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超声法在水利工程质量检测的应用

来源:   2020-11-21 15:23:40

摘要:在水利工程项目施工中,混凝土作为一种复杂性的混合材料,其内部存在着分布复杂的现象;因此,在混凝土的检查中,超声波的传播特点如下:第一,在水利工程中,混凝土内部存在的界面抗阻性相对较大,而且,当超声波在混凝土内部进行传播时,会采用较高频率的声波,在混凝土的表面上会出现较为明显的散射现象,故在检测中通常选择低频率超声波。第二,水利工程中的混凝土内部结构复杂,检测中会出现界面折射的现象,所发生的声波与折射波通过相互叠加,会出现漫射的现象,导致超声波在混凝土内部出现指向性及较差的问题。第三,在超声波脉冲法使用中,在对混凝土强度的检测中,通过超声声学原理的运用,可以提高超声波的接收效果,而且,在超声波检测中,通过不同传播途径、位置的叠加等,所获得的超声波波形会较为复杂。

在介绍超声检测法的概念及原理的基础上,阐述其在水利工程质量检测中的应用,采用超声检测法可以有效提升检测过程中的便利性和准确性,提高水利工程项目检测的有效性,推动水利行业工程质量的稳步提升。图4幅。

1超声波的概念及原理

1.1超声波的概念

所谓超声波,是一种人类无法听到的机械波,其声波超过了20kHz。在现阶段超声波计分析中,主要被运用在医学B超检验、通信以及水利工程中。由于超声波具有特殊的穿透性、指向性功能,可以通过能量的集中降低对周围环境的影响,因此,该种技术可以实现隔空透视的目的,为行业的发展提供支持。在超声波检测中,各个声波频率的使用范围存在着一定的差异性。

1.2超声波检测原理

通过对超声波检测方法的分析,将其运用在水利工程质量检测中,可以提高检测的准确性。超声波检测中,当超声波在混凝土中遇到缺陷现象,会通过反射以及折射的方法导致传播的波形发生转变,通过这一原理的运用,可以检测出水利工程中混凝土的密实度以及结构状态等。在超声波的具体检测过程中,超声波会结合混凝土弹性模量的特点以及强度,建立声速传播渠道,评估混凝土的强度;当检测中遇到缺陷混凝土,所发出的声速值会低于正常数值[2]。

1.3超声波的传播特点

在水利工程项目施工中,混凝土作为一种复杂性的混合材料,其内部存在着分布复杂的现象;因此,在混凝土的检查中,超声波的传播特点如下:第一,在水利工程中,混凝土内部存在的界面抗阻性相对较大,而且,当超声波在混凝土内部进行传播时,会采用较高频率的声波,在混凝土的表面上会出现较为明显的散射现象,故在检测中通常选择低频率超声波。第二,水利工程中的混凝土内部结构复杂,检测中会出现界面折射的现象,所发生的声波与折射波通过相互叠加,会出现漫射的现象,导致超声波在混凝土内部出现指向性及较差的问题。第三,在超声波脉冲法使用中,在对混凝土强度的检测中,通过超声声学原理的运用,可以提高超声波的接收效果,而且,在超声波检测中,通过不同传播途径、位置的叠加等,所获得的超声波波形会较为复杂[3]。

2影响超声波质量检测的相关因素

2.1设备因素

将超声波运用在水利工程检测中,设备影响因素的发生会影响水利工程质量检测的准确度。通常状况下,水利工程中影响超声波检测结果的设备因素体现在以下几个方面:第一,超声波声速的影响。在超声波检测的过程中,系统的探头与被检测的结构呈现出相对运动的状态,而在混凝土检测的过程中,扫查的过程不仅需要满足超声波的摄入方向与混凝土保持垂直,而且也需要保证混凝土检测区域中有足够的声音覆盖。在声束入射的过程中,保持垂直的状态是为了实现对混凝土内部缺陷的判断,以保证水利工程检测的合理性;整个检查过程的速度不能过快,以提升设备使用的整体价值。第二,在探头频率选择的过程中,通过超声波的使用可以及时发现检测过程中的最小缺陷,并在保证超声波穿透力检测的同时选择频率高、发射功率大的探头,以充分满足超声波检测的需求[4]。

2.2耦合因素

在水利工程的超声波检测中,被检测的表现呈现出完全不规则的状态,会出现检验探头不能良好贴合的现象,这种现象若不能及时解决,会影响检测的整体效率。因此,为了提升检测的整体效果,消除检测中的空隙,应该使用耦合剂提高检测的整体效率。在水利工程的质量检测中,可以作为耦合剂的材料较多,如甘油、水玻璃以及合成机油等。应该注意的是,在耦合剂使用的过程中,当耦合层的厚度越薄,对检测的影响越小;因此,一定要对检测物的表面进行抛光处理,以保证检测的准确性,避免超声波检测中出现检测结果不合理的现象[5]。

2.3环境因素

通过对水利工程超声波检测状况的分析,环境因素的出现是影响超声波检测结果的重要内容,在整个检测过程中,检测环境的温度过高或过低,会导致检测结果出现微小差异的变化。在超声波检测的过程中,检测结果会受到环境的影响,严重的会给水利工程的相关设备带来化学反应以及物理反应的变化,最终无法进行检测。

