第一篇：超聲波探傷在鐵軌中的應(yīng)用小論文

一、超聲波傳感器在鐵路鋼軌探傷中的應(yīng)用

二、設(shè)計(jì)的目的：

1）掌握超聲波傳感器的原理及應(yīng)用。2）掌握鐵路鋼軌探傷高速檢測的方法。

3）通過畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)理論、知識、技能分析解決實(shí)際問題的能力。

三、設(shè)計(jì)技術(shù)要求：

１）在線探測速度：大于80km/h。

2）鋼軌頭部橫向疲勞裂紋（核傷）報(bào)警：小于ф5mm平底孔當(dāng)量； 鋼軌頭部縱向疲勞裂紋報(bào)警：小于10mm當(dāng)量；鋼軌腰部斜裂紋長度報(bào)警：小于10mm當(dāng)量。3）探輪自動(dòng)對中精度：小于20%。4）使用溫度：-40-+70°C。

四、畢業(yè)設(shè)計(jì)完成的具體內(nèi)容 1）實(shí)習(xí)、搜集資料；

2）選擇設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)實(shí)體電路； 3）繪出電信號處理電路； 4）繪制電氣原理圖；

5）對所用元器件進(jìn)行計(jì)算選擇，列寫元器件材料表； 6）主要參考資料。

五、主要參考文獻(xiàn) 《自動(dòng)檢測技術(shù)及應(yīng)用》

無損檢測(No ndest ruct ive test，NDT)是指不破壞和損傷受檢物體，對其性能、質(zhì)量、有無內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測的一種技術(shù)。無損檢測技術(shù)是提高產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步不可缺少的手段，特別隨著新材料、新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，各種結(jié)構(gòu)零件向高參量、大容量方向發(fā)展，不僅要提高缺陷檢測的準(zhǔn)確率和可靠性，而且要把傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)無損檢測的數(shù)字化、圖像化、實(shí)時(shí)化、智能化。

工業(yè)上常用的無損檢測方法有五種：超聲檢測(UT)、射線探傷(RT)、滲透探查(PT)、磁粉檢測(MT)和渦流檢測(ET)。其中超聲檢測是利用超聲波的透射和反射進(jìn)行檢測的。超聲波可以穿透無線電波、光波無法穿過的物體，同時(shí)又能在兩種特性阻抗不同的物質(zhì)交界面上反射，當(dāng)物體內(nèi)部存在不均勻性時(shí)，會使超聲波衰減改變，從而可區(qū)分物體內(nèi)部的缺陷。因此，在超聲檢測中，發(fā)射器發(fā)射超聲波的目的是超聲波在物體遇到缺陷時(shí)，一部分聲波會產(chǎn)生反射，發(fā)射和接收器可對反射波進(jìn)行分析，精確地測出缺陷來，并顯示出內(nèi)部缺陷的位置和大小，測定材料厚度等。

超聲檢測作為一種重要的無損檢測技術(shù)不僅具有穿透能力強(qiáng)、設(shè)備簡單、使用條件和安全性好、檢測范圍廣等根本性的優(yōu)點(diǎn)外，而且其輸出信號是以波形的方式體現(xiàn)。使得當(dāng)前飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)信號處理、模式識別和人工智能等高新技術(shù)能被方便地應(yīng)用于檢測過程，從而提高檢測的精確度和可靠性。

超聲波無損探傷(NDI)是超聲無損檢測的一種發(fā)展與應(yīng)用，其設(shè)備有：超聲探傷儀、探頭、藕合劑及標(biāo)準(zhǔn)試塊等。其用途是檢測鑄件縮孔、氣泡、焊接裂紋、夾渣、未熔合、未焊透等缺陷及厚度測定。

超聲無損檢測在最近幾十年中得到了較大的進(jìn)展,它已成為材料或結(jié)構(gòu)的無損檢測中常用的手段。由于超聲檢測可以在線進(jìn)行、超聲波對人體無害又不改變系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，因此，在材料或結(jié)構(gòu)的無損檢測中得到了廣泛的應(yīng)用。

超聲探傷原理

超聲探傷是無損檢測的主要方法之一。它能非破壞性地探測材料性質(zhì)及內(nèi)部和表面缺陷(如裂紋、氣泡、夾渣等)的大小、形成和分布情況，具有靈敏度高、穿透力強(qiáng)、檢測速度快和設(shè)備簡單、成本低等一系列特點(diǎn)。

1.1 基本原理

超聲波探傷具有反射和透射兩種方法。其中反射方法精確度較高。圖1 是脈沖回波探傷儀原理圖。脈沖發(fā)射器通過探頭將超聲波短脈沖送入試件，當(dāng)回波從試件的缺陷或邊界返回時(shí)，通過信號處理系統(tǒng)，在示波器上加以顯示，并將其幅度和傳播時(shí)間顯示出來。如果已知試件中的聲速，則根據(jù)示波器上的讀數(shù)所獲得的脈沖間的傳輸時(shí)間即可獲得缺陷的深度。

