1 前言
電站設備中的多數部件長期應用在高溫高壓的水、蒸氣介質中，應力、腐蝕、蠕變、氫蝕及疲勞等造成的時效損傷和劣化問題比較嚴重。對這些設備進行檢修、壽命評估等工作的信號采集中，*經常和廣泛應用的是超聲波技術。超聲波由于廣泛應用于薄管到厚管、表面到內部的缺陷信息采集，對缺陷定量評價迅速，現場檢查容易、解析方便、自動化程度高等許多優點使其得到普遍應用。
到目前為止，已經應用或者提議應用的利用超聲波探傷進行無損檢查的方法見下表：
缺陷定量方法當量法(當量試塊比較法、當量計算法、當量AVG曲線法)
測長法（相對靈敏度測長法、**靈敏度測長法、端點峰值法）
底波高度法
裂紋的檢測方法 表面波波高法
表面波波時延法（單探頭法、雙探頭法）
端部回波峰值法
橫波端角反射法
橫波串列式雙探頭法
相對靈敏度法（6dB、10dB、20dB）
散射波法（衍射法）
損傷、劣化評價方法 衰減法（低層回波反射法、透射法、共鳴法）
音速法（表面波法、容積波法）
臨界角反射法
光譜儀法（光譜分布及面積、中心頻率、頻幅、重心頻率）
頻率解析法
利用后方散射波的雜波分析法
其它（δ法、波松比評價法）
2 裂紋的評價和應用實例
2.1 聚焦超聲波
作為在現場可以方便測量的方法而廣泛應用的是相對靈敏度測長法。這種方法是通過探頭前后掃查時的回波高度超過距離—波幅曲線（distanceamplitudecurve,DAC）時閾值前后的波束路程來測量裂紋高度的一種方法。這種方法的測量精度主要取決于超聲波波束的寬度，通過使用超聲波波幅較窄的聚焦探頭，可提高裂紋自身高度的測量精度。
在實驗室應用5MHz，折射角45°的聚焦探頭，以直徑1mm長橫孔DAC為基礎，使閾值變化時的焊接裂紋等的缺陷高度的測量精度和常規探頭測量結果的比較得出：在使用聚焦探頭的情況下，閾值設計的越低，精度越好，如果閾值為DAC的-25dB，誤差的平均值及標準偏差都接近零，可見聚焦探頭可以高精度的進行測量。之所以通過設計低的閾值能使精度提高，是由于在缺陷的端部產生的散射波也被檢測系統作為缺陷的反射波測量出的緣故。
疲勞裂紋、應力腐蝕裂紋等的缺陷高度測量經常使用端部回波法。這種方法是收集裂紋端部的散射波回波，然后由其波束路程和探頭的折射角來測裂紋自身高度。使用45°折射角聚焦探頭時，散射回波變得容易發現，而且測量精度也比常規探頭增高。在實驗室，對于鉻鉬鋼產生的裂紋，通過使用常規探頭和聚焦探頭的上部回波表現形式的檢測比較表明，使用聚焦探頭時精度提高50％。對奧氏體系列不銹鋼配管發生的自身高度0.5～17mm的**部位呈復雜形狀的晶間應力腐蝕裂紋，通過利用聚焦探頭的端部回波法，其裂紋自身高度曾以低于±1mm的精度進行了測量。
端部回波法測量本身簡單，但回波的判別方法依賴于檢查技術人員的水平和經驗，存在客觀性差的問題。另外，微裂紋并存、裂紋的形狀復雜時，無法得到預期的精度，這一點也需特別留意。
2.2 表面SH波
普通斜探頭在工件中產生的橫波，振動方向在垂直于工件表面的平面內振動，稱SV波；如果橫波的振動方向與工件表面平行，稱為SH波。壓電晶片在逆壓電效應作用下產生的振動波通過異質界面上的波形轉換在被檢介質中產生SH波。
