超声缺陷检测（共11篇）
超声缺陷检测 篇1
1 背景介绍
超声检测是一种可以检测工件表面特别是表面层下缺陷的无损检测方法。其通过超声探头发射的超声波在缺陷处产生的反射回波来检测缺陷的位置和大小。根据AMSE XI卷的要求, 采用超声检测方法测量缺陷的大小是通过确定缺陷的长度 (沿焊缝方向的长度) 和缺陷的深度 (垂直工件表面或沿壁厚方向的长度) 形成的截面积来判定缺陷的大小。根据ASME XI卷IWA3000[1]的规定, 以近表面缺陷的大小测量为例如下, 图中a为缺陷的深度, l为缺陷的长度。
ASME XI卷关于运行阶段缺陷的验收标准就是通过缺陷的长度l和缺陷的深度a以及工件的厚度t来制定的。由于超声检测方法是通过声压的回波来实现对缺陷的检测的, 因此工件的表面粗糙度、表面的清洁度、工件的材质、探头的K值 (探头的入射角度) 、甚至是操作人员按压探头的力度等因素都可能对声压的回波产生影响, 换句话来说超声检测方法的重复性不好。因此即使是验收标准确定了, 如何获得缺陷的真实尺寸是一个难题。目前美国以及欧洲在超声检测方面的技术处于世界领先, 其也已经建立了成熟的超声检测能力验证机构, 对检测单位进行真实缺陷的检测考试的方式, 认证检测机构的缺陷检出能力以及缺陷大小测量能力。国内目前能力验证尚处于起步阶段, 核安全局华北站负责建立国内的能力验证机构, 目前已经建立, 并且已经对广核和秦山二期的RPV超声检测设备实施了能力验证, 对于AP1000项目, 核安全局华北站也提出了能力验证的要求, 包括反应堆压力容器的筒体焊缝、接管焊缝、安全端异种金属焊缝、蒸发器传热管、核级管道焊缝等。下面重点介绍一下目前核行业的超声检测方法中对于缺陷的定量的方法。
2 基本内容
目前, 核行业超声检测缺陷的定量的方法很多, 但是都有一定的局限性。常用的定量方法有当量法、底波高度法和测长法三种。其中测长法适用于缺陷尺寸大于超声波声束截面的情况, 而当量法和底波高度法适用于缺陷尺寸小于超声波声束截面的情况。
2.1 当量法
当量法确定的缺陷尺寸是缺陷的当量尺寸。常用的当量法主要包括当量试块比较法和当量计算法。当量试块比较法是将工件中自然缺陷回波与试块上的人工缺陷回波进行比较来对缺陷定量的方法。加工制作一系列含有不同声程不同尺寸的人工缺陷 (如平底孔) 试块, 探伤中发现缺陷时, 将工件中自然缺陷回波与试块上人工缺陷回波进行比较。当同声程处的自然缺陷回波与某人工缺陷回波高度相等时, 该人工缺陷的尺寸就是此自然缺陷的当量大小。对于缺陷距离超声波声源的距离大于等于3倍的近场区长度 (由于声波的干涉效应, 超声波在近场区范围内时而相互叠加出现峰值, 时而相互叠加出现波谷, 从而对于检测结果有非常大的影响, 因此超声波检测时对于近场区范围内的显示无法进行测量的) , 规则反射体的回波声压变化规律基本满足球面波扩散的变化规律, 因此可以使用回波声压公式。当量计算法就是根据探伤中测得的缺陷波高的d B值 (分贝) , 利用各种规则反射体的理论回波声压公式进行计算来确定缺陷当量尺寸的定量方法。由于应用当量计算法对于缺陷定量不需要任何试块, 是目前广泛应用的一种当量法。它只需要通过测定工件地面的底波声压, 然后测得缺陷的声压, 然后通过公式进行计算, 即可得到缺陷的当量尺寸, 即缺陷的当量平底孔尺寸。
2.2 底波高度法
对于缺陷尺寸小于波束截面的情况, 另一个测量缺陷的大小的方法为底波高度法。底波高度法是利用缺陷波与底波的相对波高来衡量缺陷的相对大小。换言之, 当工件中存在缺陷时, 由于缺陷反射, 使工件底波下降, 缺陷越大, 缺陷波越高, 底波就越低, 缺陷波高与底波高之比就越大。底波高度法包括缺陷波高与缺陷处底波高之比, 缺陷波高与无缺陷处底波高之比以及无缺陷处底波高与缺陷处底波高之比来衡量缺陷的大小。底波高度法不用试块, 可以直接利用底波调节灵敏度和比较缺陷的相对大小, 操作简便。但不能给出缺陷的当量尺寸。此外, 底波高度法只适用于具有平行底面的工件。
2.3 测长法
当工件中缺陷尺寸大于声束截面时, 一般采用侧长法来确定缺陷的长度。测长法是根据缺陷波高与超声探头移动的距离来确定缺陷的尺寸的。由于实际工件中的缺陷的取向、工件的表面状态、工件材质等都会影响到缺陷回波的波高, 因此缺陷的测量长度一般要小于或等于实际缺陷的长度。根据测定缺陷长度时的灵敏度基准不同将测长法分为相对灵敏度法、绝对灵敏度法和端点峰值法。
2.3.1 相对灵敏度测长法
相对灵敏度测长法是以缺陷最高回波作为基准, 沿缺陷的长度方向移动探头, 降低一定的d B值来测定缺陷的长度。一般常用的是6d B法和端点6d B法, 其中端点6d B法适用于当缺陷的各部分反射波高有很大变化时, 测量缺陷长度时使用。
2.3.2 绝对灵敏度测长法
绝对灵敏度测长法是规定一个具体的回波声压, 当仪器的在规定的灵敏度下, 波高降到规定的位置时, 就认为是是缺陷的边界, 从而确定缺陷的长度。在自动探伤中常用绝对灵敏度法测长。
2.3.3 端点峰值法
简单来说, 端点峰值法就是找到缺陷两端的最高波峰的位置, 从而确定缺陷的长度。因此端点峰值法测得的缺陷长度比端点6d B法测得的指示长度要小一些。端点峰值法也只适用于侧长扫查过程中, 缺陷反射波有多个高点的情况。
3 缺陷深度的测量
对于缺陷的深度测量, 目前尚处于研究阶段, 下面介绍几个目前国内常用的缺陷深度测量的方法。
3.1 端部回波峰值法
端部回波峰值法顾名思义, 就是通过横波测定缺陷端部的最高峰值的位置, 并通过探头的角度计算来确定缺陷的深度。横波端部回波峰值法是目前应用较广的一种方法, 其测试误差较小。特别是采用聚焦探头后, 波高变化明显, 效果更佳。
对于表面开口型缺陷, 只需要测量缺陷的端部的位置。如图2所示:
对不非表面开口缺陷, 当探头前后移动到缺陷的深度方向的上、下端点时, 产生了较强的回波波峰F1和F2。由此可确定缺陷的深度, 如图3所示。
3.2 6d B法
基本原理同上述测长法中端点6d B一样, 只是测深度时探头垂直于缺陷长度方向, 前后移动探头, 侧等波高相对于峰值下降一半时作为深度测量的上、下端点, 从而确定缺陷的深度。
参考文献
[1]ASME, Rules For Inservice Inspection of Nuclear Power Plant Components, ASME BPVC SECTION XI 1998[Z].
[2]郑晖, 林树青.超声检测[M].2版.北京∶中国劳动社会保障出版社, 2008∶203.