圖1 脈沖回波探傷儀原理圖。

1.2 探傷分類

超聲探傷方法很多，可以按不同的方式進(jìn)行分類。

現(xiàn)將幾種常用的分類方法介紹如下。

(1)按原理分類

按探傷原理分類可分為脈沖反射法、穿透法和共振法。脈沖反射法是一種利用超聲波探頭發(fā)射脈沖到被檢測試塊內(nèi)，根據(jù)反射波的情況來檢測試件缺陷的方法。脈沖反射法又包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法等。

(2)按耦合方式分類

按耦合方式分類如圖2 所示。

圖2 按耦合方式探傷分類圖。

(3)按探傷顯示方法分類

按探傷顯示方法分類可分為A 型顯示，B 型顯示與C 型顯示。其中A 型顯示只顯示缺陷的深度： B 型顯示探傷儀，可顯示工件內(nèi)部缺陷的橫斷面形狀，此時(shí)示波器橫坐標(biāo)代表探頭在工件面上的位置，縱坐標(biāo)代表缺陷的深度。探頭沿工件移動(dòng)與示波管掃描線的水平移動(dòng)是同步的，為使圖象保留在熒光屏上，應(yīng)選用長余輝示波管，且探頭移動(dòng)速度不能太快： C 型顯示探傷儀,可以顯示工件內(nèi)部缺陷的平面圖形。

(4)按智能方式分類

上述探傷方法如由人工操作，則為人工探傷。如使試樣或探頭移動(dòng)，在它的移動(dòng)中利用超聲波自動(dòng)地檢測缺陷并予以顯示或指示(噴色)的方式，稱為超聲自動(dòng)探傷。自動(dòng)探傷要有探傷儀(帶閘門裝置)，顯示裝置，探頭及其夾持機(jī)構(gòu)。根據(jù)探頭設(shè)置方式的不同還可大致分為如下幾種探傷方式：直接接觸方式，此方式只用在探傷速度不高且表面光滑的場合，如軌道、無縫鋼管和軸等： 局部水浸方式是超聲探傷中最適用的方式，還可細(xì)分為其他方式，但原理是同樣的： 全水浸方式用于工件的某部分(如粘結(jié)層)或管類的精密探傷，當(dāng)水槽機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成可以進(jìn)行自動(dòng)探傷的情況下，除去工件的裝卸以外，探傷可以全部自動(dòng)化，如果工件加工精度高，而且水槽內(nèi)架設(shè)的探頭夾持機(jī)構(gòu)、移動(dòng)架的精度也高，則探傷的精度也高。

超聲探傷技術(shù)在無損檢測中的應(yīng)用

2.1 機(jī)車檢測方面的應(yīng)用

2.1.1 在高速鋼軌檢測中的應(yīng)用

我國鐵路運(yùn)營線路近七萬公里，而且鐵路正在向高速、重載的方向發(fā)展。超期服役的鋼軌數(shù)量很大，線路上的鋼軌在承擔(dān)繁重的運(yùn)輸任務(wù)過程中，不免要產(chǎn)生各種肉眼能看見及看不見的損傷如側(cè)磨、軌頭壓潰、剝離掉塊、銹蝕、核傷、水平裂紋、垂直裂紋、周邊裂紋等。

如圖3 所示，當(dāng)被檢鋼軌內(nèi)部有一個(gè)裂紋缺陷(或其他缺陷)，將超聲波探頭放在被檢鋼軌的某一表面部位(該面稱作探傷面、檢測面)，探頭向被檢鋼軌發(fā)射超聲波信號，超聲波穿過界面進(jìn)入被檢鋼軌內(nèi)部，在遇到缺陷和兩介質(zhì)的界面時(shí)都會有反射，反射信號被探頭接收后，通過探傷儀內(nèi)部的電路轉(zhuǎn)換，就可以把缺陷信號和底波信號形象地顯示出來，如圖4 所示。根據(jù)超聲波的聲程推算，就可以輕易地將缺陷信號和底波信號區(qū)分開，然后通過超聲波試塊進(jìn)行定標(biāo)，就可以實(shí)現(xiàn)對鋼軌缺陷的定位和定量。

圖3 超聲探傷示意圖。

圖7 輪輞人工模擬缺陷探傷。

2.3 焊接方面的應(yīng)用

采用超聲相控陣技術(shù)及B 掃描實(shí)時(shí)成像技術(shù)，通過足夠數(shù)量的探頭排列和觸發(fā)時(shí)間控制，并選用不同頻率范圍，可以實(shí)現(xiàn)嵌入式電阻絲電熔連接接頭的檢測。

通過對比超聲圖像與接頭實(shí)剖圖，發(fā)現(xiàn)該方法能可靠地檢出物體中的缺陷，并能較精確地確定缺陷位置和大小。在聚乙烯管道安裝工程中的檢測進(jìn)一步驗(yàn)證了該技術(shù)的可靠性。

