响纵向分辨率。
（六）工件不规则的外形和一些结构会影响检测
例如，台、槽、孔较多的锻件，不等厚削薄的焊缝，管板与筒体的对接焊缝，直边较短的封头与筒体连接的环焊逢，高颈法兰与管子对接焊缝等，会使检测变的困难。
对锻件，一般在台、槽、孔加工前进行超声波检测。管板与筒体的对接焊缝，直边较短的封头与筒体连接的环焊缝一类结构对超声波检测的影响，主要是探头扫查面长度不够。可通过增加扫查面，或采用两种角度探头，或把焊缝磨平后检测等方法来解决。不等厚度削薄的焊缝或类似结构的问题，是扫查面不规则。对此可通过改变扫查面，或采用计算法选择合适角度探头和对缺陷定位等方法来解决。
对上述结构无论采用何种方法检测，都必须仔细检查是否做到所有检测区域100%被扫查到。检查可通过计算法或作图法进行。
二、超声波检测的局限性解决措施
为了解决超声波无损检测存在的局限性，使得超声波检测更加准确，保证焊接工程质量，在实际的工程工作中我们一般采取以下方法。
（一）合理选择无损检测方法无损检测在实际应用中，由于检测方法本身有局限性，不能适用于所有工件和所有缺陷，为了提高检测结果的可靠性，必须在检测前，根据被检物的材质、结构、形状、尺寸，预计可能产生什么种类，什么形状的缺陷，在什么部位、什么方向产生，根据以上种种情况分析，然后根据无损检测方法各自的特点选择最合适的检测方法。例如，钢板的分层缺陷因其延伸方向与板平行，就不适合射线检测而应选择超声波检测。检查工件表面细小的裂纹就不应选择射线和超声波检测，而应选择磁粉和渗透检测。此外，选用无损检测方法和应用时还应充分的认识到，检测的目的不是片面的追求那种过高要求的产品“高质量”，而是在保证充分安全性的同时要保证产品的经济性。只有这样，无损检测方法的选择和应用才会是正确的、合理的。
（二）各种无损检测方法综合应用在无损检测应用中，必须认识到任何一种无损检测方法都不是万能的，每种无损检测方法都有它自己的优点，也有它的缺点。因此，在无损检测的应用中，如果可能，不要只采用一种无损检测方法，而尽可能多的同时采用儿种方法，以便保证各种检测方法互相取长补短，从而取得更多的信息。另外，还应利用无损检测以外的其他检测所得的信息，利用有关材料、焊接、加工工艺的知识及产品结构的知识，综合起来进行判断，例如，超声波对裂纹缺陷探测灵敏度较高，但定性不准是其不足，而射线的优点是对缺陷定性比较准确，两者配合使用，就能保证检测结果既可靠又准确。
（三）与破坏性检测相配合无损检测的最大特点是能在不损伤材料、工件和结构的前提下进行检测，所以无损检测后，产品的检查率可以达到100%。但是，并不是所有需要测试的项目和指标都能进行无损检测，无损检测技术自身还有局限性。某些试验只能采用破坏性检测，因此，在目前无损检测还不能完全代替破坏性检测。也就是说，对一个工件、材料、机器设备的评价，必须把无损检测的结果与破坏性检测的结果互相对比和配合，才能作出准确的评定。例如液化石油气钢瓶除了无损检测外还要进行爆破试验。锅炉管子焊缝，有时要切取试样做金相和断口检验。
（三）正确选择检测时机 在进行无损检测时，必须根据无损检测的目的，正确选择无损检测实施的时机。例如，锻件的超声波探伤，一般安排在锻造完成且进行过粗加工后，钻孔、铣槽、精磨等最终机加工前，因为此时扫查面较平整，耦合较好，有可能干扰探伤的孔、槽、台还未加工，发现质量问题处理也较容易，损失也较小，又例如，要检查高强钢焊缝有无延迟裂纹，无损检测实施的时机，就应安排在焊接完成24h以后进行。要检查热处理工艺是否正确，就应将无损检测实施时机放在热处理之后进行。只有正确的选用实施无损检测的时机，才能顺利地完成检测，正确评价产品质量。
关键词：超声波无损检测；局限；措施
Abstract: this paper makes a detailed analysis of the limitation of ultrasonic nondestructive testing, and corresponding solving measures are put forward.
Key words: ultrasonic nondestructive testing; Limitations; measures.