超声缺陷检测 篇2
1，带钢表面缺陷检测
2，塑料薄膜缺陷检测
3，布匹表面缺陷检测
其中布匹表面缺陷检测包括有纺织布料检测和无纺布料检测： 纺织布料检测
缺陷主要包括：飞絮、蚊虫、脏点、断（错）经、断（错）纬、结头、漂白不匀等（根据国家的布匹检验标准，总共有超过50种以上的缺陷，这些缺陷将布匹分成不同档次）。印染过程中的缺陷包括：套印不准、偏色等。种类较多。
无纺布料检测
检测系统主要是为了发现生产过程中产品的缺陷信息并将信息图象进行自动分类判别。检测对象：纺粘、水刺、热扎、化学粘合、热风等无纺布材料生产过程中布面缺陷与疵点。检测内容：无纺布材料表面疵点（孔洞，熔点，亮点和昆虫等）种类较少。
布匹表面检测要求：
（1）实时性。系统要求实时地对布匹疵点进行标记和记录，这对图像采集和图像处理在速度上提出了很高的要求。通常布匹自动检测系统中，布匹运动速度高达60米/分，一般要求布匹检测系统能够检测到最小尺寸为0.5mm的疵点，因此系统需要有高性能硬件和高效率的检测算法支持才能保证检测系统与布匹运动同步。
（2）高检测精度。高精度检测是整个系统的核心。系统要能快速准确地鉴别和分出大小、方向、形状各异的疵点类型，可用于诊断生产前序步骤各个环节可能出现的问题。
（3）自适应能力。检测系统需要有很好的自标定能力。为了保证生产的连续性，往往要求标定过程在线完成。
国内外的研究状况：
国内外一般将疵点检测分成三个层次:疵点判别、疵点分割和疵点分类。
疵点判别要求有很好的实时性、简单并且最好能在硬件平台上实现。
主要采用的技术是：
（1）基于共生矩阵特征
（2）基于分形的特征
（3）基于自适应小波分解的特征
（4）基于模型的特征
（5）规则度和局部方位特征：该方法适用于结构性较强的纹理，易受噪声干扰。
（6）基于离散小波包分解的特征：
疵点分割
（1）疵点分割中最常用的滤波器是Gabor滤波器
（2）边缘检测算子
（3）形态学运算
（4）基于邻域关联的方法
疵点分类和评价
（1）基于几何特征
（2）基于统计特征
（3）基于频率特征
主要的问题：
1，布匹流水线对检测实时性要求较高
2，一般布匹使用的是高速高分辨率摄像头，拍摄照片
主要是为了检测出来杂质的数量，大小，颜色，位置。高速运动的布匹流水线对光线有产生反射，会产生大量的噪声。
一般布匹检测（自动识别）先利用高清晰度、高速摄像镜头拍摄标准图像，在此基础上设定一定标准；然后拍摄被检测的图像，再将两者进行对比。但是在布匹质量检测工程中要复杂一些：
1． 图像的内容不是单一的图像，每块被测区域存在的杂质的数量、大小、颜色、位置不一定一致。
2． 杂质的形状难以事先确定。
3． 由于布匹快速运动对光线产生反射，图像中可能会存在大量的噪声。
4． 在流水线上，对布匹进行检测，有实时性的要求。
由于上述原因，图像识别处理时应采取相应的算法，提取杂质的特征，进行模式识别，实现智能分析。
市场上主要使用的系统：
国外的有：
（1）以色列EVS的I-TEX 验布系统
该验布系统用于检测单色、简单组织织物，在 330 cm幅宽时能以 100 m/min的验布速度检测出小至0.5 mm的疵点。系统采用神经网络技术，检测时，首先是初始的学习阶段，用时约1min，对织物的第一米记录其正常外观特征参数，然后进入检测阶段，寻找与正常外观不同的局部异常，对其分析、标记并记录。
（2）比利时Barco 公司的视觉 Cyclops 在线布匹检测系统
它拥有一个可以游动的摄像头，这使得它可以自由的适应布匹的宽度，而无需增加摄像头的数量。Cyclops 在线验布系统和相应的织布机一起工作，是一种在线疵点检测系统。Cyclops 当检测到严重疵点或者一个不断增长的疵点时，便会停车，进行修整。Cyclops 扫描系统包括 CMOS 摄像头和照明系统。检测软件在系统特殊硬件里和 PC 机里协同工作。每个 Cyclops 扫描头能扫描布匹宽度为 260 厘米。
（3）瑞士Uster公司的最新系统 Fabricsan 系统
该公司的系统能检测布匹速度的120 米/分，检测解析度0.3 毫米。它能检测布匹的宽度为 110-440 厘米。Uster 的布匹类分为两个坐标轴，Y轴表示不同的疵点类型对比，X轴表示疵点的长度。系统保存检测结果到数据库中，产生相关质量报表。
国内的有：
（1）无锡动视科技有限公司
检测对象
水刺无纺布、热合无纺布、浆粕气流成网无纺布、湿法无纺布、纺粘无纺布、熔喷无纺布、针刺无纺布、缝编无纺布等
主要性能
1.典型瑕疵： 污点、节点、蚊虫、异物、油污、褶皱、纤维等
2.检测宽度：任何宽度（增加相机的组合来满足不同的幅宽）；
3.检测速度：最大2000m/min；
4.检测精度：最大检测精度为1um（增加相机的数量来提高检测精度）
（2上海恒意得信息科技有限公司
检查对象：无纺布
典型缺陷：污点、节点、蚊虫、异物、油污、褶皱、纤维等；
检测宽度：可满足2600mm以上幅宽（可通过相机的组合满足不同的幅宽）
检测速度：可适应300m/min以上的车速；
检测精度：0.2mm~1mm（取决于车速、材质以及相机数量）。
（3）QCROBOT Corporation
检测对象：纺织布料检测，棉纺异纤清除【QCROBOT-T02】
1，纺织布料材质在线鉴定，如棉纤维成熟度 绒毛鳞片结构分析 反射特性等
2，合成纱线横截面分析、纱线结构分析.3，花纹识别，纹理分析比较。
4，精准套色
5，实时监控产品质量、可检出纤维、纱线、织物.棉结等织物疵点（色差、断线，缺经、断纬、轻微划伤、吊经、磨损，油斑、水迹，断丝）
布匹检测系统主要应用于纺织行业中的各种布匹的生产缺陷检测以及布匹染印过程中出现的染印缺陷。缺陷主要包括：飞絮、蚊虫、脏点、断（错）经、断（错）纬、结头、漂白不匀等（根据国家的布匹检验标准，总共有超过50种以上的缺陷，这些缺陷将布匹分成不同档次）。印染过程中的缺陷包括：套印不准、偏色等。
检测对象：无纺布在线检测系统【QCROBOT-T03】
检测纺粘、水刺、热扎、化学粘合、热风等无纺布材料生产过程中布面缺陷与疵点检测
无纺布生产线速度：最大800米/分钟
检测幅宽：任何宽度（多相机）
图像精度：0.1mm-0.5mm
检测内容：无纺布材料表面疵点（孔洞，熔点，亮点和昆虫等）
最小疵点缺陷识别尺寸：0.2mm*0.2mm
发现疵点处理办法：报警（根据手动设定），自动记录位置（卷长方向和宽度方向），自动判别疵点类型，自动保存疵点图片信息。
检测结果汇总：系统自动生成无纺布卷材质量报表和疵点分布图表。
国内纺织业分布情况
我国纺织工业主要集中浙江、江苏、山东、广东、上海、福建六大省份，出口额占全国80%左右。
广东主要出口香港；
浙江的出口产品附加值不高；
江苏、山东以棉制品为主，利润较高；
上海是主要的出口口岸；
福建以针织、机织服装成衣为主。
当然这六大省市也存在分化，上海的发展明显已经减速，江浙两省填补了上海留下的大量空白。山东纺织业在环渤海经济圈已显示出强大的领头作用，其纺织业的发展具有很强的发展潜力。广东纺织业的增速不很理想，一方面是由于该地区纯加工贸易的模式存在弊端；另一面，该地区也逐渐有选择地退出传统行业而专注于新兴产业，但是广东纺织业的整体工业化水平高于江浙两省。
从区域分布的前景来看，短期内这个格局不会有很大的变化。可能存在的变化有两个：第一是福建可能超越上海；第二是中西部的产业质量可能会得到一些提高。但从中长期来看，随着中国纺织工业本身发展阶段的进一步跃升以及沿海省份在高新产业上的逐步壮大，国内特
别是中西部地区物流水平继续提高，纺织产业有向中西部转移的趋势。
中国纺织研究中心认为，“十二五”时期，东部沿海纺织产区继续保持长期稳定发展。目前，虽然低成本比较优势有所减弱，但凭借完备的配套产业体系和多年积累的技术优势，东部沿海地区仍将作为中国纺织业领先地区和主要的纺织出口基地。
苏浙沪的纺织业主要有以下几个特点：
（一）规模大，分布趋于集中。
江苏省作为门类齐全的纤维大盛面料大盛服装大省，服装年产量、销售额、利润都位居全国前列。
浙江省作为纺织行业的生产大省和市场大省，有43家企业进入行业“双百强”，支撑着中国印染业的“半壁江山”；化纤产量占全国26%，印染布占全国50%，生丝及丝织品分别占46%、53%，针织品占20%，服装占15%。
上海是开放性的国际大都市，是中西文化交流的交汇点、海派服饰的发源地，拥有中国纺织大学、拉萨尔国际服装设计学院、上海服装科技信息中心等众多的服装教育及研究机构，在全国纺织业领域具有举足轻重的地位。目前，国内聚酯聚合能力为1264万吨／年，苏浙沪占全国总能力的65.2%。
近年来，苏浙沪地区的纺织业集群现象日益凸现。中国纺织工业协会授牌的全国32个纺织产业基地市（县）和36个特色城（镇），苏浙沪地区占了很大比例。如孕育了波司登羽绒服、梦兰家纺、神花经编毛巾7个全国产销“单打冠军”的常熟市；拥有江苏阳光、四环生物、凯诺科技、华西村4家上市公司和30多家年销售收入过亿元纺织企业的江阴市；唐朝时即已“日出万丈布”，如今被形象地称为“托在一块布上的经济强县”绍兴县；化纤能力高达140万吨的杭州萧山区；领带产量占国内80%、全球30%的浙江嵊州市；家纺布艺产品年销量达50亿元的余杭区；一个衬衫产品售出15亿元的诸暨市枫桥。这些市县、城镇的纺织业快速发展，成为当地解决群众就业、增加财政收入、吸引外来资本、增强经济活力的重要支柱。
（二）产业链条长，专业市场发达。
苏浙沪地区已形成从纺织原料、织物织造到印染后整理、服装生产较长的纺织产业链条，上、中、下游产品丰富多样。纺织产业市场化程度高，专业市场网络化。如绍兴市纺织业专业市场起步早、数量多、规模大，主要有中国轻纺城、钱清化纤原料市尝越城区轻纺原料市尝装饰布市尝大唐袜业市尝嵊州领带城、上虞伞布市尝新昌兔羊毛衫市场等。其中，位于柯桥镇的“中国轻纺城”是全国面料市场的“晴雨表”，是亚洲规模最大、经营品种最多的纺织品集散中心，轻纺产品总销售额占全国的1/3，名列全国10大专业批发市场第2位，去年成交额达226亿元。中国轻纺城占地面积49.2万平方米，建筑面积60.5万平方米，营业用房1.35万间，拥有4大交易区19个专业市场，其中纺织品市场13个，轻纺原料市场1个，纺机及轻工类市场5个，具有较强的辐射力和影响力。