檢測示意圖如圖10 所示。超聲相控陣檢測結(jié)合B掃描技術(shù)可以判斷檢測截面上電阻絲的位置，從而可以判斷由于管材和套筒配合過緊造成的電阻絲垂直方向的錯(cuò)位情況，從實(shí)剖圖上得到驗(yàn)證如圖11 所示，比較超聲成像圖和實(shí)剖圖可以看出，相控陣超聲方法對金屬絲有較好的分辨效果，連很微小的位移也能分辨出來，定位精度達(dá)0.5 mm。

圖10 焊接檢測示意圖。

圖11 電阻絲錯(cuò)位圖。

超聲相控陣技術(shù)及B 掃描實(shí)時(shí)成像方法對聚乙烯管電熔接頭各類缺陷有較好的檢出能力。對大量含缺陷電熔接頭進(jìn)行檢測和試驗(yàn)研究，對比超聲成像圖和實(shí)剖圖，發(fā)現(xiàn)該方法對于聚乙烯電熔接頭的各類缺陷均有較高的檢測靈敏度和檢出精度。通過城鎮(zhèn)聚乙烯燃?xì)夤艿腊惭b工程檢測實(shí)踐，驗(yàn)證該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)嵌入式電阻絲電熔連接接頭的檢測。

結(jié) 語

現(xiàn)代意義的無損檢測技術(shù)是隨著各種科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。超聲檢測作為無損檢測的一種重要方法和熱點(diǎn)研究，主要集中在研制適應(yīng)性強(qiáng)、靈敏度高的探頭： 為判斷缺陷性質(zhì)而對各種缺陷數(shù)學(xué)模型的建立： 缺陷的檢出和信號分析技術(shù)： 無損*價(jià)的量化研究以及拓展超聲檢測在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。它的優(yōu)點(diǎn)是對平面型缺陷十分敏感，一經(jīng)探傷便知結(jié)果，易于攜帶，多數(shù)超聲探傷儀不必外接電源，穿透力強(qiáng)。局限性是藕合傳感器要求被檢表面光滑，難于探出細(xì)小裂縫，要有參考標(biāo)準(zhǔn)，為解釋信號要求檢驗(yàn)人員素質(zhì)高。

超聲檢測技術(shù)未來將會向著以下幾個(gè)方面發(fā)展:

(1)向高精度、高分辨率方向發(fā)展。

(2)高溫條件下的測量明顯增多，在線檢測、動(dòng)態(tài)檢測增多。

(3)在若干領(lǐng)域向超聲無損*價(jià)發(fā)展，使得超聲檢測內(nèi)容有了新的內(nèi)涵。如超聲檢測技術(shù)與斷裂力學(xué)相結(jié)合，對重要構(gòu)件進(jìn)行剩余壽命*價(jià)： 超聲檢測技術(shù)與材料科學(xué)相結(jié)合，對材料進(jìn)行物理*價(jià)。

(4)在無損檢測方面向定量化、圖像化方向發(fā)展,超聲檢測系統(tǒng)將進(jìn)一步數(shù)字化、圖像化、自動(dòng)化、智能化。

(5)現(xiàn)代信息處理技術(shù)如數(shù)值分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊技術(shù)、遺傳算法、虛擬儀器技術(shù)將廣泛應(yīng)用于超聲檢測技術(shù)領(lǐng)域。

隨著各種科學(xué)技術(shù)在超聲檢測及探傷中的不斷深入應(yīng)用，相信超聲檢測作為許多領(lǐng)域產(chǎn)品質(zhì)量保證的重要手段之一必將得到更多的關(guān)注與提高。

第二篇：超聲波探傷在檢測閥門焊接質(zhì)量中的應(yīng)用

最新【精品】范文 參考文獻(xiàn)

專業(yè)論文

超聲波探傷在檢測閥門焊接質(zhì)量中的應(yīng)用

超聲波探傷在檢測閥門焊接質(zhì)量中的應(yīng)用

【摘要】閥門設(shè)備焊接質(zhì)量十分重要，探傷檢測是保證閥門設(shè)備焊接質(zhì)量的重要方法。介紹了超聲波探傷的性質(zhì)、特點(diǎn)以及在檢測焊接質(zhì)量中的應(yīng)用，包括具體的參數(shù)選擇、缺陷評定和具體環(huán)境下工作要求、建議等。對工作中常見的焊縫缺陷進(jìn)行了列舉、分析以及估判，對其產(chǎn)生的原因和防止措施做出了總結(jié)，希望能深入關(guān)鍵點(diǎn)，有利于結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，把好質(zhì)量關(guān)。

