超声波检测(Ultrasonic Testing)简称UT,也叫超声检测,是五种常规无损检测方法的一种。五种常规的无损检测方法分别为超声波检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测和涡流检测。无损检测方法的应用领域是一个很大的范畴,并且还在不断的扩大。
1超声检测的原理及优缺点
超声检测的原理是当超声波进入物体遇到缺陷时,一部分声波会产生反射,发射和接收器可对反射波进行分析,就能精确地测出缺陷来,并且能显示内部缺陷的位置和大小,测定材料的厚度等。
传统超声检测采用脉冲法进行检测,高压发生器发出的电压施加在探头上,由于压电效应的存在探头发射出超声波脉冲,通过声耦合介质(如机油或水等)进入材料并在其中传播;遇到缺陷后,部分反射能量沿原途径返回超声探头,超声探头又将其转变为电脉冲,经仪器放大而显示在显示端的荧光屏上。根据缺陷反射波在荧光屏上的位置和幅度(与参考试块中人工缺陷的反射波幅度作比较),即可测定缺陷的位置和大致尺寸。
对比另一种五大常规无损检测方法之一、在工业上同样有着非常广泛应用的射线检测,超声检测具有其独特的优势,也有其明显的劣势。两种方法的对比如表1所示。
超声波检测与射线检测对比
利用超声波能透过金属复合材料的最深处,并由一横截面进到另一断面时,在界面边沿产生反射的特征来检查零件缺陷的一种方法 | 利用某类射线来检查焊接内部结构缺陷的一种方法 | |
基本原理 | 波束自零件表面由探头射入金属材料内部结构,碰到缺陷与零件底边时就各自产生反射波,在荧屏上产生脉冲波形,依据这种脉冲波形来判定缺陷位置和尺寸 | 因焊接缺陷对射线的吸收不一样,使射线落到胶片上的强度不一样,胶片对光感应的水平也不一样,这样就可以准确、非破坏地显示缺陷的形态、位置和尺寸 |
具有较高的检测敏感度、周期时间短、低成本、灵活便捷、高效率,对人体健康无害等 | 透照时间较短、速度更快,检测厚度低于30mm时,探测缺陷的灵敏度高,射线对体积型缺陷比较敏感 | |
对工作表面要求光滑,需要富有经验的检测人员才可以鉴别缺陷类型,对缺陷并没有形象直观的显示;超声波适用于厚度比较大的零件检测。 | 对缺陷检测的灵敏度高,但检测设备较为复杂,费用高,X射线的穿透能力比γ射线小。对条状缺陷,尤其是厚钢板中细小的未焊透(熔入不够)或微裂纹等难以发觉 | |
对平面型缺陷较为敏感 | 对体积型缺陷较为敏感 |
2市场规模
超声波无损检测几乎涵盖了所有的下游工业领域,如特种设备、轨道交通、能源电力、钢铁冶金、航空航天、核电等。同时,随着国家产业结构的不断升级,新能源汽车、电子制造等先进制造业的发展也带来了新的市场需求。2023年我国超声波无损检测行业市场规模达到了54.04亿元,2024年上半年为23.65亿元。
3
供应规模
检验检测行业规模继续扩大
检验检测市场结构进一步优化
事业单位制检验检测机构比重进一步下降,企业制单位占比持续上升。
截至2023年底,我国企业制检验检测机构41634家,占机构总量的77.34%;事业单位制检验检测机构10208家,占机构总量的18.96%,事业单位制检验检测机构占机构总量的比重同比下降0.73个百分点;其他类型机构1992家,占机构总量的3.70%。
检验检测行业集约化水平持续提升。截至2023年底,全国规模以上检验检测机构数量达到7558家,同比增长6.63%,营业收入达到3751.22亿元,同比增长11.50%,规模以上检验检测机构数量仅占全行业的14.04%,但营业收入占比达到80.32%,集约化发展趋势显著。
4
需求规模
另一方面,下游应用领域的不断发展将为检测仪器带来客观的需求增量,也对无损检测设备的性能、精度、效率提出更高要求,从而成为无损检测行业技术升级和产品迭代的源动力,两者相辅相成,互相促进。
特种设备
各种类型特种设备检验周期
设备名称 | 检验周期 |
锅炉 | 外部检验:每年一次,运营状态下进行; 内部检验:一般每2年一次,电站锅炉3~6年。 |