（三）设备改造步伐快，技术装备水平高。
近年来，苏浙沪十分重视纺织技术装备水平的提高，不断加大投入，各种新型纺织加工设备明显增加，并成为全国喷水织机最集中的地区。化纤行业，多数采用的是涤纶长丝和聚酯国产嫁接装备。织造行业，多数为进口纺机、织机，主要来自比利时、日本和意大利等世界三大纺机先进国家，无梭化程度高，部分企业如纵横集团、越隆纺织、南方集团等甚至高达100%，居全国领先地位；江苏吴江的盛泽、南马两个乡镇拥有无梭织机4万台，比绍兴县的织机多三分之一，拥有千台织机的企业不在少数。印染行业，生产装备通过大规模技术改造已达到或接近国际先进水平。服装行业，大力推广使用计算机辅助设计（CAD）、辅助制造（CAM）、辅助管理技术，立体熨烫包装，吊挂式生产流水线等国际先进生产技术与管理技术，大大促进了产业升级。
（四）名牌产品多，知名度高。
超声缺陷检测 篇3
目前国内的高压开关柜内部故障检测主要仍以例行试验和检查为主，由于状态检测的周期可能间隔较长，很难发现在两次检修间隔之间发展的缺陷，容易造成绝缘不良引起事故。据统计，开关柜事故中由于内部绝缘劣化引起事故台次占总开关柜事故台次的 68%和事故总容量的74%。绝缘劣化的主要原因就是运行当中开关柜内部绝缘介质劣化引起的局部放电。目前，针对开关柜的绝缘缺陷，在不停电时对开关柜进行有效带电检测的方式主要有地电波、超声波、超高频局部放电检测。
2、开关柜局放检测原理
电力设备的绝缘系统中，只有部分区域发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，尚未击穿的现象称为局部放电。它是由于局部电场畸变、局部场强集中，从而导致绝缘介质局部范围内的气体放电或击穿所致。具体表现形式有绝缘部件内部存在气泡或杂志导致击穿场强不同、某一金属部件没有电的连接形成悬浮电位、导体间连接点接触不良形成电位差、绝缘表面脏污引起电场分布不均、高压导体尖端放电。在发生局部放电时，往往伴随着一系列的光、声、电气、机械振动等物理现象和化学变化。这些变化可以为监测电力设备内部绝缘状态提供依据。
2.1地电波检测原理
研究发现，由于设备外壳内外表面感应的电荷有一固定的比例，其产生的TEV信号与原始的放电电流有较强的相似性，而且这种设备外部的信号可以通过特制的电容型局放传感器获取出来。 从而提供了一种新的对设备正常运行不产生任何干扰的局部放电检测技术。基于TEV技术的局部放电传感器通常利用其头部的金属电极与GIS或开关柜的外壳形成小电容。局部放电引起的电磁波信号通过小电容耦合到检波电容上，再经放大降噪后检测出来。这种方法检测频带可以达到1～25MHz，并可以达到较高的检测灵敏度。
2.2超声波检测原理
类似于地电波的检测，当放电发生时，放电点的电荷快速释放或迁移使得放电点周围的电场力出现变化，导致电场力、机械力、粒子力失去平衡，引起放电点周围的粒子出现振荡性机械运动，从而产生声音或振动信号，而振动幅度或声音强度也会直接反映出电荷释放的多少，即放电量。通过压电式传感器和敞开式传感器，我们收集到放电的超声波信号。
3、缺陷案例
3.1检测分析过程
某供电公司2015年5月对110kV某变电站进行35kV开关柜局部放电带电检测时发现，3502开关柜地电波相对值超过42dB，超过规程中地电波相对值不大于20dB的要求且明显高于相邻柜体，呈现由3502开关柜向两旁逐渐衰减趋势，怀疑有疑似放电现象。
图1 为35kV开关柜局放信号分布图 图2为超声波相位图谱
3.2停电复查
根据带电测试结果，进行停电检查。检修人员打开2号主变母线桥架L型转角柜体，对柜内进行检查。检查柜内存在较多灰尘，同时在母线桥及其固定螺栓处发现局部放电产生的烧灼痕迹，并伴有大量金属粉末产生，如图3所示
图3 35kV母线与螺栓局部放电情况
初步分析是施工人员在将绝缘子固定螺栓时，将母排外绝缘护套划破，致使螺栓与母排之间电场强度发生变化，在高场强作用下，在母线与螺丝间产生局部放电，产生铜绿和金属碎屑。后经检修人员的处理，消除了上述缺陷。
4、结论
地电波检测（TEV）和超声波检测（AE）对于室内开关类设备的局部放电检测有较强的敏感度，能有效的发现在开关的安装、运行、检修过程中遗留的潜在故障和隐患，既可以对设备的局部放电定量、定性，定位，又可以快速检测设备的运行状况，避免意外事故的产生，减少检修停电时间。
超声波检测中常见缺陷的定性 篇4
1 焊缝中的常见缺陷
焊接过程实际上是一个冶炼和锻造过程。焊缝中常见的缺陷有：气孔、夹渣、未熔合、未焊透和裂纹等，各种缺陷产生的机制是不一样的。
1)气孔：焊接时，熔池的气体未在金属凝固前逸出，残存于焊缝之中所形成的空穴。气孔大多呈球形或椭圆形，分为单个气孔、链状气孔和密集气孔，可出现在焊缝中不同部位。2)夹渣：指焊后溶渣残存在焊缝中的现象。可出现在焊缝中的不同部位。3)未熔合：指焊缝金属与母材金属，或焊缝金属之间未熔化结合在一起。可能出现在焊缝的根部、坡口、层间。4)未焊透：指母材金属未熔化，焊缝金属没有进入接头根部的现象。出现在焊缝的根部。5)裂纹：焊缝中原子结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙。可能出现在焊缝的焊趾、热影响区、焊缝的中心线，也可能出现在根部。
2 各种缺陷的判定
焊接接头中的缺陷产生的机制不同，决定了它们有着不同的特性，因此对超声波的反射，以及超声波检测时的波形显示也不一样。
2.1 气孔
1)气孔内含气体，声阻抗很小，因此对超声反射回波高，但回波当量较小;2)气孔的表面较平滑，界面反射率高，波形陡直尖锐。3)单个气孔时，探头前后、左右移动，回波幅度平稳地由零上升到单个峰值，然后又平稳的回到零;对缺陷做环绕扫查时，从不同方向，用不同声束角度探测，若保持声程距离不变，则回波高度基本相同。(见图1) 4)当气孔密集出现时，为一簇信号，移动探头时，会出现波峰交替。(见图2)
2.2 夹渣
1)夹渣基本上是体积型缺陷，可测指示长度;2)这种缺陷的表面粗糙，界面反射率低，同时还有部分声波透入夹渣层，形成多次反射，波形宽度大并带锯齿，回波当量较小;3)由于是体积型缺陷，可以从所有能检测的位置和方向检测到，移动探头时信号明显滚动，理论上可以被任何斜探头检测到。(见图3)
2.3 未熔合
1)未熔合属于平面状缺陷，有长度和明显的自身高度;2)横向扫查测量缺陷长度的尺寸时，波幅基本保持不变;3)旋转或环绕扫查时，波高迅速降低。 (见图4)
2.4 未焊透
1)未焊透也属于平面状缺陷，有长度和明显的自身高度;2)检测到的是来自焊缝两侧的高波幅的角反射信号;3)旋转扫查时，信号迅速减小;4)若绘图，显示是在根部的深度，宽度和根部间隙宽度一样，且不重叠。(见图5)
2.5 裂纹
1)裂纹属于平面状缺陷，有长度和明显的自身高度，不规则;2)通常可以看到高波幅的多个端角反射;3)裂纹的方向对信号的幅度和宽度有影响;4)旋转扫查时，信号会忽高忽低;5)环绕扫查时，信号将消失。 (见图6)
3 结论
通过对试件的结构和坡口形式、焊接工艺、缺陷出现的位置、缺陷反射回波高度和形状、以及对缺陷回波的静态波型和动态波型的研究，同时采用相同频率不同入射角(入射角差值≥10°)的横波探头探测同一缺陷，得到缺陷的最显著特征，能比较准确的判定缺陷的性质。
但是解释从试件反射面接受到的超声波脉冲是很复杂的，显示屏上反射信号的形状和宽度能提示引起反射的缺陷的形状，但这不是100%准确的。由于焊缝中的缺陷有一定形状和倾斜度，所以在超声波检测时的缺陷定性的难度就更大了。因此超声波检测人员要不断提高自身素质，积累检测经验，结合实际，以便更准确地为检测到的缺陷进行定性，为特种设备的安全运行提供保障，为焊接工艺的改善和提高提供有力的支持。
参考文献
[1]郑晖.林树青等.超声检测.中国劳动社会保障出版社.2008.
[2]JB/T4730.3-2005.承压设备无损检测.新华出版社, 2005.
框架柱混凝土缺陷检测及缺陷处理 篇5
【关键词】混凝土质量缺陷；加固处理；分析
现浇钢筋混凝土框架结构由于其施工现场作业工序多，难度大，施工技术要求高，施工过程中不认真落实施工方案，易出现质量问题，其主要施工质量问题是现浇混凝土柱的错位缺陷。柱子的错位缺陷，主要有两方面原因:一是放线不准确，使柱轴线出现过大的偏差，柱模板支立不准确，支撑不牢或模板受到侧面撞动(如混凝土料斗冲击撞模板等)容易造成柱上端位移，另一种是柱子的主筋位移较大，使模板无法正位。那么怎样检测框架柱混凝土的缺陷呢？
1.工程實例
某下程主厂房高程15～25m层共2O根框架柱，截面尺寸600×1200mm，高度8m，设计强度等级C30。由于工期较紧，天气热，为确保工期，框架采用商品混凝土浇注。拆模时发现多数柱表面出现蜂窝、孔洞、露筋现象。
2.缺陷的检测与评价
2.1检测原则
检测包括两方面内容：一是框架柱混凝土内部密实性；另一方面是结构混凝土强度，即完好区域 昆凝土强度情况。检测批样本容量，对于前者，考虑到外观质量已经出现严重质量问题，表明该T程浇筑质量控制存存系统问题，因此要全面检测，即20根框架柱全部要检测到。对于后者，因为是商品混凝土，只要混凝土密实性较好，强度是能够保证的，因此可以按《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》中批量检测抽样率进行抽样。
2.2结构混凝土强度检测
采用回弹法检测结构混凝土强度，并利用取芯法对回弹强度进行修正。检测结果为：高程15～25m层柱混凝土总体平均强度为39.7MPa，强度均方差为3.31MPa，总体推定强度为32.4MPa，达到设计强度等级C30的108％。