試驗證明SH波探頭的往復透過率隨SH波探頭在鋼中折射角度的增大而增大，隨頻率的降低有所升高，低頻率探頭在不同角度的往復透過率差值比高頻率探頭在不同折射角度上的往復透過率差值小。將驗證結果與理論計算結果相比較，高頻率探頭的一致性較好，低頻率探頭的一致性稍差一些，這是由于理論計算所考慮的晶片為無限大平面，實際試驗中晶片為有限尺寸。在應用于工程實踐時SH波探頭主要分為大角度SH波斜探頭與表面SH波探頭。
表面SH波對工件的表面光潔度要求不高，表面SH波一次有效檢驗距離更大，可提高檢驗效率；應用于汽輪機葉片葉身檢驗時可一次完成末級葉片全長度檢驗，且不受末級葉片汽蝕影響。檢驗縱樹型葉根時檢驗靈敏度可達到1mm。應用于管內壁疲勞裂紋檢驗時，檢驗靈敏度可達到0.5mm。
表面SH波在長距離傳播過程中傳播聲能損失小于表面波。采用不同頻率的表面SH波探頭檢驗鋼板對接焊縫，在距焊縫1m與距焊縫5m、檢驗長度為20mm的焊縫缺陷，其回波幅度僅相差30dB。
3 損傷、劣化評價和應用實例
3.1 蠕變損傷評價
蠕變損傷是高溫環境下，長時間負載一定負荷時，在晶間產生孔穴等的現象。對其應用的超聲波評價方法有波速法、衰減法、光譜法、頻率解析法及雜波分析法等，理論解析也多種多樣。其中雜波分析法從精度和適用性看較為有效。該方法是將來自金屬組織變化的后方組織散射波作為雜波處理，然后用某頻率范圍的積分值定量評價其振幅的一種方法。
3.2 氫蝕的損傷評價
氫損傷是在高溫(>220℃)高壓條件下，當爐水PH<5、凝汽器泄漏、無機酸或樹脂污染給水時，垢下反應3Fe+4H2O→Fe3O4+8[H]生成的氫原子受垢層阻擋不能被工質帶走，遂與晶界碳化物反應Fe3C+4[H]→3Fe+CH4↑，生成的甲烷氣體使晶界開裂，在管子內壁形成裂紋或鼓包，使鋼的性能下降的一種脆性破壞。氫損傷具有破壞速度快，損傷面積大、損傷不可恢復、不易早期發現的特點。
3.3 二相不銹鋼的熱時效評價
如果二相不銹鋼長時間保持在300～450℃時，會在α相中產生偏聚分解引起的熱時效（脆化）。關于隨這個熱時效而進行的音速變化，從理論和實驗兩個方面研究表明，數值模擬結果和實驗值對應良好。但是，關于二相不銹鋼鑄鋼的熱時效，受到含有粗大粒子的鑄造組織的影響，其SH波的音速和時效時間之間雖然有某種程度的相關，但沒有發現與縱波的相關性。另外，有研究證明，如果利用使用線聚焦探頭的相位干擾法，對小區域的泄漏彈性表面波的音速進行的測量，那么音速與熱時效一起增加，與破壞韌性值有相關關系。
3.4 疲勞的評價
疲勞壽命評價應用使用軸對稱SH波的電磁超聲波傳感器的方法，通過檢測衰減系數，可以進行非接觸評價，研究認為在斷裂壽命的90.6%的階段，存在衰減系數的峰值。對于低合金鋼的疲勞，刃型位錯為直線模型，螺旋型位錯為彎曲模型，數值解析結果與電磁場超聲波測量的衰減系數對應良好，并證明使衰減系數變動的主要原因是位錯。
現在，正在研究的強力縱波超聲波入射到材料中時內部摩擦的超聲波振幅依存性。研究發現，通過測量3次高諧波開始變顯著時的振動的振幅，來判斷是否產生高周疲勞的可能性。
4 結論
使用超聲波進行損傷、劣化診斷時，需要能夠確實了解所欲期結論；要充分利用各種評價方法，進行定量評價，并使結論能從理論上得到證明,為此，高靈敏度超聲波測量系統，信號處理及數據處理系統的發展，理論解析及利用計算機的數值模擬等的發展都是必不可少的。同時，也需要實驗室及現場的數據積累和反饋。