压力容器 | 对于常规压力容器,每年进行一次年度检查;定期全面检查。 一般应当于投用后3年内进行,下次的定期检验周期,由检验机构根据压力容器的安全状况登记确定,安全状况等级为1、2级的,一般每6年一次;安全状况等级为3级的,一般3~6年一次;安全状况等级为4级的,应当监控使用,累计不超过3年;安全状况等级为5级的,应当对缺陷进行处理,否则不得继续使用。 |
压力管道 | 对于长输管道,至少每年进行1次年度检验;新管道一般于投用后3年内进行首次全面检验,之后根据相关规定进行全年检验。 对于公用管道,至少每年进行1次年度检验;GB1-IⅢ级次高压燃气管道全面检验最大时间间隔8年;GB1-IV级次高压燃气管道、中压燃气管道、GB2级管道全面检验最大时间间隔12年;以PE管或者铸铁为管道材料的管道全面检验周期不超过15年。 对于工业管道,至少每年进行1次年度检验;首次全面检验周期不超过3年,安全状况等级为1级和2级的检验周期一般不超过6年;安全状况等级为3级的,检验周期一般不超过3年;安全状况等级为4级的,应判废。 |
电梯 | 每年进行一次定期检验。 |
起重机械 | 在用起重机械至少每月进行一次日常维护保养和自行检查,每年进行一次全面检查。 |
定期检验周期为1年。 | |
定期检验周期为1年。 | |
客运索道 | 对于客运架空索道,年度检验每年一次,全面检验三年一次。 |
以压力容器为例,其定期检验项目以宏观检验、壁厚测定、表面缺陷检测、安全附件检验为主,必要时增加埋藏缺陷检测、材料分析、密封紧固件检验、强度校核、耐压试验、泄漏试验等项目。
超声相控阵技术是近年来发展起来的新型超声检测技术,其在特种设备领域的应用范围尚处于不断推广过程中。如2020年5月,中化泉州百万吨乙烯项目采用超声相控阵设备对外径为508毫米至1.93米规格的大口径管道焊缝进行无损检测,是国内炼化工程首次使用超声相控阵技术(替代射线检测),大大降低了检测耗时、提高了检测效率。
目前,承压设备超声相控阵检测行业标准《承压设备无损检测 第15部分:相控阵超声检测》(NB/T 47013.15-2021)已于2021年4月获批,并于2021年8月正式实施,未来随着相关标准的实施将有效促进超声相控阵检测在特种设备领域的应用发展。
轨道交通
铁路是国家战略、先导性、关键性重大基础设施,是国民经济大动脉、重大民生工程和综合交通运输体系骨干,在经济社会发展中的地位和作用至关重要。近年来,随着国民经济的发展及各城市轨道交通需求量增大,我国城市轨道交通建设加速推进。
目前,针对轨道交通的运维维保,包括钢轨和列车车体超声检测,其中,钢轨超声检测主要包含了母材检测和钢轨焊缝检测,通过钢轨探伤车进行多通道超声无损检测;列车车体由于结构复杂,检测部位包含了对于车轴、轮对、空心轴、车轴轮座、车轮、曲轴、制动盘以及螺栓的超声波检测等,如轮对探伤检验周期为20±5/2万公里。
CRH5型动车组 |
随着我国铁路网规模快速发展,高铁速度不断提升,加上我国高铁2007年开通至今已十余年,车辆陆续进入大修里程,前期投用的一些关键部件集中进入疲劳期,这为超声检测行业提供了良好的市场空间。
核电电力
核安全对核电行业发展极端重要,一旦发生严重核事故,对国家和经济的影响极为严重,同时由于公众对核电缺乏了解及恐核心理,核事故的社会影响将被强烈放大,不仅对该国的核电产业产生严重打击,而且对国际核电发展都会带来严重后果。
我国参照国际原子能机构的有关安全标准,制定了比较完备的、与国际接轨的核安全法规标准体系,对民用核设施实施了独立的安全评审和监督。因此,由于核电自身的特殊性,核电运营方对核电站安全维护方面的日常检测质量和检测效率要求很高,以确保核安全为保障核电的安全运营。
核电站由常规岛和核岛组成,其中压力容器、压力管道和管件部件都需要进行无损检测。常规岛主要检查汽轮机、蒸汽管道和有关的辅助系统,核岛无损检测工作涉及所有核1、2、3级部件,其中主一回路系统主要围绕反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、一回路管道开展无损检测工作。
2019年,中广核发布阳江核电站在常规岛法定焊缝检测过程中的射线探伤将由相控阵超声检测技术取代,阳江核电站成为国内首家常规岛完全使用相控阵超声检测技术的核电站。