2.3结构混凝土密实性检测与分析
利用超声法检测混凝土内部密实性，该方法主要是根据超声波在混凝土中传播的声学参数来表征混凝土质量的。经过对超卢声速值的统计与分析，结合波形情况，检测结果如下：缺陷点主要是由混凝土表面缺陷所致，且主要集中在框中、下部。表明混凝土表面完好区域以及外观质量有严重缺陷区域，其混凝土内部密实性较好。经局部凿开量测，缺陷深约40～160mm。经现场了解，该工程框架柱高度达到10m，而浇筑混凝土时未用导管，加上振捣不力，致使柱中、下部出现较严重缺陷。
3.缺陷的处理
3.1缺陷处理措施
表面清理：先对表面有麻面及蜂窝现象处用凿子试凿，凿除至密实混凝土处。尽可能将混凝土缺陷部位凿成开敞式，以便混凝土的浇捣密实，并用钢丝刷清除表面的浮渣及钢筋浮锈，用高压水冲洗干净，养护2日，及时请监理及业主验收，根据现场凿开的情况确定柱的缺陷按以下三种方式进行修补。
(1)面积较小及深度在8cm以内的缺陷部位直接用掺膨胀剂的C35细石混凝土分层抹压密文，或采用1:2掺膨胀剂的水泥砂浆分层抹 密实后，浇水养护14天。
(2)柱最大缺陷截面的深长之和(b和h)小于该面尺寸的1/2时，对表面处理完毕后，采用支模浇灌注修复。视洞口的大小采用100高到300高3O厚的木模配置，柱外侧上口比原柱截面大30cm，从底至混凝土有缺陷的地方支成喇叭口。用C35微膨胀细石混凝土(UEA膨胀剂),按150厚分层浇灌密实，并用直径为33振捣棒振捣。严格控制时间，避免漏振与过振，12h后浇水养护，48h后拆模，养护7天后对不砌墙的外露柱混凝土面突m部分用凿子凿除，并用1:2水泥砂浆抹平。
(3)柱最大缺陷截面的深度之和(b和h)大于该面尺寸的1/2时，对表面处理完毕后，采取局部加大的方式加固。将柱脚凿成倒“八”字形，柱采取加大截面方式支模，模板每边加大1O0mm，高度600，分两次支模，待底部混凝土浇灌密实后，接着迅速支设上模板接着浇灌上部混凝土，内部配圆钢8@200间距的箍筋，立筋采用12的二级钢，间距400，浇筑前混凝±外表面刷107素浆，接着铺混凝土配比相同的水泥砂浆，特别对柱跟部混凝土采用人丁捣实后，然后浇筑C35细右混凝土掺加膨胀剂(UEA膨胀剂)，按300厚分层浇灌密实，并用小直径的振捣密实。12h后浇水养护，24h后拆模，养护l4天。
3.2质量控制
(1)聘用具有结构加固资质单位的技术人员进行现场指导结构补强。
(2)施工前，对施工人员进行质量培训，加强质量认识。
(3)由于该柱及梁、板混凝土浇筑时间不长，混凝土强度正处于增长期，为了保证其他混凝土部分不受振动影响，使用铁锤、铁錾子进行混凝土剔除。
(4)HJ45结构加固料、多功能修补砂浆，严格按厂家提供的产品说明进行使用，在使用前严格检查合格证、质量证明材料等，重点检查H_J45结构加固料的抗压强度，在浇筑H-J45结构加固料时，留置2组试块(1组同条件和1组标养)，分别于3d，28d后测试其抗压强度。
(5)严格控制加固料及多功能修补砂浆的水灰比，用台秤准确计量。
(6)加强技术力量，技术人员亲临现场，指导施工，严格按施工工艺施工，专职质检员24h跟踪监督。
(7)模板拆除后，用塑料布围裹养护，对凸出部位(漏斗处)用磨光机磨平。
(8)选用精于的、技术好的、固定的施工人员进行施工。
(9)经过专家论证指导对于本层其他柱以及补强柱部分检查其同条件及标养混凝土养护试块强度28d确保其结构混凝土强度
(10)关键下序验收。缺陷部位凿除程度及清理为关键工序，由监理、业主及现场相关管理人员联合检查验收后方可支模。模板支设并固定后需经监理认可后进行无收缩混凝土的灌注。混凝土浇筑完毕拆模养后需经监理验收认可后进行突出部分的凿除及抹灰。待柱全部修补完毕后由监理、业主共同进行总体验收。并对试块进行送试检测。
(11)柱凿除前必须采取加固措施，在柱梁交接处梁底加设小横杆支撑该梁，确保安全。
3.3缺陷处理后检测
缺陷经上述处理后28天，利用超声法兼取 直观验证的方法对缺陷处理后的情况进行了检测。结果表明，修补混凝土与老混凝土结合良好，多数部位已很难分清新老混凝土的界线。且新老混凝土结合体的混凝土抗压强度也达到了没计强度等级C30要求，即经过处理后，框架柱完全能够满足工程使用要求。
4.结论
混凝土质量强度和缺陷，柱轴线偏差，主筋移位和保护层厚度偏差等会对框架柱的质量产生重大影响，如果在施工中能够严格按规范和规程操作，加强施工人员质量意识，对出现的问题妥善处理，就可以把质量缺陷杜绝于萌芽状态。
【参考文献】
［１］GB50204—2002混凝土结构工程施工质量验收规范[S]．
［２］JGJ／T 23—2001回弹法检测混凝土抗压强度技术规程[S]．
［３］CECS03：2007钻芯法检测混凝土强度技术规程[S]．
［４］GB50550—2010建筑结构加固工程施工质量验收规范[S]．
［５］GECS21：2000超声法检测混凝土缺陷枝术规程[S]．
超声缺陷检测 篇6
我国于20世纪60年代中期即开展利用超声法检测混凝土和钢筋混凝土内部缺陷的研究与应用工作, 于1990年由陕西省建筑科学研究院和同济大学会同有关单位编制的《超声法检测混凝土缺陷技术规程》由中国工程建设标准化协会批准, 编号CECS21:90。该规程的出台统一了超声法检测混凝土缺陷的检验程序和缺陷判定, 提高了检验程序的可靠性。为适应超声技术的不断成熟及检测仪器的发展进步, 于2000年由原主编单位对该标准进行了修订, 编号CECS 21:2000。
超声法检测混凝土内部缺陷在我国工程界已得到广泛的应用, 本文着重介绍利用超声法检测混凝土内部不密实区及孔洞, 并钻取混凝土小芯样或局部剔凿进行比对验证的工程应用实例。归纳总结利用超声法检测混凝土内部不密实区及空洞的相关工程经验。
1 工作原理及方法示例
1.1 工作原理
混凝土为非匀质材料, 对超声脉冲波的吸收、散射衰减较大, 其中的高频成分更容易衰减, 因此超声波检测混凝土缺陷一般采用较低的发射频率。当混凝土的组成材料、工艺条件、内部质量几测试距离一定时, 其超声传播速度、首波幅度和接受信号主频等声学参数一般无明显差异。但是如果混凝土内部存在空洞、不密实或裂缝等缺陷, 则破坏了混凝土内部的整体性, 与内部缺陷的混凝土相比, 测得的声时值则会偏大, 波幅和频率降低。应此通过对同条件下的混凝土进行声速、波幅和主频测量值的比较, 从而判定混凝土内部的缺陷情况。
1.2 构件内部缺陷检测作法示例
对混凝土构件进行内部不密实去和空洞检测时, 一般采用穿透法, 依据各测点的声速、波幅和主频的相对变化, 寻找异常测点的坐标位置, 从而判定缺陷区域。测试部位最好具有两对相对平行的测试面, 并尽可能采用两个方向对测, 如受条件限制, 至少应有一对相互平行的测试面, 在对测的基础上对出现异常的测点区域再辅以交叉斜测, 以确定缺陷的位置及范围。分别在选定的测试面上画上对应的网格线, 网格间距一般控制在100~300mm, 并标明坐标位置及编号。柱类构件现场检测的测点布置如图1, 2所示。
测试过程中应记录测点的声速、波幅等声学参数, 完成后, 对上述声学参数按照CECS 21∶2000提出的方法进行统计分析, 提出检测区域内声学参数平均值mx (km/s) , 标准差sx, 单点异常情况判断值X0 (km/s) 及异常测点的临近测点异常情况判断值X0 (km/s) , 用于混凝土内部缺陷所在区域的判定。
2 设备及技术参数
采用NM-4A非金属超声波检测仪, 其主要技术指标见表1。
3 工程实例
3.1 工程实例一
3.1.1 工程概况和现场检查及检测情况
某地下室部分框架柱顶部出现水平、环形裂缝, 为查明柱顶部混凝土内部质量, 该项目业主委托我单位对上述框架柱的内部缺陷进行检测。
该地下室横向柱距分别为5500mm、6800mm、7000mm等;纵向柱距分别为5500mm、6300mm、7900mm等。地下室框架柱截面尺寸分别为400mm×400mm、450mm×450mm等, 柱纵筋分别为10C16、8C18, 箍筋为C8@100/200。该地下室柱、梁、板混凝土强度等级均为C40。
3.1.2 检测结果
现场共对该地下室32根框架柱的内部缺陷采用非金属超声检测分析仪进行检测, 结果表明, 抽测部位各测点混凝土声学参数平均值mx=4.28km/s, 标准差sx=0.154, 单点异常情况判断值X0=3.89km/s。
该地下室抽测的 (10) /?轴柱的检测区域内几乎所有测点 (总测点数为30个, 判为异常值的测点数28个) 的声速值均判为异常值, 判为异常值的各测点声速值在3.13~3.89km/s之间;抽测的 (22) /?轴、 (22) /?轴、 (22) /轴、 (23) /?轴、 (27) /?轴、 (30) /?轴柱的检测区域内部分测点的声速值判为异常值, 判为异常值的各测点声速值在3.69~3.89km/s之间。
为验证检测结果, 抽取部分位置钻取混凝土小芯样进行对比验证, 结果见表2。对比验证结果表明, 声速异常或偏低的部位混凝土内部均存在不同程度的质量缺陷, 如1#、2#芯样未见粗骨料;3#、4#芯样局部松散, 不能形成完整芯样;5#芯样未见粗骨料, 局部缺浆。
3.2 工程实例二
3.2.1 工程概况和现场检查及检测情况
某四层框架结构房屋, 在修建过程中发现第三层个别框架柱内部局部存在疏松等质量缺陷, 为确定缺陷范围, 现场由该工程施工单位、监理单位共同确定了8根框架柱, 并委托我单位对指定框架柱的内部缺陷进行检测。
该房屋纵向、横向柱距均为9000mm;所检测框架柱截面尺寸均为600mm×600mm, 混凝土强度等级均为C45。
3.2.2 检测结果
现场共对该房屋委托范围内框架柱的内部缺陷采用非金属超声检测分析仪进行检测, 结果表明, 抽测部位各测点混凝土声学参数平均值mx=4.43km/s, 标准差sx=0.082, 单点异常情况判断值X0=4.22km/s。