中图分类号：TV698.1+5文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
前言
无损检测的常规方法有直接用肉眼检查的宏观检验、用射线照相探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤等仪器检测。肉眼宏观检测可以不使用任何仪器和设备，但肉眼不能穿透工件来检查工件内部缺陷，而超声波检测等方法则可以通过各种各样的仪器或设备来进行检测，既可以检查肉眼不能检查的工件内部缺陷，也可以大大提高检测的准确性和可靠性。
一、超声波检测的局限性
超声波检测具有以下优点：面积型缺陷的检出率较高；应用范围广；检测成本低、速度快、仪器体积小，重量轻，现场使用方便等优点，但是由于超声波自身原理和结构的缺点，使其也具有一定的局限性。
（一）体积型缺陷的检出率较低
从理论上说，反射超声波额缺陷面积越大，回波越高，越容易检出。因为面积型缺陷反射面积大而体积型缺陷反射面积小，所以面积型缺陷的检出率高。实践中，对厚度（约30mm以上）焊缝的裂纹和未熔合缺陷检测，超声波检测确实比射线照相灵敏。但是在较薄的焊缝中，这一结论是不成立的。
必须注意，面积型缺陷反射波并不是总是很高的，有些细小裂纹和未熔合反射波并不高，因而也有漏检的例子。此外，厚焊缝中的未熔合缺陷反射面如果较光滑，单探头检测可能接受不到回波，也会漏检。对厚焊缝中的未熔合缺陷检测可采用一些特殊超声波检测技术，例如TOFD技术，串列扫查技术等。
（二）无法得到缺陷直观图像，定性困难，定量精度不高
超声波检测是通过观察脉冲回波来获得缺陷信息的。缺陷位置根据回波位置来确定，对小缺陷（一般10mm以下）可直接用波高来测量其大小，所得的结果称为当量尺寸；对大缺陷，需要移动探头进行测量，所得结果称指示长度或指示面积。由于无法得到缺陷图像，缺陷的形状、表面状态等特征也很难获得，因此判定缺陷性质是困难的。在定量方面，所谓缺陷当量尺寸、指示长度或指示面积与实际缺陷尺寸都有误差，因为波高变化受很多因素影响。超声波对缺陷定量的尺寸与实际缺陷尺寸误差几毫米甚至更大，一般认为是正常的。
近些年来，在超声波定性和定量技术方面有一些进展。例如，用不同扫查手法结合动态波形观察对缺陷定性、采用聚焦探头结合数字式探伤仪对缺陷定量，以及各种自动扫查、信号处理和成像技术等。但是，实际应用效果还不能令人满意。
（三）检测结果无直接见证记录
由于不能像射线照相那样留下直接见证记录，超声波检测结果的真实性、直观性、全面性和可追踪性都比不上射线照相。超声波检测的可靠性在很大程度上受检测人员责任心和技术水平的影响。如果检测方法选择不当，或工艺制定不当，或操作方面失误，便有可能导致大缺陷漏检。此外，对超声波检测结果的审核或复查也是困难的，因其错误的检测结果不像射线照相那样容易发现和纠正。这是超声波检测的一大不足。
有些便携式数字式超声波探伤仪虽然能记录波形，但是仍不能算检测结果的直接见证记录。只有做到对检测全过程的探头位置、回波反射点位置，以及回波信号三者关联起来，才能算真正的检测直接记录。不过，近年来发展的自动化数字式超声波检测系统，以及带编码器的高级便携式超声波仪器已经能够实现上述要求。
（四）材质、晶粒度对探伤有影响
晶粒粗大的材料，例如铸钢、奥氏体不锈钢焊缝，未经正火处理的电渣焊焊缝，一般认为不宜使用超声波进行检测。这是因为粗大晶粒的晶界会反射声波，在屏幕上出现大量的“草状回波”，容易与缺陷波混淆，因而影响检测可靠性。
近年来，有人对奥氏体不锈钢焊缝超声波探伤技术进行了专门的研究。结果表明，如果采用特殊的探头（纵波窄脉冲探头）降低信噪比，并制定专门的无损检测工艺，可以实施奥氏体不锈鋼焊缝的超声波检测，其精度和可靠性基本上能够得到保证。
（五）不适合检验较薄的工件
