蒋危平先生（1935-2012）：中国机械工程学会无损检测分会创始人之一，开创了中国数字化超声波检测技术的产业化道路，研发了中国第一代数字化超声波探伤仪；中国科学院武汉物理与数学研究所研究员；曾任中国机械工程学会无损检测分会第四、五、六、七届副理事长，湖北武汉无损检测学会荣誉理事长；为促进中国无损检测学会发展做出重要贡献，多项国家奖获得者，被授予学会首届“百人奖”杰出贡献奖。
从第一台国产超声波探伤仪问世，至今已有六十多年的时间，期间国产超声波探伤仪伴随着我国超声检测技术的发展而发展。在每个发展阶段都凝聚了科研和检测人员的大量心血和智慧。
1 便携式超声波探伤仪的发展历程
从1955年起，我国经历了电子管式、晶体管式和数字式超声波探伤仪三个发展阶段，国产仪器技术不断成熟，产品性能不断提高。从1979年开始，主要技术指标和性能已与国外同类产品相当，满足国内常规超声波探伤的技术要求。
1.1 电子管式超声波探伤仪
自20世纪40年代中期，美英两国研制成功脉冲反射式超声波探伤仪后，到20世纪50年代，世界主要发达国家相继推出超声波探伤仪，并用于机械、造船和钢铁行业的钢板和铸件探伤。
作为一项新技术，超声检测技术很快得到我国的重视。1953年，中国科学院长春机电研究所组成了以笪天锡和向明等人为主的专业组，仿制加拿大制造的超声波探伤仪，开始从事超声波探伤仪的研制。1953年，上海材料研究所派人去长春学习和仿制了一台超声波探伤仪。1954年，中国科学院长春机电研究所人员协助上海材料所、热处理所和铸造所等单位，组成超声波探伤工作组，分别在哈尔滨和上海等地工厂进行超声波探伤试验和推广。
当时碰到的难点是，少数昂贵的进口设备无法满足企业探伤要求，且设备均采用石英晶片的超声波探头，推广起来有一定困难。
1955年，我国引进苏联生产的超声波探伤仪，其使用的是钛酸钡压电陶瓷晶片的超声探头，与石英晶片的探头相比，灵敏度有了很大的提高。很快江南造船厂吴绳武等人参照苏联产品研制成功江南Ｉ型超声波探伤仪，标志着我国第一代定型超声波探伤仪的诞生。与此同时，上海材料研究所也参照苏联Y3Д-1型超声波探伤仪研制了26台超声波探伤仪，提供给机械工业系统的工厂使用。随着江南Ｉ型及后续的江南II型超声波探伤仪的面市并小批量投产，推进了我国超声探伤事业的发展。
随着国产钛酸钡、锆钛酸铅和钛酸铅等多种压电陶瓷晶片的问世，极大地提高了探头的性能，促进了探伤仪性能的提高。20世纪60年代初，我国先后形成了上海中原电器厂、天津电子仪器厂、汕头超声电子仪器厂、辽阳无线电厂和武汉电子仪器厂等我国第一代超声探伤仪的专业制造厂家。
随着探伤仪的研究和发展，我国开始建立相关的标准和技术规范。1964年4月，在苏州召开的机械工业系统全国无损检测年会中，制定了无损探伤应用条例和超声波纵波探伤标准试块技术条例，加快了超声波探伤技术的推广，促进了超声波仪器的发展。
当时的电子管超声波探伤仪存在的问题是：虽称是便携式，但其重量重、体积大、搬运困难且易出故障。在仪器的放大器线性动态范围和水平线性等方面均没有具体的性能指标要求，而且仪器没有设置衰减器等结构。该设备对钢件使用纵波探出缺陷的问题不大，但很难对缺陷进行当量测定。
1.2 晶体管式便携超声波探伤仪
晶体管式超声波探伤仪的研制始于20世纪60年代末到70年代。晶体管化使超声探伤仪的技术性能(如稳定性和可靠性)得到提高，放大线性、动态范围、灵敏度余量和当量读数精度等主要技术指标都有了大幅度提高，基本解决了电子管式探伤仪的诸多不足，满足了焊缝探伤等多种探伤技术的要求。
特别需要指出的是，1980年汕头厂推出CTS-22型超声波探伤仪，其主要技术指标已达到国际同类产品的水平，并在相当长的时间成为我国超声波探伤仪的主流产品。姚锦钟同志在这方面做出了很大的贡献，而汕头也成为当时国内主要的超声波探伤仪生产基地。
1.3 数字式超声波探伤仪