2.4人为因素

超声检测的手段和方法较多,检测人员分析波形来对被测物品进行判断,其准确性人为因素占50%左右,检测人员需要具备较长期的专业实践经验。所以要提高检测准确性,专业检测人员的技能培训和长期实操演练也是必不可少的。

3在水利工程质量检测中的应用

3.1金属结构检测中的应用

由于超声波设备轻便,方便携带,对人体无伤害且安全性高,常用在水利工程金属结构的现场质量检测中。由于金属结构工程中设备的差异化较大,焊缝的种类较多,焊缝连接结构以及尺寸的大小存在差异性;因此,在焊接中会受到环境以及外界因素的影响,若不能得到科学的检测处理,会影响焊缝连接的有效性,影响水利工程的整体质量。通过超声波检测方法的运用,可以在钢焊缝检测的过程中,根据焊缝的尺寸、材料声阻、部位、厚度等,使用不同角度的换能器、声速、频率、幅值和波长等手段分析,提高焊缝检测的整体质量。水利工程项目中一些灌区管道、水电站、调水工程中压力管道会使用钢质材料,在长时间的使用中,会受到自然环境侵蚀,管壁有效厚度会随锈蚀的深度逐渐减少,影响运行安全。此时使用超声法检测的优势就体现出来,可以无损害地测量钢管蚀余厚度,为水利工程运行安全提供可靠保障。

3.2混凝土工程检测中的应用

超声法检测在水利工程质量上得到了广泛的应用,结合混凝土建筑物的特点和检测对象,可使用超声脉冲波法进行检测;对混凝土内部裂缝长度、深度可使用斜测法、钻孔法来开展检测。在使用钻孔法检测时,要据换能器的尺寸在混凝土裂缝周围按一定的距离钻A、B、C等小孔,在孔中加入水作为换能器与混凝土的耦合剂,沉入探头进行检测(见图1、图2)。需要注意的是,采用斜测法时,由于混凝土中存在一些小砂砾,这些小砂砾会夹杂在裂缝中,若只是采用单面斜测法进行裂缝深度的检测,所发射出的超声波一部分会通过砂砾及裂缝穿过;而另一部则会绕过没有穿过的裂缝达到接收器,这种传播方式会给检测的准确性带来影响。

而通过双面斜测方法的使用,可以直接对裂缝进行平面斜测,检测的过程更为直接、准确。所以在水利工程施工中,为了保证裂缝检测的整体质量,应该使用超声法进行合理检查,以提高水利工程质量检测的整体价值[6]。对于这种检测技术而言,可以更为直观地检测出混凝土的缺陷问题。但是,在该技术使用中存在着难度较大的问题,而且技术的研究空间也有待加强[7]。

3.3机械电气检测中的应用

泵站、水电站、排灌站等水利工程的流量和流速可以采用超声法进行检测。由于超声设备具有便携性和安全性的特点,安装简单、现场调试方便、测量快速准确。在渠道、输水管道特别是大型渠道、大口径管道的流量、流速的测量中,用超声检测法的优势得到了很大的体现。其主要优点有以下几个方面:一是不需要安装众多的转桨测速仪,提升了检测的经济性。二是不需要连接和敷设众多的测量电缆,不会有过多的信号损失,提升了经济性、可靠性和准确性。三是不需要制作和安装大型测量框架,降低了检测过程中设备的运输、安装、拆卸和调试难度,同时大大降低了检测人员的安全风险,降低了劳动强度,大大提升了经济性。四是可实现无损检测,不需要在相应的管路打孔和渠道内的大型施工,不需要进入管道内架装流速仪,可大大降低设备和人身的安全风险。在使用超声法检测渠道流量时,应注意的是上下游两侧换能器对应的声路与水流方向的夹角在45°~60°范围内,以提高准确度;安装的时候辅以经纬仪测量为佳。

测量段渠道底部平整,无大型石块、水草等阻碍声波收发的障碍物。渠底换能器安装时应留有一小段距离,防止声波从渠底传播。可根据渠内水面高度,调整换能器探头的间距,在流态变化的地方应缩小间距,以保证测得流速的准确性。通过扩展多个通道实现多层测量,提高测量的准确度。在实施管道的流速、流量检测时,可以根据管道的尺寸,计算出两个或两对换能器的夹角及尺寸,无需破拆管道,只要将换能器钳装在管道两侧即可实现流速、流量的测量。应注意的是,换能器安装的位置、管内介质的气泡含量及换能器钳装的尺寸和角度等都对超声波法检测的准确度影响较大。因此,为提高检测数据准确性,检测时管道内必须充满介质,测量宜在直管段进行。为防止扰流和气泡,选取上游直管段为10倍以上管径,下游为3倍以上管径的部位进行;最好采用双测量面的双声路法消除测量误差;钳装换能器声路与管道中心线的夹角应在45°~75°之间。对渠道及输水管道可采取如下所示方法进行安装和施测(见图3、图4)

4结语

在当前水利事业发展的背景下,为逐渐提升水利工程质量,水利工程项目检测人员应该认识到超声检测法的先进性,并掌握它的使用技术。通过检测技术的运用及分析,选择针对性、适宜性的检测方法,有效提升在水利工程质量检测过程中的便利性和准确性,以提高水利工程项目检测的有效性,推动水利行业工程质量的稳步提升,以满足当代水利行业稳步发展的需求。