【關(guān)鍵詞】超聲波探傷；檢測；焊接質(zhì)量

探傷檢測的常規(guī)方法有直接用肉眼檢查的宏觀檢驗(yàn)和用射線照相探傷、超聲波探傷、磁粉探傷、滲透探傷、渦流探傷等儀器檢測。肉眼宏觀檢測可以不使用任何儀器和設(shè)備，但肉眼不能穿透閥門工件來檢查工件內(nèi)部缺陷，而射線照相等方法則可以通過各種各樣的儀器或設(shè)備來進(jìn)行檢測，既可以檢查肉眼不能檢查的工件內(nèi)部缺陷，也可以大大提高檢測的準(zhǔn)確性和可靠性。

一、超聲波探傷在實(shí)際工作中的應(yīng)用

對于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級為一級時(shí)評定等級為Ⅱ級時(shí)規(guī)范規(guī)定要求做100%超聲波探傷；對于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級為二級時(shí)評定等級為Ⅲ級時(shí)規(guī)范規(guī)定要求做20%超聲波探傷；對于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級為三級時(shí)不做超聲波內(nèi)部缺陷檢查。截止到目前為止我在實(shí)際工作中接觸到的要求探傷的絕大多數(shù)焊縫都是中板對接焊縫的接頭型式，所以下面主要就對焊縫探傷的操作做針對性的總結(jié)。一般地母材厚度在8-16mm之間，坡口型式有I型、單V型、X型等幾種形式。在每次探傷操作前都必須利用標(biāo)準(zhǔn)試塊（CSKIA、CSKⅢA）校準(zhǔn)儀器的綜合性能，校準(zhǔn)面板曲線，以保證探傷結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1、探測面的修整：應(yīng)清除焊接工作表面飛濺物、氧化皮、凹坑及銹蝕等，光潔度一般低于?4。焊縫兩側(cè)探傷面的修整寬度一般為大于等于2KT+50mm，（K：探頭K值，T：工件厚度）。一般的根據(jù)焊件

最新【精品】范文 參考文獻(xiàn)

專業(yè)論文

母材選擇K值為2.5探頭。例如：待測工件母材厚度為10mm，那么就應(yīng)在焊縫兩側(cè)各修磨100mm。

2、耦合劑的選擇應(yīng)考慮到粘度、流動(dòng)性、附著力、對工件表面無腐蝕、易清洗，而且經(jīng)濟(jì)，綜合以上因素選擇漿糊作為耦合劑。

3、由于母材厚度較薄因此探測方向采用單面雙側(cè)進(jìn)行。

4、由于板厚小于20mm所以采用水平定位法來調(diào)節(jié)儀器的掃描速度。

5、在探傷操作過程中采用粗探傷和精探傷。為了大概了解缺陷的有無和分布狀態(tài)、定量、定位就是精探傷。使用鋸齒形掃查、左右掃查、前后掃查、轉(zhuǎn)角掃查、環(huán)繞掃查等幾種掃查方式以便于發(fā)現(xiàn)各種不同的缺陷并且判斷缺陷性質(zhì)。

6、對探測結(jié)果進(jìn)行記錄，如發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷對其進(jìn)行評定分析。焊接對頭內(nèi)部缺陷分級應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，來評判該焊否合格。如果發(fā)現(xiàn)有超標(biāo)缺陷，向車間下達(dá)整改通知書，令其整改后進(jìn)行復(fù)驗(yàn)直至合格。

二、常見缺陷、原因分析及預(yù)防措施

1、氣孔：單個(gè)氣孔回波高度低，波形為單縫，較穩(wěn)定。從各個(gè)方向探測，反射波大體相同，但稍一動(dòng)探頭就消失，密集氣孔會出現(xiàn)一簇反射波，波高隨氣孔大小而不同，當(dāng)探頭作定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會出現(xiàn)此起彼落的現(xiàn)象。

產(chǎn)生這類缺陷的原因主要是焊材未按規(guī)定溫度烘干，焊條藥皮變質(zhì)脫落、焊芯銹蝕，焊絲清理不干凈，手工焊時(shí)電流過大，電弧過長；埋弧焊時(shí)電壓過高或網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)太大；氣體保護(hù)焊時(shí)保護(hù)氣體純度低等。所用焊接材料應(yīng)按規(guī)定溫度烘干，坡口及其兩側(cè)清理干凈，并要選用合適的焊接電流、電弧電壓和焊接速度等。

2、夾渣：點(diǎn)狀?yuàn)A渣回波信號與點(diǎn)狀氣孔相似，條狀?yuàn)A渣回波信號多呈鋸齒狀波幅不高，波形多呈樹枝狀，主峰邊上有小峰，探頭平移波幅有變動(dòng)，從各個(gè)方向探測時(shí)反射波幅不相同。

這類缺陷產(chǎn)生的原因有：焊接電流過小，速度過快，熔渣來不及浮起，被焊邊緣和各層焊縫清理不干凈，其本金屬和焊接材料化學(xué)成分不當(dāng)，含硫、磷較多等。防止措施有：正確選用焊接電流，焊接件

最新【精品】范文 參考文獻(xiàn)