微机问世和大规模集成电路的发展，为超声波仪器设备的发展提供了新的条件。20世纪70年代末，发达国家相继推出计算机辅助的自动超声检测装置。这些设备充分利用了微机的高精度运算、控制和逻辑判断功能，除提高了机电运行的稳定性和可靠性之外。还提高了当量读数和缺陷位置的精度，并较好地解决了存储、记录和打印输出的问题。与此同时，国外还相应开展了信号处理技术的研究。
1983年，德国推出了第一台便携式USD-Ｉ型数字化超声波探伤仪。尽管其体积较大，重量较重，功能还不完善，但是已经具备了自动设置DAC曲线、自动判伤、数据存贮和打印输出等功能。USD-Ｉ的问世，标志着超声波探伤仪开始进入数字化时代。随即自1986年起，美国等发达国家的数字式超声波探伤仪得到了迅速发展。
我国于1979年开始，进行微机技术在超声检测中的应用和研究。研究了超声信号的数据采集、量化和信号处理；计算机辅助的超声Ｃ扫描、P扫描和成像系统的研制；管材和棒材等自动超声检测装置以及晶粒度检测的开发。
早在1986年，全国无损检测学会就数字化超声波探伤仪的问题展开了学术和技术讨论。当时，各位专家对我国发展数字化探伤仪存在不同的看法，但各种意见对国产数字化超声波探伤仪的研制起到了促进作用。
随着大规模集成电路和CPU技术的快速发展，我国开展数字化超声波探伤仪的研制条件逐渐成熟。1988年，中科院武汉物理所研制成功国内第一台数字化超声波探伤仪的原理样机，并借全国无损检测学会第四届年会在武汉召开之际，听取了部分专家的意见。经过多次改进，1989年，中科院武汉物理所武汉科声技术公司研制成功国内第一台全数字化超声波探伤仪(KS1010)，并于1990年小批量推向市场。与此同时，中科院声学所也研制成功数字-模拟组合式电脑超声波探伤仪并推向市场。为推进国内数字化超声波探伤仪的发展，全国无损检测学会超声专业委员会于1990年5月在常州市召开了智能超声波探伤学术讨论会。武汉科声技术公司和中科院声学所分别在讨论会上演示了两种类型的仪器。
随着数字化超声波探伤仪的应用范围扩大，其自动设置DAC曲线、自动判伤、数字存贮和打印输出探伤报告等特有的性能深受用户的好评，市场前景看好。从1993年开始，逐步形成了一些数字化超声波探伤仪的专业厂，而传统的超声波仪器生产厂家也纷纷推出各自品牌的数字化超声波探伤仪。到如今，数字化超声波探伤仪已成为超声波探伤的主流产品。
2 自动超声波探测系统的发展历程
早在20世纪60年代，我国就开始应用机械来代替手工超声波探伤。例如，1963~1964年间，中科院中南物理研究所就曾协助大冶钢厂建立带有机械传动和缺陷自动报警的水浸法钢坯探伤装置。其后，用于钢坯和圆饼锻件等金属材料的机械化探伤设备纷纷投入产品的质量检测。
20世纪70年代初，上海材料所研制成功四通道无缝钢管超声自动检测系统。至20世纪80年代，自动超声检测装置已较广泛用于坯材、棒材、厚壁和薄壁管材、钢轨和螺旋管焊缝探伤。由于超声探伤性能的提高，探头随动跟踪方法的改进，检测速度和可靠性均有了较大提高。
与此同时，由于微机技术的发展，计算机辅助的自动超声检测系统得到发展，并用于管材、轮轴、钢坯和晶粒度检测。
20世纪90年代至今，随着多通道数字化超声探伤技术、信号处理技术和机电传动装置的发展，我国自动超声检测装置的稳定性、可靠性、缺陷判别能力、当量误差精度和缺陷定位精度等均得到了较大的提高。数据存储能力加强，为数据的后处理、审查以及复核探伤结果提供了良好的条件。
值得一提的是，相控阵超声波探伤仪的研制成功和TOFD技术的应用，推动了我国焊缝自动探伤技术的发展，并取得了良好的效果。
3 值得关注的若干问题
我国NDT人员的培训与资格认证已与国际接轨，国产超声波探伤仪也理应与国际接轨。为了走出国门，走向国际市场，笔者认为应注意以下几个问题，以进一步提高我国的产品质量。
3.1 标准化
应尽快制修订和完善与国际接轨的数字化超声波探伤仪的国家标准，并严格执行。
3.2 提高仪器性能，增加产品品种
在认真分析与国外同类产品在性能和技术指标上的差距后，国内的超声波探伤仪生产厂家应加以改进，使国产超声波探伤仪达到国际同类产品的水平。在此就发射、接收和放大等模拟电路提出改进意见。
3.2.1 发射电路