经对比分析表明, 所检测的 (13) /○K轴框架柱检测区域内大部分测点 (总测点数为72个, 判为异常值的测点数50个) 的声速值判为异常值, 判为异常值各测点声速值在2.62~4.21km/s之间。
为验证检测结果, 现场在 (13) /○K轴框架柱上钻取混凝土小芯样进行对比验证, 经现场剔凿, 该柱大部分位置混凝土内部松散, 均无发安装钻芯设备;个别部位所钻取的混凝土芯样亦不能形成连续芯样, 遍布蜂窝、空洞, 如图7所示。
3.3 工程实例三
3.3.1 工程概况和现场检查及检测情况
某在建地下室进行填充墙拉结筋植筋锚固施工的过程中发下个别柱混凝土强度偏低, 混凝土局部疏松, 为查明查明存在疏松等框架柱内部缺陷的范围及影响, 该项目业主委托我单位对指定框架柱的内部缺陷进行检测。
该地下室横向柱距分别为6700mm、7800mm等;纵向柱距分别为5000mm、7500mm、7800mm等。地下室框架柱截面尺寸主要为450×450 (mm) , 柱纵筋分别为8C16、8C18, 箍筋为C8@100/150、C8@100/200。该地下室柱、梁、板混凝土强度等级均为C30。
3.3.2 检测结果
现场对该委托方指定的3根框架柱的内部缺陷采用非金属超声检测分析仪进行检测, 结果表明, 该项目1#柱检测部位各测点混凝土声学参数平均值mx=4.12km/s, 标准差sx=0.13, 单点异常情况判断值X0=3.80km/s, 异常测点的临近测点异常情况判断值X0=3.89km/s;检测区域内个别测点的声速值判为异常值。该地下车库2#柱、3#柱检测区域内大部分测点声速值偏低, 计算得出的单点异常情况判断值明显偏低, 该实例中建议以1#轴柱的相关参数进行判定, 2#柱检测区域内部分测点的声速值判为异常值, 3#柱检测区域内大部分测点的声速值判为异常值。
为验证检测结果, 局部进行人工剔凿检查表明:
1#柱仅柱底部距底板板面约200mm范围内, 局部疏松, 强度较低, 局部为砂、石混合物, 如图8所示;2#柱底部距底板板面约1100mm范围内, 局部疏松, 强度较低, 如图9所示;3#柱大部分区域疏松, 强度低;局部为净浆、低强度材料;局部为砂、石混合物, 松散, 部分粗骨料表面光洁;局部未见或有少量粗骨料, 如图10所示。
4 缺陷处理建议
1) 对缺陷范围较大且明显影响承载的柱、墙首先应搭设安全支撑, 在安全支撑搭设好之后, 应剔除混凝土疏松、强度低等质量缺陷的部位, 剔至密实混凝土后, 并多凿深20mm, 将缺陷四周多余的混凝土剔除干净。并应对其他部位声速值判为异常值的区域应进行剔凿检查, 对不密实的区域应予以剔除。剔凿后, 对混凝土缺失贯穿柱截面及缺失深度≥60mm的部位可采用提高一个强度等级的无收缩混凝土修复;对缺失深度<60mm的部位建议采用Ⅳ类水泥基灌浆料进行修复 (所用水泥基灌浆料必须符合《水泥基灌浆材料应用技术规范》 (GB/T50448-2008) 的相关要求) 。缺陷修复部位宜适当增设拉结短筋, 并应加强结合面的处理;
2) 在剔凿柱混凝土的施工过程中, 不得损伤原结构钢筋, 应对该柱周边梁的变形情况进行监测, 发现异常应立即停工, 经相关单位汇总, 采取可靠措施后方可继续施工;
3) 缺陷处理过程应在相关单位的监督和指导下进行, 对每个部位均应做好隐蔽工程项的验收和加强养护工作, 确保修复质量满足要求。
5 结语
通过以上工程实例, 分析认为:
1) 只要工程技术人员正确加以利用, 在检测混凝土内部不密实区及空洞等质量缺陷的过程中, 超声法是一种行之有效的无损检测方法。通过超声检测, 可判断混凝土结构构件内部是否存在不密实区及空洞等质量缺陷, 并可准确划定构件内部缺陷的范围, 为混凝土结构构件的缺陷处理工作提供可靠技术依据;
2) 采用超声法检测混凝土内部缺陷时, 建议采用钻取小芯样或局部人工剔凿法对检测情况加以验证;
3) 为满足统计分析的需要, 测试范围应含盖足够的正常区域;当构件整体质量较差时, 可参照同条件其他构件的声学判定参数进行内部缺陷判定。
摘要：利用通过超声法检测混凝土内部不密实区及空洞等缺陷, 并钻取混凝土小芯样或局部剔凿进行比对验证分析的工程实例, 归纳总结超声技术在混凝土内部缺陷检测工作中的相关经验, 并提出部分构件常规缺陷的处理方法, 为类似工程提供技术参考。
关键词：超声法,混凝土内部缺陷,混凝土芯样
参考文献
超声缺陷检测 篇7
容器类别:Ⅲ;球壳厚度:46mm;球壳材质:Q345R;球罐容积:1000m3;球罐内径:12300mm;坡口形式:不对称X;焊接方法:手工电弧焊。
1 检测时机
检测时机应选在球罐焊后36小时。
2 检测前准备
1) 检测前应清除检测面焊接飞溅、油污以及其它杂质。检验面的粗糙度Ra应小于等于6.3um, 便于探头扫差, 根据检测技术等级B级检测区选择球罐外侧焊缝本身及焊缝两侧各10mm, 探头移动区要大于或等于230mm;
2) 探头K值的选择:K值的选择原则应保证主声束能够扫查到整个焊缝截面, 声束中心线与主要危害性缺陷的夹角尽量接近90°, 尽量使用一次波判别缺陷, 减少误判并保证有足够的灵敏度。条件允许时, 尽量采用较大K值。根据JB/T4730-2005规定的取值范围, 选择为K2;
3) 探头频率选择:JB/T4730-2005中规定承压设备对接焊缝探头的频率一般为2MHz-5MHz, 考虑板厚衰减的影响, 所以选择低频探头2.5MHz;
4) 晶片尺寸的选择:球罐检测工作量大, 为了提高检测速度和效率, 选择较大的晶片尺寸。晶片尺寸选择为13mm×13mm;
5) 耦合剂的选择:耦合剂从耦合效果和经济性考虑选择耦合效果好、成本低的化学糨糊;
6) 试块的选择:根据JB/T 4730-2005选择CSK-ⅠA、CSK-ⅢA标准试块;
7) 探头入射点和折射角的测定:探头在探伤过程中, 由于操作人员在移动探头过程中, 用力不均, 造成探头表面前后磨损程度不同, 当探头楔块前面磨损较大时, 折射角减小, 探头K值减小。当探头楔块后面磨损较大时, 折射角变大, 探头K值增大。这样导致超声波定位不准确。因此, 每次检测检测前必须在试块上实测K值和入射点。并在检测中经常校准;
8) 距离-波幅曲线的制作、扫描比例的调节及耦合补偿:
(1) 曲线按JB/T 4730-2005用CSK-ⅢA试块做;
(2) 扫描比例按深度1:1调节;
(3) 耦合补偿:特种设备焊缝耦合补偿一般为2db-5db, 通常补偿4db。
3 检测过程
3.1 焊缝粗扫查
检测焊缝纵向缺陷时, 探头在检测面上的放置方向应垂直于焊缝中心线, 探头做锯齿形扫查, 探头前后移动的范围应在计算的探头移动区大于等于230mm以保证扫查到全部焊接接头检测面, 扫查中保持探头垂直于焊缝的同时应做10°~15°的摆动, 因为只有摆动才能将与焊缝轴线倾斜一定角度的裂纹或其它缺陷扫查出来。扫查时应注意每次前进的齿距不得超过探头晶片直径的85%, 一般为10mm, 以避免间距过大造成漏检。扫查速度不应大于150mm/s。扫查灵敏度不得低于最大声程处的评定线灵敏度。
3.2 焊缝精检测扫查
在粗检测发现缺陷后, 应进一步观察缺陷动态波型判断是否是伪缺陷。若是缺陷回波应通过前后扫查确定缺陷的埋藏深度、左右扫查确定缺陷的指示长度、转角和环绕扫查确定缺陷的形状及方向。
3.3 斜平行扫查
在焊接接头两侧边缘使探头与焊缝成10°~20°夹角做斜平行扫查, 用于检测焊缝或热影响区的横向缺陷。检测横向缺陷时, 应将评定线、定量线、判废线灵敏度均提高6db。
4 检测结果评定
根据JB/T4730-2005《承压设备无损检测》标准评定。
5 检测过程中伪缺陷的判断
球罐焊接有平、立、横、仰多种焊接位置。除出现一般焊缝常见伪缺陷外, 横向焊接时, 焊缝表面一般呈横向条纹状, 容易在焊缝表面形成一道道的沟槽;立焊焊接时容易产生焊瘤等缺陷;仰焊时容易产生咬边等缺陷。
5.1 焊缝表面沟槽反射波
在球罐横向焊缝多道焊的焊缝表面易形成一道道沟槽, 当超声波扫查到沟槽时, 由于沟槽的存在, 引起沟槽反射回波。其反射波一般出现在一次、二次波处或稍偏后的位置, 这种反射波幅不是太高并且迟钝, 在探伤过程中时有时无, 并且一般同时存在有几个不同高度的反射波。
5.2 咬边反射波
一般情况下, 这种反射波出现在一次与二次波前边。咬边反射波一般较强, 找到反射波最高点后, 测量水平距离, 在焊缝边缘处, 横向移动探头, 反射波消失。
5.3 缺肉 (焊缝边缘未焊满) 反射波
焊缝边缘未焊满, 即坡口边缘对超声波产生很强的端角反射回波, 探头垂直于焊缝前后扫查时, 波形比较稳定, 探头做转角和环绕扫查时, 反射波快速消失, 测量水平距离在焊缝边缘。
5.4 焊瘤反射波
焊瘤反射波反射讯号一般很强, 回波波形比较尖锐、反射波幅较高。因焊瘤表面是弧面对超声波声束有一定的聚集作用, 探头在垂直于焊缝扫查的较大范围内移动均能较好的接收到反射波, 且反射波动态波形包络线较宽, 变化较缓。
6 检测过程中裂纹及未焊透的判断
6.1 裂纹和未焊透的检测
球罐冬季施工按照焊接工艺规程焊接时需预热后热, 如果预热后热不当极易产生冷裂纹。裂纹的反射讯号一般很宽, 波幅很强, 动态波型呈现不规则的起伏状。球罐焊接坡口型式为不对称X型外大内小, 焊缝根部接近内表面, 多数裂纹从根部附近产生。裂纹是压力容器中的危害性缺陷, 在现场检测中对有怀疑的部位应增加K1探头在焊缝双面双侧检测, 若还不能判定应结合焊缝底片综合判断防止漏检。球罐焊接时若坡口面未清理干净, 有油污、铁锈或焊工对焊接电流控制不当, 易产生未融合。未熔合的静态回波波形一般比较尖锐, 直上直下, 底端开口很窄, 根部通常没有杂波, 当量一般都很大。沿焊缝方向水平移动探头时, 一开始波幅平滑地由零上升到峰值, 探头继续移动时, 波幅基本不变, 最后又平滑的下降为零。根据坡口角度, 选择探头入射角度与坡口面夹角接近90°时, 能很好的提高未熔合的检出率。