專業(yè)論文 的坡口角度不要太小，焊前必須把坡口清理干凈，多層焊時(shí)必須層層清除焊渣；并合理選擇運(yùn)條角度焊接速度等。

3、未焊透：反射率高，波幅也較高，探頭平移時(shí)，波形較穩(wěn)定，在焊縫兩側(cè)探傷時(shí)均能得到大致相同的反射波幅。這類缺陷不僅降低了焊接接頭的機(jī)械性能，而且在未焊透處的缺口和端部形成應(yīng)力集中點(diǎn)，承載后往往會引起裂紋，是一種危險(xiǎn)性缺陷。

其產(chǎn)生原因一般是：坡口純邊間隙太小，焊接電流太小或運(yùn)條速度過快，坡口角度小，運(yùn)條角度不對以及電弧偏吹等。

防止措施有：合理選用坡口型式、裝配間隙和采用正確的焊接工藝等。

4、未熔合：探頭平移時(shí)，波形較穩(wěn)定，兩側(cè)探測時(shí)，反射波幅不同，有時(shí)只能從一側(cè)探到。

其產(chǎn)生的原因：坡口不干凈，焊速太快，電流過小或過大，焊條角度不對，電弧偏吹等。

防止措施：正確選用坡口和電流，坡口清理干凈，正確操作防止焊偏等。

5、裂紋：回波高度較大，波幅寬，會出現(xiàn)多峰，探頭平移時(shí)反射波連續(xù)出現(xiàn)波幅有變動(dòng)，探頭轉(zhuǎn)時(shí)，波峰有上下錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。裂紋是一種危險(xiǎn)性最大的缺陷，它除降低焊接接頭的強(qiáng)度外，還因裂紋的末端呈尖銷的缺口，焊件承載后，引起應(yīng)力集中，成為結(jié)構(gòu)斷裂的起源。裂紋分為熱裂紋、冷裂紋和再熱裂紋三種。

熱裂紋產(chǎn)生的原因是：焊接時(shí)熔池的冷卻速度很快，造成偏析；焊縫受熱不均勻產(chǎn)生拉應(yīng)力。

防止措施：限制母材和焊接材料中易偏析元素和有害雜質(zhì)的含量，主要限制硫含量，提高錳含量；提高焊條或焊劑的堿度，以降低雜質(zhì)含量，改善偏析程度；改進(jìn)焊接結(jié)構(gòu)形式，采用合理的焊接順序，提高焊縫收縮時(shí)的自由度。

冷裂紋產(chǎn)生的原因：被焊材料淬透性較大在冷卻過程中受到人的焊接拉力作用時(shí)易裂開；焊接時(shí)冷卻速度很快氫來不及逸出而殘留在焊縫中，氫原子結(jié)合成氫分子，以氣體狀態(tài)進(jìn)到金屬的細(xì)微孔隙中，并造成很大的壓力，使局部金屬產(chǎn)生很大的壓力而形成冷裂紋；焊接

最新【精品】范文 參考文獻(xiàn)

專業(yè)論文

應(yīng)力拉應(yīng)力并與氫的析集中和淬火脆化同時(shí)發(fā)生時(shí)易形成冷裂紋。

防止措施：焊前預(yù)熱，焊后緩慢冷卻，使熱影響區(qū)的奧氏體分解能在足夠的溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行，避免淬硬組織的產(chǎn)生，同時(shí)有減少焊接應(yīng)力的作用；焊接后及時(shí)進(jìn)行低溫退火，去氫處理，消除焊接時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，并使氫及時(shí)擴(kuò)散到外界去；選用低氫型焊條和堿性焊劑或奧氏體不銹鋼焊條焊絲等，焊材按規(guī)定烘干，并嚴(yán)格清理坡口；加強(qiáng)焊接時(shí)的保護(hù)和被焊處表面的清理，避免氫的侵入；選用合理的焊接規(guī)范，采用合理的裝焊順序，以改善焊件的應(yīng)力狀態(tài)。

作者簡介：

徐曉東（1971-），男，山東東營人，大學(xué)本科，副經(jīng)理。

------------最新【精品】范文

第三篇：超聲波原理及應(yīng)用專題小論文

超聲波原理及其在生活中的應(yīng)用

電子1103 李志 11214066 摘要：

本文第一部分主要介紹超聲波產(chǎn)生與傳播及其特點(diǎn)，包括什么是超聲波、波的傳播、超聲波的特點(diǎn)等；第二部分主要介紹實(shí)驗(yàn)過程，包括實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)結(jié)果；第三部分主要介紹超聲波技術(shù)的應(yīng)用，包括超聲波傳感器、超聲波測距、超聲波在醫(yī)療方面的應(yīng)用等。

關(guān)鍵詞：

超聲波、產(chǎn)生及傳播原理、特點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)方法、發(fā)展及應(yīng)用