研制发射脉冲幅度多档调节的仪器势在必行。
发射电路产生脉冲去激励超声探头，使其产生超声脉冲。超声脉冲的幅度随着激励脉冲幅度的提高而提高，但有饱和点。以2.5 MHz探头为例，超过500 V就达到饱和点，而5 MHz探头的饱和点则在250 V左右。超过饱和点不仅不能提高超声脉冲幅度，反而会改变脉冲形状，降低仪器的分辨力。因此要求仪器能提供不同的发射脉冲幅度以对应不同频率探头的需要，如400，200，150和100 V等。超声探头需要前沿很陡的发射脉冲激励，因此发射脉冲的上升时间是一个重要技术指标。在同等的情况下，发射脉冲幅度低，则脉冲上升时间短，能更好地满足高频探头激励的需要。
3.2.2 接收放大器
对于高频窄脉冲超声波探头来说，较高频带宽度的放大器可保证其回波波形的完整。而频带过宽的放大器往往不能满足探伤灵敏度和信噪比要求。因此如果仪器有宽带放大和调谐放大的功能，就能较好地满足不同类型的探伤需要。另外应重视保证衰减器在不同频率时的衰减dB值连续精度。
3.2.3 超声波探头
目前很多人对超声波仪器的性能指标非常重视，远远超过对超声探头性能指标的重视程度，甚至忽视了对超声波探头的严格测量，这是个很严重的问题。
超声波探头是超声探伤仪的核心部件，其性能和技术指标直接影响超声波探伤仪的综合性能以及探伤结果的可靠性。我国曾投入较大的科研力量进行压电晶片的开发研制、探头的理论分析和工艺研究以及探头性能指标的测量研究。至20世纪80年代左右，国产换能器基本能满足常规探伤的要求，但总体来说与国际上有较大的差距。
其一，超声探头的规格和品种不够多，特别是高频、宽带窄脉冲、高温以及相控阵探头，影响了国产仪器的良好使用。例如近年来发展起来的TOFD方法，已到了推广应用阶段，但其所需的宽带窄脉冲探头多需进口。
其二，国内已有众多的超声探头生产厂在生产常规探头，对超声波探伤的发展发挥过积极作用。但也应看到，除了少数企业具备技术力量和探头性能测试设备外，多数企业力量薄弱，测量设备比较陈旧，并很少具备探头指向性和频谱特性测量设备，更谈不上声场分布测量。在低价位激烈竞争的市场条件下，小企业生存环境不良，很难通过加强技术力量改善生产和测量条件。这些实际情况应该得到相关用户，特别是质检部门的重视。
目前国产超声波探头的价格较进口同类产品相差10倍以上，因此国产超声波探头有很大的发展空间。只要探头用户认识到换能器性能在超声波探伤中的特殊地位，并对探头生产企业提出高要求，我国的超声波探头质量将会得到很大的提高。
3.2.4 重视机械传动装置
确定探伤仪器和探伤方法后，在自动探伤系统中，影响探伤结果可靠性和稳定性的因素主要在于探头性能、探头与被检件之间相对位置和声耦合状态的稳定性。在整个传动过程中，可靠性和稳定性需要高精度的机械传动和探头随动装置，加上进料、出料和分选等，系统要求控制准确，平稳运行，因此对机电设计和加工要求很高。
实际情况是，国内很多用户和生产厂商均对国产自动探伤设备中的机械传动部分重视不够，对其投入的资金不足，造成了目前国内系统的价格和性能偏低的现状，影响了国产自动化探伤设备的发展。以一套进口管材超声波自动探伤装置为例，少则五百万，多则上千万。而我国在20世纪80年代就出现了20多万元一套的管材自动探伤设备，其可靠性和稳定性可想而知。随着企业对探伤的重视程度和财力的提高，目前订购价格随之提高到百万元以上。即使这样，将多通道超声波仪器和计算机等主件价格除去后，留给机电部分的资金投入就很少。好在设计制造者做出了很大努力，使多数整套设备得以良好运行，维持了国产自动探伤装置的可信度，但同时很难造就高水平探伤用机械传动设计人员和相对固定的探伤设备制造商。
为使国产自动超声波探伤装置得到提高和发展，除了应提高超声波探伤仪和探头的性能外，增加机电系统方面的投入也是重要的一环，应为企业界重视，特别是各行业的主管部门和质检部门。以促进我国自动超声波技术的发展，为产品的质量保证做出贡献。
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