2021年,阳江核电站使用相控阵超声检测技术对核电厂冷源系统衬胶管道粘接状态进行在役检测,这是阳江核电站在完成常规岛相控阵检测技术全面应用后的又一重要技术创新,可有效解决目前核电厂面临的SEC衬胶管道粘接质量无法检测的问题,进一步提升冷源系统衬胶管道的安全性。
因此,随着技术的发展,因为在役检测环境涉及高辐射、密闭空间等复杂环境,为了减少对人体的伤害,超声检测在核电应用上自动化检测程度逐渐提高,随着我国核电的持续快速发展将带动超声检测设备需求持续增长。
能源化工
由于石油、天然气属于易燃易爆气体,在管网运输过程中存在泄漏的风险,需要定期对长输管线进行检验,检测范围包括环向对接焊缝、套筒焊缝、管道腐蚀、弯头腐蚀、法兰等。
长输管道的检测包括定期检验和全面检验,其中年度检验至少每年一次,投用后3年内进行首次全面检查,结合全面检查和使用评价结果,确定下次全面检查的日期,全面检测包括内检测、直接检测和耐压试验,根据情况周期为5、10、15、20年,如处于事故后果严重区应适当缩短全面检查周期,如超出风险可接受程度,应立即进行全面检查。
根据2016年1月国家能源局修订的《在役油气管道对接接头及多探头检测》,规定了采用超声相控阵对石油天然气在役管道的检测及质量评定要求,超声相控阵检查在管道对接接头等方面检测应用日趋成熟。因此,随着我国油气管道建设的稳步推进及,油气管道里程持续增加及超声相控阵检测应用的成熟和完善将为超声无损检测提供持续增长的市场空间。
新型应用领域
如随着科技进步和产业变更,新能源汽车已成为汽车产业转型升级的中坚力量,根据国务院印发的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》,我国新能源汽车产业技术水平显著提升、产业体系日趋完善、企业竞争力大幅增强。在新能源汽车快速发展的背景下,电池安全性是其主要痛点之一,其车辆自燃起火会引发社会广泛关注,而动力电池由于老化或工艺控制问题等问题,电池涂胶层可能出现部分脱粘,长期运行下有可能导致局部过热甚至起火的安全事故,为保障动力电池的安全性,需要对动力电池涂胶层粘结质量进行相应检测,这将为超声无损检测提供新的市场增长空间。
同时,随着5G网络技术的高速发展,在物联网时代的新环境中,在线智能监测技术会超声无损检测催生新的需求市场,将成为行业新的发展推动力,如石油石化管道及平台的腐蚀监测、水电风电行业的螺栓监测、重大工程桥梁结构、航空航天设备关键部位以及飞机蒙皮的智能监测等。
超声在线监测能够有效降低人为干预因素的影响,同时数据具有实时性、全生命周期的特点,便于整个项目的一体化管理,节省检测成本。
如风电机组在运行过程中,开顺桨、阵风、风切变等因素都可能叶片根部螺栓收到冲击、振动,长时间运行后,叶片连接螺栓如果产生疲劳裂纹,将会引起叶片抖动、偏心、停机、甚至叶片掉落,带来严重后果。因此,对风机关键部件的定期检测和后续维护越来越受到行业的重视。随着装机量为持续增长及对风机关键部件的后续维护越来越重视,将会形成超声在线监测巨大市场需求。
5行业竞争格局
随着无损检测行业不断发展,国内企业总体水平和综合实力有了很大程度的提高,在无损检测基础理论、技术开发、仪器设计和研制及产品应用等方面都已在世界占有重要一席。
由于受到资金、技术、研发力量、品牌等因素的限制,国内无损检测企业规模普遍偏小,产品结构也相对较为单一,在全聚焦相控阵超声检测设备等高端产品的技术水平和质量稳定性与国外企业尚存在一定差距。
目前,全球专门从事超声波无损检测设备研发、生产和销售的公司仍相对较少,国内超声波无损检测设备生产商规模还普遍偏小,但处于“对标赶超”的快速发展阶段,已涌现出一批具备国产替代潜力的优秀企业。
国内超声波无损第三方检测企业的竞争格局呈现出层次性的发展态势。领先企业凭借技术实力和服务水平占据市场优势地位,而追赶企业和新进入者则需要通过技术创新和服务优化等方式来提升自己的竞争力。
未来,随着技术创新、市场需求增长和政策支持与法规监管的推动,超声波无损检测行业将迎来更多的发展机遇和挑战。