背景：

自19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，在物理學(xué)上發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)與反壓電效應(yīng)之后，人們解決了利用電子學(xué)技術(shù)產(chǎn)生超聲波的辦法，從此迅速揭開了發(fā)展與推廣超聲技術(shù)的歷史篇章。1922年，德國出現(xiàn)了首例超聲波治療的發(fā)明專利。1939年發(fā)表了有關(guān)超聲波治療取得臨床效果的文獻(xiàn)報(bào)道。40年代末期超聲治療在歐美興起，直到1949年召開的第一次國際醫(yī)學(xué)超聲波學(xué)術(shù)會議上，才有了超聲治療方面的論文交流，為超聲治療學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1956年第二屆國際超聲醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會議上已有許多論文發(fā)表，超聲治療進(jìn)入了實(shí)用成熟階段。并且在21世紀(jì)(HIFU)超聲聚焦外科已被譽(yù)為是21世紀(jì)治療腫瘤的最新技術(shù)。

正文：

一、超聲波的產(chǎn)生與產(chǎn)生及其原理

1、什么是超聲波 所謂超聲波，是指人耳聽不見的聲波。正常人的聽覺可以聽到20赫茲（Hz）-20千赫茲（kHz）的聲波，低于20赫茲的聲波稱為次聲波或亞聲波，超過20千赫茲的聲波稱為超聲波。超聲波是聲波大家族中的一員，和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點(diǎn)都是一種機(jī)械振動(dòng)，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)傳播，是一種能量和動(dòng)量的傳播形式，其不同點(diǎn)是超聲頻率高，波長短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和方向性。

2、波的傳播

超聲波是波的一種，他的傳播完全符合波的傳播特點(diǎn)。所以超聲波在介質(zhì)中傳播的波形取決于介質(zhì)可以承受何種作用力以及如何對介質(zhì)激發(fā)超聲波。通常有如下三種波形: 1縱波波形：當(dāng)媒質(zhì)中各體元振動(dòng)的方向與波傳播的方向平行時(shí)，此超聲○波為縱波波形。任何固體介質(zhì)當(dāng)其體積發(fā)生交替變化時(shí)均能產(chǎn)生縱波。

2橫波波形：當(dāng)媒質(zhì)中各體元振動(dòng)的方向與波傳播的方向垂直時(shí)，此種超○聲波為橫波波形。由于媒質(zhì)除了能承受體積變形外，還能承受切變變形，因此，當(dāng)其有剪切應(yīng)力交替作用于媒質(zhì)時(shí)均能產(chǎn)生橫波。橫波只能在固體介質(zhì)中傳播。

3表面波波形：○是沿著兩種媒質(zhì)的界面?zhèn)鞑サ木哂锌v波和橫波的雙重性質(zhì)的波。表面波可以看成是由平行于表面的縱波和垂直于表面的橫波合成, 振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的軌跡為一橢圓，在距表面1/4波長深處振幅最強(qiáng)，隨著深度的增加很快衰減，實(shí)際上離表面一個(gè)波長以上的地方，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅已經(jīng)很微弱了。

3、超聲波傳播的特點(diǎn) 總的來說與可聞波相比,超聲波由于頻率高、波長短,在傳播過程中具有許多其特有的性質(zhì): 1)方向性好。由于超聲波的頻率高,其波長較同樣介質(zhì)中的聲波波長短得多,衍射現(xiàn)象不明顯,所以超聲波的傳播方向好。

2)能量大。超聲波在介質(zhì)中傳播,當(dāng)振幅相同時(shí),振動(dòng)頻率越高能量越大。因此,它比普通聲波具有大得多的能量。

3)穿透能力強(qiáng)。超聲波雖然在氣體中衰減很強(qiáng),但在固體和液體中衰減較弱。在不透明的固體中,超聲波能夠穿透幾十米的厚度,所以超聲波在固體和液體中應(yīng)用較廣。

4)引起空化作用。在液體中傳播時(shí),超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動(dòng)波,液體時(shí)而受拉時(shí)而逐級壓,產(chǎn)生近于真空或含少量氣體的空穴。在聲波壓縮階段,空穴被壓縮直至崩潰。在空穴崩潰時(shí)產(chǎn)生放電和發(fā)光現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱為空化作用。

也正是這些特點(diǎn)，使得超聲波在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事等眾多方面都有著及其廣泛的應(yīng)用。

二、實(shí)驗(yàn)過程 1． 直探頭延遲的測量

超聲波實(shí)驗(yàn)儀接上直探頭，并把探頭放在CSK-IB試塊的正面，儀器的射頻輸出與示波器第1通道相連，觸發(fā)與示波器外觸發(fā)相連，示波器采用外觸發(fā)方式，適當(dāng)設(shè)置超聲波實(shí)驗(yàn)儀衰減器的數(shù)值和示波器的電壓范圍與時(shí)間范圍，使示波器上看到的波形如圖1.7所示。