6.2 防止焊缝丁字接头处缺陷漏检
超声缺陷检测 篇8
在一次对于直径2000mm, 厚度为45mm压力容器封头环缝焊缝超声检测时, (V型坡口) 焊接工艺为氩弧焊打底, 埋弧自动焊填充。发现反射波幅高, 并且显示深度在42mm左右, 当探头沿焊缝平行移动时, 在较大范围内, 连续出现缺陷波且在荧光屏的同一位置上, 且幅度变化不大。探头沿焊缝垂直移动时, 缺陷波消失比较慢, 探头做环绕移动时, 缺陷波小幅度的降低。通过人孔进入设备后, 发现内壁一圈为未焊透情况。反射波表现为尖锐型, 在探头平行移动时, 波形不敏感, 波幅度比较高, 在焊道两边可以检测到类似情况。此缺陷降低焊接部位的机械性能, 在未焊透处的缺口处造成应力集中的情况, 当容器投产使用后会有引发裂纹的风险, 是具有危险性质的严重缺陷。预防措施为 (1) 优化合理焊接工艺; (2) 合理装配组对间隙, 确定焊接坡口的尺寸和角度。
2 裂纹
在检测壁厚为40mm、直径1400mm、材质Q345R、筒体纵缝时, 发现有缺陷波形明显、尖锐、波峰陡峭。探头平行移动时, 波形在波峰高度和水平定位距离有变化, 探头移动到较长距离后, 才逐渐减幅, 直至消失。在零下的环境, 进行厚壁压力容器自动焊焊接, 若不按照焊接工艺要求, 进行焊前预热, 焊后保温工作, 易产生冷裂纹缺陷。分析裂纹缺陷:回波的高度明显, 波幅较宽, 有时会出现多个波幅, 超声波探头在做平行移时, 反射波会持续产生波幅起伏, 超声探头旋转时, 波峰有上下跳动情况。常见的裂纹分为:热裂纹、冷裂纹和再热裂纹三种。 (1) 热裂纹预防措施:控制焊接材料中如硫含量、镍元素等等危害较大的杂质和容易偏析的关键元素, 提高锰元素的含量, 提高焊剂或焊条中的碱性, 通过降低有害杂质的含量来改变偏析状况, 通过调整焊接顺序, 调整焊接结构, 控制好焊接中的收缩自由度预防热裂纹的产生; (2) 冷裂纹预防措施:实施焊接前必须控制好预热温度, 焊接后加强保温, 避免温度下降过快, 通过保留影响区足够的温度, 消除奥氏体避免形成淬硬组织, 并且能消除焊接应力的影响; (3) 再热裂纹预防措施:严格按照焊接工艺规程操作。一般采用较小的线能量, 有利于焊接组织结晶, 并且减小回火脆化倾向。对于复合钢板焊接, 应该在板材的基层和复合层开不同角度坡口, 不同层次焊接工艺严格控制, 并且先对基层进行无损检测, 确保无超标缺陷, 避免返修。对于过渡层应优化焊接工艺, 控制由于渗透和稀释所导致的合金元素碳含量的上升或者铬、镍等元素的下降。做好焊前预热、焊后热处理的工作。
3 未熔合
在超声检测压力容器环焊缝时, 发现在焊缝与母材熔合处, 有起波尖锐, 波幅度高, 在焊缝单面双侧检测时, 显示两侧波幅高度有差异。经过返修发现为坡口未熔合缺陷。分析未熔合缺陷:探头沿焊道移动时, 回波的形状比较相似, 在焊道两侧检测时, 回波高度不一致, 在一侧检测反应敏感。其产生的原因:坡口清理不到位, 焊接速度过快。电流不稳定, 过小或过大, 焊接的角度不对, 电弧偏吹等。防控措施:按制造工艺加工合理的坡口, 准确的控制电流、焊接速度等工艺参数。正确操作防止焊偏等现象。
4 气孔
在超声检测压力容器焊缝时, 经常会发现有缺陷波形敏锐、凸显、波形单一。当探头绕缺陷移动时, 缺陷波依然存在。当超声波探头沿焊缝水平转动时, 单个气孔缺陷波会消失, 连续气孔则会产生持续的缺陷波显示, 密集气孔则会出现多个此起彼落的缺陷波。当探头垂直焊缝移动时, 除针状气孔外, 缺陷波均很快消失。分析产生气孔缺陷的原因有 (1) 气孔波形为单缝状, 稳定性好, 单个气孔的回波高度幅度小; (2) 从多个方向探测可以知道, 虽然反射波大体形状相当, 但是探头稍微以活动, 反射波就会消失, 密集气孔会出现一簇反射波, 波高随气孔大小而不同, 当探头作定点转动时, 会出现此起彼落的现象。防控措施有:杜绝药皮开裂、剥落、变质及焊芯锈蚀的焊条, 有锈的焊丝需除锈后才能使用。所用焊接材料应按规定温度烘干, 坡口及其两侧清理干净, 并要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度等。
5 夹渣
反波信号一般呈锯齿状连续波幅, 最高峰边缘上有小峰, 当平行移动探头时, 反射波会有出现变动, 从焊道两侧检测, 反射波幅出现不相同, 但是缺陷定位一致。经过返修后会看到是夹渣缺陷。分析夹渣缺陷原因:夹渣多为非金属杂质, 如熔渣。有线状连续、独立的、成簇的形状等。在相同条件下探测时, 其缺陷波幅比气孔、未焊透、裂纹、未焊透回波低、波型也相对较宽。探头平行移动时, 条状夹渣的回波具有连续性, 当近似树叉的形状时, 可判断疑似成堆或簇的缺陷群。探头做环绕移动时, 条状夹渣缺陷波会比较快消失, 但对于体积大的夹渣在较大的范围内都有缺陷波。在不同位置检测时, 呈现不同形状的回波, 这类缺陷产生的原因有:焊接电流过小, 速度过快, 焊接角度不合理等因素, 熔渣返出不及时, 焊接过程中对各层焊缝及边缘处清理不彻底, 对于焊材选择的化学成分不正确, 如含硫、磷较多等。防控措施有:正确选用焊接电流, 合理选择运条角度, 焊接速度等。焊接件的坡口角度选择合理, 焊前坡口应清理干净。
参考文献
[1]李广波.全自动超声波检测应用于西部管道施工[J].油气田地面工程, 2010 (08) .
[2]于喜元, 楼俊君, 杨平.管道超声波检测器的应用与发展趋势[J].油气储运, 2003 (04) .
超声法检测混凝土缺陷的方法研究 篇9
关键词：超声波法,混凝土缺陷,钻孔测试,混凝土结构
0 引言
随着科学技术的飞速发展, 无损检测混凝土施工质量的技术也越来越先进。混凝土浇筑后对其内部的密实性或裂缝检测技术分为有损检测和无损检测, 其中有损检测是对所检测的构件进行破坏而观察内部缺陷情况, 无损检测技术通过现代科技产品在不破坏原结构的情况下观察其内部缺陷情况。目前针对混凝土的无损检测技术包括回弹法、超声法、冲击回波法和探地雷达法等[1,2,3,4,5]。其中回弹法是根据所检测混凝土构件的表观硬度而产生的回弹值测定其混凝土强度的方法;超声法是根据超声波穿透混凝土材料所用的时间来判断混凝土内部缺陷情况;冲击回波法与超声法原理类似, 也是采用声波穿透混凝土材料所用的时间来判断混凝土内部缺陷情况;探地雷达法是根据电磁波在混凝土材料内所用的时间来判断混凝土内部的缺陷情况。由于超声波无损检测仪器的价格相对较低, 测试结果相对准确, 因此在这几种无损测缺陷的方法中, 超声波法是应用率最高、性价比最高的方法, 本文即对超声波法测混凝土缺陷的方法进行研究。
1 超声波检测混凝土缺陷的原理
超声波测混凝土缺陷的方法有两种:单面测试法和双面测试法, 单面测试法是指发射端探头发射超声波信号, 超声波在构件另一端产生反射, 发射端又作为接收器而接收所反射的超声波, 从而根据声波所传播的最短时间与理论传输时间进行对比, 判断混凝土内部缺陷的大小, 但由于单面测试法所接收的杂波较多, 测试结果相对不太理想;双面测试法———穿透法, 是目前使用中最为广泛的方法, 双面测试法是在构件一端发射声波, 另一端接受声波, 通过声波单程传输的时间计算得到混凝土内部缺陷的方法, 这种方法测试结果准确, 因此应用率最高。穿透法是将接收端所接收的超声波信号转化为电信号, 显示在超声仪屏幕上, 根据超声仪中所输入的构件信息和所接收的声学参数进行综合计算, 得到超声波在构件中所传输的速度, 最后将所收集的信息汇总至电脑上, 得到相对缺陷位置及大小。
2 超声波检测混凝土缺陷的基本方法
使用超声波检测仪对混凝土构件进行缺陷检测时, 根据构件的形状、尺寸、大小、环境等条件, 选用合适的测试方法。常规的测试方法有平面测试、钻孔或预埋管测试和混合测试三种方法。
2.1 平面测试
平面测试法是在常规的矩形柱或梁构件上使用平面换能器测试构件同一方向缺陷的方法, 这种测试方法是最为常规也是工程中应用率最高的测试方法。平面测试法又包括三种测试方法, 分别为:对测法、斜测法和平测法。
1) 对测法。对测法在平面测试法中属于最为简单的方法, 进行测试前, 在混凝土构件上相互平行的两个混凝土面上用水准仪放线, 在所检测的混凝土外表面上用墨盒打出50 mm×50 mm或100 mm×100 mm的网格, 在所测网格的点上涂抹耦合剂, 再将超声波发射探头和接收探头置于同一直线上, 具体如图1a) 所示。这种方法适用于矩形截面的混凝土构件, 构件具有一对或两对不遮挡、具有检测条件的互相平行的表面。采用此方法可大致测出混凝土内的位置, 对其缺陷大小较难测试, 并且由于在网格交点进行测试, 因此易错过网格内的缺陷, 将测量小型缺陷成为一种小概率事件。
2) 斜测法。斜测法对构件的要求和测试前对构件的处理相同, 测试方法是将发射探头和接收探头相互错开一个网格的方法进行测试, 如图1b) 所示。采用此方法可适用于矩形截面的混凝土构件, 构件具有一对或两对不遮挡、具有检测条件的互相平行的表面。采用此方法进行检测可对混凝土内部缺陷进行精确定位, 确定缺陷较为精确的范围及大小。
3) 平测法。平测法主要对仅具有一个测试面的混凝土构件进行测试, 如对筏板基础、大体积混凝土等构件, 如图1c) 所示。这种测试方法是通过超声波在混凝土构件底部反射而接收的波速或声时大小判断缺陷的位置和大小。采用此方法进行测试时测试结果也相对准确, 但对缺陷位置定位较为困难。
2.2 钻孔测试
在混凝土工程中, 经常遇到厚度较大的大体积混凝土构件, 对此类构件进行缺陷检测时, 由于厚度较大采用平测法时反射接收的超声波杂波较多, 因此不能采用平测法进行检测。所以当混凝土厚度超过一定范围时, 对大体积混凝土进行缺陷检测时, 即需要采用钻孔或通过对预埋管等进行检测。采用钻孔式检测时, 需对超声波检测仪更换径向换能器进行检测。此测试方法的测试原理同平测法类似, 即进行测试时将大体积混凝土中所钻的孔间混凝土作为一个相对的平面进行测试。这种测试方法分为孔中对测和孔中斜测两种测试方法。
