东方时讯网东芝公司开发了一种用于基础设施维护和检查中超声波无损检测的滑动片状矩阵(SSLM)。所开发的SSLM不需要应用液体耦合剂，例如在健康检查期间应用于人体超声波检查的凝胶，并且还结合了通过超声波(超声波传播)的高性能和流畅的设备操作性。
无损检测是在不破坏物体内部缺陷及其形态或尺寸的情况下进行检测的一种检测方法，超声波对人体无害，被广泛应用于此类检测中。液体或凝胶耦合剂常用于超声波检查，尤其是在检查人体时，因为它们都提供高水平的超声波传播和平稳的操作。
然而，在基础设施维护和检查领域，液体会渗入检查目标的内部，导致应用结构或设备的故障或劣化。将这种影响降至最低需要额外的工作，因此基础设施的应用现在也使用固体耦合剂的粘合片，但通常需要在超声波传播和平稳运行之间进行权衡，从而导致工作时间增加等问题。
东芝开发的SSLM包含专有的软片和晶格材料，以实现超声波传播和平稳的操作性。格子材料允许在改变检查位置时在结构和设备表面上进行低摩擦运动，并且在检查时，施加负载以将SSLM压在作为检查目标的物体上允许超声波传播，从而具有快速响应特性.
超声波无损检测需要从被检测物体表面的许多位置进行测量，因此与使用传统粘合片时所见的检测时间相比，使用开发的SSLM应该会显着减少时间。此外，与传统的使用液体耦合剂的超声无损检测方法相比，SSLM无需在检查前对检查区域以外的区域进行遮蔽，并在检查后去除施加的液体耦合剂，从而有助于提高维护检查的效率和自动化程度。此外，由于难以去除液体，它可以应用于以前难以应用的物体。
全球工业厂房和基础设施结构和设备无损检测市场预计将以4.7%的复合年增长率增长，从2018财年的3.1万亿日元增长到2028年的4.9万亿日元。为应对基础设施老化的挑战和劳动力短缺，全世界都在努力改进无损检测过程并提高其效率。无损检测经常使用超声波，特别是简单方便的脉冲回波法，它发射超声波脉冲并接收从缺陷处反射的波。
超声波倾向于在具有不同声阻抗的材料之间反射。与用于发射和接收超声波的传感器(换能器)或被检查物体相比，空气具有非常低的声阻抗，因此如果它们之间存在空气，检查将很困难。因此，一般采用凝胶状液体耦合剂来传播超声波到被检对象，如人体超声检查。同样，在进行基础设施维护和检查时也需要耦合剂。
应用耦合剂可以让超声波传播到被检查的物体，并使换能器的操作更加顺畅，但液体可能会渗入被检查的目标内部，导致结构和设备出现故障或劣化。为了将这种可能性降到最低，需要在检查前遮盖检查区域以外的区域，并在检查后去除所涂的液体耦合剂，这使得检查任务复杂化并且难以提高效率。在高吸收性或多孔材料上使用液体耦合剂也很困难，在某些情况下，使用耦合剂可能会导致结构或设备本身出现缺陷，从而无法使用。
为了应对这些挑战，基础设施部门最近开始使用固体耦合剂粘合片。这些粘合片是高分子弹性材料，例如硅橡胶片。因为它们是实心的，所以它们不太可能引起磨损，从而使被检查的物体变质。然而，它们的高粘性阻碍了换能器的顺畅操作，并且每次检查区域发生变化时都必须剥离并重新粘贴，因此操作性问题仍然存在。
在这些情况下，需要同时实现超声波传播和平稳运行的固体耦合剂。
开发技术的特点
作为回应，东芝开发了SSLM，它提高了可操作性，同时像液体耦合剂一样保持超声波传播到检查目标(图1)。SSLM是软片与格子材料的独特组合。去除检查目标和换能器之间的空气层以保持超声波传播，通过可自由改变其形状并紧密粘附在表面的柔软片状材料来适应检查目标和换能器表面上的任何不平整。该矩阵的底面是一种与检查目标具有低摩擦的材料。
将换能器连接到SSLM可以使其在被检查的表面上平稳移动，并施加负载将板材压在检测目标上，将格子材料推入板材，从而消除空气层并允许在检测过程中粘附在目标上检查。检查后解除负载时，压入的格子矩阵恢复到原来的状态，使换能器再次平稳移动。
在东芝对常用于基础设施结构的不锈钢进行的检查中，当使用SSLM时，从施加负载到超声波充分传播到被检查对象的响应时间小于50毫秒，证实了该系统与粘合片(图2)。
释放负载后，SSLM会迅速恢复到原始状态，从而实现平稳移动。矩阵可以很容易地沿着要检查的表面移动，允许在短时间内在多个点进行检查，因此应该可以显着减少检查时间(图3)。此外，与使用液体耦合剂时不同，无需在检查前进行遮蔽或在检查后去除耦合剂，简化维护检查任务，减少检查时间，并有助于未来维护检查的自动化。
前景
东芝期望开发的SSLM不仅能应用于老化基础设施的维护和管理升级，还能应用于风车、飞机等大型结构的维护和检查，以及其他难以进行旋转部件的大型设备。维修人员进入检查。东芝将继续开发相关的超声波无损检测技术，力争早日实现商业化。