在圖1.7中，S稱為始波，t0對應(yīng)于發(fā)射超聲波的初始時(shí)刻；B1稱為試塊的1次底面回波，t1對應(yīng)于超聲波傳播到試塊底面，并被發(fā)射回來后，被超聲波探頭接收到的時(shí)刻，因此t1對應(yīng)于超聲波在試塊內(nèi)往復(fù)傳播的時(shí)間；B2稱為試塊的2次底面回波，它對應(yīng)于超聲波在試塊內(nèi)往復(fù)傳播到試塊的上表面后，部分超聲波被上表面反射，并被試塊底面再次反射，即在試塊內(nèi)部往復(fù)傳播兩次后被接收到的超聲波。依次類推，有3次、4次和多次底面反射回波。從示波器上讀出傳播t1和t2，則直探頭的延遲為

t?2t1?t2（結(jié)果為0.4μs）(1.6)2． 脈沖波頻率和波長的測量

調(diào)節(jié)示波器時(shí)間范圍，使試塊的1次底面回波出現(xiàn)在示波屏的中央，脈沖波的振幅小于1V。測量兩個(gè)振動(dòng)波峰之間的時(shí)間間隔，則得到一個(gè)脈沖周期的振動(dòng)時(shí)間t，則脈沖波的頻率為f=1/t；已知鋁試塊的縱波聲速為6.32mm/us，則脈沖波在鋁試塊中的波長為l=6.32t。

3． 波型轉(zhuǎn)換的觀察與測量 把超聲波實(shí)驗(yàn)儀換上可變角探頭，參照圖1.8把探頭放在試塊上，并使探頭靠近試塊背面，使探頭的斜射聲束只打在R2圓弧面上。適當(dāng)設(shè)置超聲波實(shí)驗(yàn)儀衰減器的數(shù)值和示波器的電壓范圍

圖1.8觀察波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象 與時(shí)間范圍。改變探頭的入射角，并在改變的過程中適當(dāng)移動(dòng)探頭的位置，使每一個(gè)入射角對應(yīng)的R2圓弧面的反射回波最大。則在探頭入射角由小變大的過程中，我們可以先后觀察到回波B1、B2和B3；它們分別對應(yīng)于縱波反射回波、橫波反射回波和表面波反射回波。

讓探頭靠近試塊背面，通過調(diào)節(jié)入射角調(diào)，使能夠同時(shí)觀測到回波B1和B2（如圖1.9），且它們的幅度基本相等；再讓探頭逐步靠近試塊正面，則又會在B1前面觀測到一個(gè)回波b1，4． 折射角的測量

確定B1、B2的波型后，可以分別測量縱波和橫波的折射角。參照圖1.10首先讓把探頭的縱波聲束對正（回波幅度最大時(shí)為正對位置）CSK-IB試塊上的橫孔A，用鋼板尺測量正對時(shí)探頭的前沿到試塊右邊沿的距離LA1；然后向左移動(dòng)探

圖1.9橫波和縱波的測量 頭，再讓縱波聲束對正橫孔B，并測量距離LB1。測量A和B的水平距離L和垂直距離H，則探頭的折射角為：

?1?tan?1(LB1?LA1?L)(測為46.6度)H（1.7）

同樣的方法可以測量橫波的折射角?2。

圖1.10折射角的測量

5.聲速的直接測量方法

根據(jù)公式（2.1），當(dāng)利用確定反射體（界面或人工反射體）測量聲速時(shí)，我們只需要測量該反射體的回波時(shí)間，就可以計(jì)算得到聲速。而對于單個(gè)的反射體，得到的反射波如圖2.1所示。能夠直接測量的時(shí)間包含了超聲波在探頭內(nèi)部的傳播時(shí)間t0，即探頭的延遲。對于任何一種探頭，其延遲只與探頭本身有關(guān)，而與被測的材料無關(guān)。因此，首先需要測量探頭的延遲，然后才能利用該探頭直接測量反射體回波時(shí)間。

圖2.1 縱波延遲測量

（1）直探頭延遲測量（參看實(shí)驗(yàn)1）。（2）斜探頭延遲測量

參照圖2.2把斜探頭放在試塊上，并使探頭靠近試塊正面，使探頭的斜射聲束能夠同時(shí)入射在R1和R2圓弧面上。適當(dāng)設(shè)置超聲波實(shí)驗(yàn)儀衰減器的數(shù)值和示波器的電壓范圍與時(shí)間范圍。在示波器上同時(shí)觀測到兩個(gè)弧面的回波B1和B2。測量它們對應(yīng)的時(shí)間t1和t2。由于R2=2R2，因此斜探頭的延遲為：

t?2?t1?t2

(2.7)（3）斜探頭入射點(diǎn)測量

在確定斜探頭的傳播距離時(shí)，通常還要知道斜探頭的入射點(diǎn)，即聲束與被測試塊表面的相交點(diǎn)，用探頭前沿到該點(diǎn)的距離表示，又稱前沿距離。