1) 孔中对测。将径向换能器的发射端和接收端置入钻好的孔或预埋的管道内, 将两个径向换能器放置同一水平高度上, 在每隔一定间距内进行测试, 测试缺陷的位置及大小, 测试示意图如图2a) 所示。
2) 孔中斜测。孔中斜测的方法与平测法中的斜测法基本相同, 即将径向换能器置入钻好的孔或预埋的管道内, 将两个径向换能器保持一定高差进行测试, 测试缺陷的位置及大小, 测试示意图如图2b) 所示。
使用上述两种对厚度较大的大体积混凝土的缺陷进行检测, 检测时需在混凝土内钻较多的孔洞或预埋较多的管道, 影响混凝土的整体性, 并且在测试时大体积混凝土的边缘处将检测不到位。
2.3 混合测试法
混合测试法是将平面测试法与孔中测试法相结合的测试方法。采用这种测试方法的优点在于可对断裂类混凝土或不允许大面积开洞的混凝土构件测试, 测试范围大于平测法和孔中测试法。混合测试法的原理是使用平面换能器和径向换能器进行综合测试, 测试时也分为平测法和斜测法两种类型。平测法即将两种换能器放置同一水平处进行测试;斜测法即将两种换能器错开一定距离进行测试, 测试方法同平测法及孔中测试法基本相同, 测试示意图如图3所示。
3 超声波检测新型混凝土结构缺陷的特点
目前的新型混凝土结构主要有钢管混凝土结构和型钢混凝土结构, 并没有对其进行相关的无损检测技术及相关规程。通过对大量的新型混凝土结构进行检测, 其检测结果显示, 对钢管混凝土和型钢混凝土进行检测时, 去除超声波在外围钢管或型钢内的声时和声速, 声时较长的和声速较慢的超声波即为超声波在混凝土内传输的超声波。超声波在穿过钢管混凝土及型钢混凝土时的原理同超声波在普通混凝土中穿过或穿透钢筋时的原理相同, 由于钢管混凝土或型钢混凝土中的钢管及型钢无固定厚度, 因此在检测时无需对这种新型混凝土结构中的声参数进行更改, 对其进行检测时的测试方法及判定方法与普通混凝土相同, 仅需在其表面涂刷耦合剂, 直接进行检测即可, 测试示意图如图4所示。
钢管混凝土结构及型钢混凝土结构在进行混凝土浇筑时, 由于内部配筋率较低, 混凝土浇筑时易密实, 但钢管和型钢内部在一定距离内间隔布置水平隔板, 在混凝土浇筑时, 隔板下部混凝土不易密实, 并且在振捣时浮浆也易在隔板处形成, 待浇筑完成后此部分混凝土易出现孔洞, 从而导致混凝土出现不密实的现象。并且在混凝土养护时, 由于混凝土内水泥发生水化反应从而导致混凝土内产生收缩, 最终导致混凝土内部出现裂缝和混凝土与钢管及型钢的交界面发生剥离的现象, 这类危害在钢管混凝土和型钢混凝土中极易产生。但采用超声法对其进行检测时较难发现此类现象, 若由于此类现象而导致钢管混凝土柱或型钢混凝土柱的承载不足而在其外部出现裂缝时, 则需采用更先进的技术或对其钢管或型钢进行开凿进行验证。
4 结语
通过对无损检测技术中的超声波法测混凝土缺陷的方法进行研究, 得到超生波法在混凝土中的三种测试方法:平测法、孔中测试法和混合测试法, 三种测试方法各有优缺点, 在进行应用时要根据实际情况对其进行检测。超声波法在对新型混凝土结构进行检测时, 无需对其相关声参数进行调校, 可直接进行相关常规类检测, 但不能对其隔板处及沿钢管或钢板处等开裂的现象进行检测, 在对新型混凝土结构进行检测时还具备一定的局限性。
参考文献
[1]郭伟玲, 刘军.超声波平测法检测混凝土裂缝深度[J].四川建筑科学研究, 2014 (6) :91-93.
[2]胡宏彪.超声波法检测混凝土缺陷的实验分析[J].江苏建筑职业技术学院学报, 2015 (2) :17-20.
[3]王颖轶, 左自波, 于凯, 等.超声波法在检测导堤表面混凝土结构中的应用[J].上海交通大学学报, 2015 (7) :988-992.
[4]刘文田, 张占锋.钢管混凝土质量超声波无损检测技术研究[J].河南科学, 2015 (9) :1587-1591.
红枣表面缺陷快速检测方法研究 篇10
关键词：表面缺陷检测；近红外图像；亮度校正；自动分级
中图分类号：TP274+.52 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）07-0331-03
红枣具有极高的营养价值及药用价值，受到了越来越多的消費者青睐[1]。作为中国的重要经济作物，种植面积与产量逐年提高，但霉烂、虫害等缺陷严重影响了红枣的品质和价值，必须将其从正常枣中分选出来。目前，缺陷红枣的剔除采用人工分选方法，缺点是工作量大，劳动效率低，准确性差。计算机视觉技术具有效率高、精度高、检测信息丰富、非接触等优点，已在农产品表面缺陷检测领域获得了广泛应用[2]。
由于农产品表面缺陷区域与正常区域在颜色上存在显著差异，因此大部分缺陷检测算法是在颜色空间中进行。朱伟华等提出了基于模糊颜色聚类的缺陷分割方法，并将该方法应用于番茄的缺陷分割[3]。李锦卫等将灰度截留分割法与改进的十色模型应用到马铃薯表面缺陷检测中，试验结果该方法能够快速、有效检测出马铃薯表面缺陷[4]。赵杰文等提取HSI颜色空间中H分量的均值与方差作为红枣的颜色特征，并使用支持向量机建立了红枣缺陷识别模型，该模型对预测集样本的预测准确率可达96.2%[5]。李江波等对球型水果表面灰度分布不均进行了灰度补偿（亮度校正），然后使用单一阈值一次性分割获得了脐橙表面缺陷区域[6]。该方法简单高效，在水果表面缺陷在线检测中有较大的应用潜力。
目前，RGB彩色成像系统已经广泛应用于水果分级检测中，但RGB彩色成像系统在识别一些水果表面缺陷时性能较差，主要原因是缺陷区域通常对R、G和B波段不敏感[7]。因此，许多研究者尝试使用近红外成像系统来检测水果表面缺陷。Kim等对苹果表面的虫害粪便污染进行了多波段（450～850 nm）反射特性试验[8]，并对受污染的苹果进行缺陷算法开发试验。Kleynen等研究发现750 nm波段图像能有效区分苹果表面大部分缺陷和正常组织[9]。Lee等将近红外CCD应用到椰枣表皮剥落缺陷检测中，与普通CCD相比，近红外CCD获取的图像其缺陷区域的对比度得到明显增强[10]。目前该系统已用于实际生产，分级精度最高可达95%。展慧等提出了近红外光谱和机器视觉的多源信息融合技术的板栗缺陷检测方法，建立了3层BP神经网络融合识别模型，该模型对测试样本的识别率为90%[11]。
目前，水果表面缺陷视觉检测技术面临的主要问题是如何快速、准确地定位缺陷区域。由于水果通常呈球体或椭球体，其表面的曲率变化使得灰度分布很不均匀，水果中心区域的灰度值较高，边缘区域的灰度值较低，而水果表面缺陷通常以较低的灰度值出现在图像中。因此，水果表面缺陷很难用单一阈值进行分割。本研究以新疆和田枣为对象，研究其表面亮度校正算法和表面缺陷快速检测方法，为红枣的自动分级提供理论依据和技术支持。
1 图像采集系统
红枣图像采集系统如图1所示。该系统由输送线、光照装置、计算机视觉系统组成。输送线采用2排双锥式滚子来输送和翻转红枣，整个输送线为黑色。双锥式滚子以一定的间隔均匀地装在链条上，链条由传动轮来带动。红枣放置在滚子之间，双锥式滚子与摩擦带紧密接触，当摩擦带与双锥式滚子之间存在速度差时，由速度差产生的摩擦力使双锥式滚子在向前运动的同时绕水平轴转动，带动红枣翻转，从而保证摄像机获得红枣的全表面图像。计算机视觉系统由HD-HV1351UM相机、图像采集卡、2条LED近红外光源、滤光片和计算机构成。
2 图像处理
2.1 图像采集
图像采集采用触发抓拍的方式。红枣运动状况检测传感器安装在图像采集区域内，用于检测待红枣是否到达预定的图像采集位置。当传感器检测到红枣到达预定位置时发出触
发信号，图像采集卡受到触发，红枣图像被采集到计算机内存中，等待进一步的处理。同一红枣被连续抓拍4次，理想状态下4幅图像可以组成红枣几乎完整的表面。图2所示为采集系统获取的红枣图像，其中前3幅存在虫害缺陷，最后1幅不存在缺陷。
2.2 图像预处理
图像预处理目标是去除背景及噪声，由于掩模具有去除背景及噪声的同时不破坏缺陷区域的优点[12]，本研究采用掩模法去除背景。掩模法去除背景的关键是构建完整的掩模图像。从图2 可以看出，红枣区域的灰度明显高于背景区域。因此，可以使用一个简单阈值T对图像进行二值化并将该二值图像作为掩模图像。在本试验中阈值T设为70，基于此阈值将红枣原始图像Iorig的目标区域设置为1，背景区域设置为0，然后再进行形态学开运算及填充运算，去除目标区域中的噪声干扰及目标区域中出现的空洞，形成二值掩模图像Temp，红枣二值掩模图像见图3。然后进行如公式（1）的运算就可以获得不含背景的红枣灰度图像。
Imask=Iorig×Temp。（1）
式中：Imask为掩模操作后的图像。去背景后的红枣灰度图像见图4，掩模去除了背景且完整地保留了红枣正常区域及缺陷区域。从图4可以看出，图像中心区域较亮，而红枣边缘及缺陷区域较暗，这将影响缺陷区域分割的准确性。为此，本试验研究了红枣表面亮度校正方法。
2.3 亮度校正
亮度校正的目的是消除水果表面灰度分布不均对缺陷检测的影响。李江波等基于照度-反射模型，使用低通滤波获取R分量图像的亮度分量并使用此亮度分量对去背景后的R 分量图像进行亮度校正[13]。使用的亮度校正算法是在频域中进行的，整个校正过程包括：中心变换、离散傅立叶变换、
Butterworth低通滤波器设计以及傅立叶反变换，算法的计算量非常大。为了提高检测系统的实时性，本研究提出了一种空域内直接亮度校正算法。
2.3.1 亮度图像获取 设f（x，y）表示某一图像，h（x，y）表示某一形式的滤波器，则亮度图像可以表示为：
I（x，y）=f（x，y）h（x，y）。（2）
式中：I （x，y）表示亮度图像，表示卷积。亮度图像获取的关键是滤波器的设计，本研究直接对去背景后的红枣灰度图像进行均值滤波。设f （x，y）表示某一图像，其大小为M×N，Temp表示大小为m×m的方形均值滤波模板，通过的试验，均值滤波模板的尺寸可由公式（3）确定。