超声波对钢有足够的穿透力，检测直径达几米的锻件，厚度达上百毫米的焊缝并不太困难。另外，对厚度大的工件检测，表面回波与缺陷波容易区分。因此现对于射线检测来说，超声波更加适合检验厚度较大的工件。但对较薄的工件，例如厚度小于8mm的焊缝和6mm的板材，进行超声波检测检验则存在困难。薄焊缝检测困难是因为上下表面形状回波容易与缺陷回波混淆，难以识别；薄板材检测困难除了表面回波容易与缺陷波混淆的问题外，还因为超声波探伤存在盲区以及脉冲宽度影响纵向分辨率。
（六）工件不规则的外形和一些结构会影响检测
例如，台、槽、孔较多的锻件，不等厚削薄的焊缝，管板与筒体的对接焊缝，直边较短的封头与筒体连接的环焊逢，高颈法兰与管子对接焊缝等，会使检测变的困难。
对锻件，一般在台、槽、孔加工前进行超声波检测。管板与筒体的对接焊缝，直边较短的封头与筒体连接的环焊缝一类结构对超声波检测的影响，主要是探头扫查面长度不够。可通过增加扫查面，或采用两种角度探头，或把焊缝磨平后检测等方法来解决。不等厚度削薄的焊缝或类似结构的问题，是扫查面不规则。对此可通过改变扫查面，或采用计算法选择合适角度探头和对缺陷定位等方法来解决。
对上述结构无论采用何种方法检测，都必须仔细检查是否做到所有检测区域100%被扫查到。检查可通过计算法或作图法进行。
二、超声波检测的局限性解决措施
为了解决超声波无损检测存在的局限性，使得超声波检测更加准确，保证焊接工程质量，在实际的工程工作中我们一般采取以下方法。
（一）合理选择无损检测方法无损检测在实际应用中，由于检测方法本身有局限性，不能适用于所有工件和所有缺陷，为了提高检测结果的可靠性，必须在检测前，根据被检物的材质、结构、形状、尺寸，预计可能产生什么种类，什么形状的缺陷，在什么部位、什么方向产生，根据以上种种情况分析，然后根据无损检测方法各自的特点选择最合适的检测方法。例如，钢板的分层缺陷因其延伸方向与板平行，就不适合射线检测而应选择超声波检测。检查工件表面细小的裂纹就不应选择射线和超声波检测，而应选择磁粉和渗透检测。此外，选用无损检测方法和应用时还应充分的认识到，检测的目的不是片面的追求那种过高要求的产品“高质量”，而是在保证充分安全性的同时要保证产品的经济性。只有这样，无损检测方法的选择和应用才会是正确的、合理的。
（二）各种无损检测方法综合应用在无损检测应用中，必须认识到任何一种无损检测方法都不是万能的，每种无损检测方法都有它自己的优点，也有它的缺点。因此，在无损检测的应用中，如果可能，不要只采用一种无损检测方法，而尽可能多的同时采用儿种方法，以便保证各种检测方法互相取长补短，从而取得更多的信息。另外，还应利用无损检测以外的其他检测所得的信息，利用有关材料、焊接、加工工艺的知识及产品结构的知识，综合起来进行判断，例如，超声波对裂纹缺陷探测灵敏度较高，但定性不准是其不足，而射线的优点是对缺陷定性比较准确，两者配合使用，就能保证检测结果既可靠又准确。
（三）与破坏性检测相配合无损检测的最大特点是能在不损伤材料、工件和结构的前提下进行检测，所以无损检测后，产品的检查率可以达到100%。但是，并不是所有需要测试的项目和指标都能进行无损检测，无损检测技术自身还有局限性。某些试验只能采用破坏性检测，因此，在目前无损检测还不能完全代替破坏性检测。也就是说，对一个工件、材料、机器设备的评价，必须把无损检测的结果与破坏性检测的结果互相对比和配合，才能作出准确的评定。例如液化石油气钢瓶除了无损检测外还要进行爆破试验。锅炉管子焊缝，有时要切取试样做金相和断口检验。
（三）正确选择检测时机 在进行无损检测时，必须根据无损检测的目的，正确选择无损检测实施的时机。例如，锻件的超声波探伤，一般安排在锻造完成且进行过粗加工后，钻孔、铣槽、精磨等最终机加工前，因为此时扫查面较平整，耦合较好，有可能干扰探伤的孔、槽、台还未加工，发现质量问题处理也较容易，损失也较小，又例如，要检查高强钢焊缝有无延迟裂纹，无损检测实施的时机，就应安排在焊接完成24h以后进行。要检查热处理工艺是否正确，就应将无损检测实施时机放在热处理之后进行。只有正确的选用实施无损检测的时机，才能顺利地完成检测，正确评价产品质量。