m=round[min（M，N）8]×2+1。（3）
式中：min（M，N）表示取M和N的较小值；round（）表示圆整。
2.3.2 亮度校正及缺陷区域分割 在获得亮度图像I（x，y）后（图5），利用公式（4）对亮度图像进行校正。
f′（x，y）=f（x，y）I（x，y）；
F（x，y）=255 if f′（x，y）≥1255 f′（x，y） if f′（x，y）<1。（4）
式中： f′（x，y）为亮度校正后的图像，F（x，y）表示将亮度校正后的图像灰度限制在[0，255]区间内。
亮度校正后的图像见图6。从图6可以发现红枣正常表面经校正后呈现为高灰度区域，而缺陷区域仍然为低灰度区域， 即使缺陷位于图像的边缘区域（此时缺陷较难检测）也能
达到非常好的校正效果。亮度校正后的图像，使用一个简单阈值即可分割出红枣表面缺陷区域。分割结果见图7（所用阈值为170）。
3 试验分析
根据试验要求，由当地熟练挑拣工挑选不同种类的缺陷样本，包括虫害枣、鸟啄枣、霉烂枣、药害枣、正常枣。采集到的部分缺陷枣和正常枣图像见图8-a，采用本研究所述方法分割获得的缺陷区域图像见图8-b。虫害枣、霉烂枣、正常枣的识别准确率较高，药害枣的识别率仅为76%，主要原因是药害枣表面呈现麻点状缺陷，经亮度校正后麻点状缺陷很容易被淹没，导致缺陷区域无法获取（表1）。同时比较了本研究方法与李江波等所提方法的实时性。李江波等方法处理1幅图像需要72 ms[13]，而本研究提出的缺陷检测方法处理1幅图像仅需要35 ms。因此，本研究提出的缺陷检测方法能显著提高检测系统的实时性。
4 结论
本研究针对红枣表面灰度分布不均，致使其表面缺陷难以快速准确定位问题，提出了一种果面灰度分布不均快速补偿方法。经该补偿方法处理后，果面缺陷区域特征得到显著增强。试验结果表明，与已有果品表面缺陷检测方法相比，本方法能显著提高果品自动分级系统的实时性，同时该缺陷检测方法综合准确率可达95%以上。
参考文献：
[1]初 乐，吴茂玉，朱风涛，等. 新疆地区红枣产业现状及发展建议[J]. 农产品加工·学刊，2012（4）：110-113.
[2]应义斌，饶秀勤，赵 匀，等. 机器视觉技术在农产品品质自动识别中的应用（Ⅰ）[J]. 农业工程学报，2000，16（1）：103-108.
[3]朱伟华，曹其新. 基于模糊彩色聚类方法的西红柿缺陷分割研究[J]. 农业工程学报，2003，19（3）：133-136.
[4]李锦卫，廖桂平，金 晶，等. 基于灰度截留分割与十色模型的马铃薯表面缺陷检测方法[J]. 农业工程学报，2010，26（10）：236-242.
[5]赵杰文，刘少鹏，邹小波，等. 基于支持向量机的缺陷红枣机器视觉识别[J]. 农业机械学报，2008，39（3）：113-115，147.
[6]李江波，饶秀勤，应义斌. 基于照度-反射模型的脐橙表面缺陷检测[J]. 农业工程学报，2011，27（7）：338-342.
[7]Gowen A A，ODonnell C P，Cullen P J，et al. Hyperspectral imaging-an emerging process analytical tool for food quality and safety control[J]. Trends in Food Science & Technology，2007，18（12）：590-598.
[8]Kim M S，Lefcourt A M，Chao K，et al. Multispectral detection of fecal contamination on apples based on hyperspectral imagery：Part Ⅰ. Application of visible and near-infrared reflectance imaging[J]. Trans of the ASAE，2002，45（6）：2027-2037.
[9]Kleynen O，Leemans V，Destain M F. Development of a multi-spectral vision system for the detection of defects on apples[J]. Journal of Food Engineering，2005，69（1）：41-49.
[10]Lee D J，Schoenberger R，Archibald J，et al. Development of a machine vision system for automatic date grading using digital reflective near-infrared imaging[J]. Journal of Food Engineering，2008，86（3）：388-398.
[11]展 慧，李小昱，周 竹，等. 基于近红外光谱和机器视觉融合技术的板栗缺陷检测[J]. 农业工程学报，2011，27（2）：345-349.
[12]李江波，饶秀勤，应义斌，等. 基于掩模及邊缘灰度补偿算法的脐橙背景及表面缺陷分割[J]. 农业工程学报，2009，25（12）：133-137.
超声缺陷检测 篇11
关键词：混凝土缺陷,超声波,检测
公路桥梁在施工过程中, 由于技术管理不善或施工控制疏忽等原因, 往往会导致混凝土构件材料内部出现疏松、空洞、不密实等缺陷, 这些缺陷会影响到公路桥梁的承载能力和耐久性, 这些缺陷表面上看不到, 不能直观的去发现, 如果不能快速准确的检测到混凝土内部缺陷, 并判定缺陷的位置、性质、大小, 进而采取有效措施尽快处理, 就会埋下工程隐患, 影响桥梁的运营安全, 给人们的生命和财产造成无法估量的损失。
公路桥梁结构由于截面形式多样, 与规范对检测面的要求出入很大, 因此, 探索能够无损检测桥梁混凝土内部缺陷的方法就成了一个急需解决的课题。超声法无损检测是近年来国内外推广应用的混凝土构件内部缺陷的方法, 中国工程建设标准协会《超声法检测混凝土缺陷技术规程》 (CECS21:2000) , 为检测混凝土内部缺陷方法的推广和应用起到重要作用。但是, 由于公路桥梁受到混凝土内部大量钢筋的影响, 对判断缺陷的位置大小及尺寸造成很大的难度, 如何检测桥梁混凝土的内部缺陷是本文主要探讨的问题, 通过工程实例来说明一种实用的检测方法。
1 工程概况及要求
某公路桥梁结构形式为混凝土连续箱梁, 为单箱单室结构。某跨混凝土表面并无缺陷, 由于建设单位担心在施工过程中可能存在混凝土空洞或不密实区域, 因此委托检测单位来检测桥梁混凝土内部有无缺陷。
2 检测原理
超声波检测混凝土结构缺陷的原理是利用超声波在技术条件相同的混凝土中传播的速度、振幅、声时等参数的相对变化, 来判断混凝土的缺陷。一般来讲, 在无缺陷的混凝土结构中, 这些声学参数没有明显的差异, 如果结构存在缺陷, 破坏了混凝土的整体性, 超声波在遇到空洞、不密实区域的时候, 传播路径增长, 声时明显增长, 波幅和频率明显降低, 通过该处的声波与正常混凝土的声波参数进行对比综合分析, 就可以判断混凝土结构缺陷的部位、范围等。
3 混凝土密实度测试方法
根据《超声法检测混凝土缺陷技术规程》 (CECS21:2000) , 被检部位要满足下列要求: (1) 被测部位应具有一对或两对相互平行的测试面; (2) 测试范围除应大于有怀疑的区域外, 还应有同条件的正常混凝土进行对比, 且对比测点数不应少于20。而实际情况无法满足有一对或两对平行的测试面的条件, 并且混凝土中存在钢筋, 钢筋对超声波的影响无法避免, 考虑到混凝土缺陷主要集中在腹板底部钢筋 (钢束) 密集处附近, 因此, 参照规范本次密实度检测采用“角测法”。
通过钢筋位置检测仪, 检测出被检部位的主筋位置, 检测缺陷时尽可能的避开钢筋区域。把整体的箱梁结构划分成若干测区, 通过测区来估测缺陷区的范围, 各测区选择10组测点, 相邻测点间隔5cm。先在密实区域测定各组测点的声时值, 再对各可疑区域进行测试。以图1b为例, 由于混凝土内部存在缺陷, 超声波传播过程中受到缺陷的阻碍, 导致“7-7”测点所测声时与密实区域相应位置所测声时相比将会出现明显增大, 由此可判断该位置存在缺陷。
4 缺陷区域判定方法
对混凝土密实区域, 实测声时值理论上应呈线性变化。假设本箱梁共测试71个测区, 以该71个测区为样本, 取其平均值数列μ, 及其标准差σ。以±σ为作为置信区间, 即认为μ±σ区间为密实区域所测声时值, 超过该区间的声时值为异常点。考虑到混凝土缺陷将导致实测声时值增大, 因此, 以μ+σ为密实区域声时值上限值μ上, 超过该上限值则认为混凝土存在缺陷。
密实区域样本平均值数列μ= (22.85, 37.45, 51.60, 67.78, 82.14, 95.46, 108.46, 122.00, 137.08, 150.62)
因此, 密实区域声时上限值μ上= (26.17, 40.78, 54.93, 71.10, 85.47, 98.78, 111.78, 125.33, 140.40, 153.95)
为更直观、清晰地表示各测区的密实度测试结果, 密实度结果表述分为以下4种情况:密实、轻微不密实、不密实、严重不密实。其表述方法见表1。
5 构件缺陷测试结果
选择跨并且以0号轴为起点, 根据实际情况将被测构件划分成6个部分, 每隔4m～6m选择一个测区进行测试。以下为测试结果。
5.1
各测区测试结果汇总表 (见表2)
5.2 测区典型的“测点—声时”曲线
通过检测数据可知, 本跨共抽查47个测区, 其中密实测区33个, 占总测区的70%。不密实测区14个, 占总测区的30%, 通过量测测区的面积和声时异常测点的部位, 可以确定缺陷区范围, 为工程的后期加固处理和消除工程隐患等提供可靠依据 (如图2) 。
6 结语