參照圖2.2把斜探頭放在試塊上，并使探頭靠近試塊正面，使探頭的斜射聲束入射在R2圓弧面上，左右移動(dòng)探頭，使回波幅度最大（聲束通過弧面的圓心）。這時(shí)，用鋼板尺測量探頭前沿到試塊左端的距離L，則前沿距離為：

L0?R2?L

(2.8)圖2.2斜探頭延遲和入射點(diǎn)測量

6.聲速的相對測量方法

如果被測試塊有兩個(gè)確定的反射體，那么通過測量兩個(gè)反射體回波對 應(yīng)的時(shí)間差，再計(jì)算出試塊的聲速。這種方法稱為聲速的相對測量方法。

對于直探頭，可以利用均勻厚度底面的多次反射回波中的任意兩個(gè)回波進(jìn)行測量。

對于斜探頭，則利用CSK-IB試塊的兩個(gè)圓弧面的回波進(jìn)行測量。

7.聲束擴(kuò)散角的測量

如圖3.3所示，利用直探頭分別找到B?1通孔對應(yīng)的回波，移動(dòng)探頭使回波幅度最大，并記錄該點(diǎn)的位置x0及對應(yīng)回波的幅度；然后向左邊移動(dòng)探頭使回波幅度減小到最大振幅的一半，并記錄該點(diǎn)的位置x1；同樣的方法記錄下探頭右移時(shí)回波幅度下降到最大振幅一半對應(yīng)點(diǎn)的位置x2；則直探頭擴(kuò)散角為：

??2tg?

1|x2?x1|

2L（3.2）

圖3.3 探頭擴(kuò)散角的測量

對于斜探頭，首先必須測量出探頭的折射角?，然后利用測量直探頭同樣的方法，按下式計(jì)算斜探頭的擴(kuò)散角近似為：

??2tg?1[8.直探頭探測缺陷深度

|x2?x1|cos2?] 2L（3.3）

在超聲波探測中，可以利用直探頭來探測較厚工件內(nèi)部缺陷的位置和當(dāng)量大小。把探頭按圖3.4位置放置，觀察其波形。其中底波是工件底面的反射回波。

圖3.4直探頭探測缺陷深度

對底面回波和缺陷波對應(yīng)時(shí)間（深度）的測量，可以采用絕對測量方法，也可以采用相對測量方法。利用絕對測量方法時(shí)，必須首先測量（或已知）探頭的延遲和被測材料的聲速，具體方法請參看實(shí)驗(yàn)二直探頭延遲和聲速的絕對測量方法。利用相對測量方法時(shí)，必須有與被測材料同材質(zhì)試塊，并已知該試塊的厚度，具體方法請參看實(shí)驗(yàn)二直探頭延遲和聲速的相對測量方法。

9.斜探頭測量缺陷的深度和水平距離

利用斜探頭進(jìn)行探測時(shí)，如果測量得到超聲波在材料中傳播的距離為S，則其深度H和水平距離L為：

H?S?tan(?)

L?S?ctan(?)

其中?是斜探頭在被測材料中的折射角。

(3.4)(3.5)要實(shí)現(xiàn)對缺陷進(jìn)行定位，除了必須測量（或已知）探頭的延遲、入射點(diǎn)外，還必須測量（或已知）探頭在該材質(zhì)中的折射角和聲速。通常我們利用與被測材料同材質(zhì)的試塊中兩個(gè)不同深度的橫孔對斜探頭的延遲、入射點(diǎn)、折射角和聲速進(jìn)行測量。參看圖3.5，A、B為試塊中的兩個(gè)橫孔，讓斜探頭先后對正A和B，測量得到它們的回波時(shí)間tA、tB，探頭前沿到橫孔的水平距離分別為xA、xB，已知它們的深度為HA、HB，則有：

圖3.5斜探頭參數(shù)測量

S?xB?xA

(3.6)(3.7)(3.8)(3.9)H?HB?HA

折射角： ??tan?1(c?S)

H聲速：

H

(tB?tA)cos(?)HB

c?cos(?)延遲：

t0?tB?(3.10)前沿距離：L0?H?tan(?)?xB（測為9.15cm）

(3.11)

三、超聲波技術(shù)的應(yīng)用

1、超聲波傳感器

由于許多儀器及控制應(yīng)用中均涉及到超聲波傳感器，尤其是在流量測量，材料無損檢驗(yàn)及物位測量等方面，超聲波傳感器的應(yīng)用尤為普遍。所以，在此首先簡要的介紹一下超聲波傳感器。

廣義上來講，它是在超聲頻率范圍內(nèi)將交變的電信號轉(zhuǎn)換成聲信號或者將外界聲場中的聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的能量轉(zhuǎn)換器件，又稱為超聲波換能器或者超聲波探頭。

超聲波傳感器分為發(fā)射換能器和接收換能器，既能發(fā)射超聲波又能接受發(fā)射出去的超聲波的回波。發(fā)射換能器利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，而接收換能器則是利用壓電效應(yīng)。超聲換能器的種類很多，按照其結(jié)構(gòu)可分為直探頭(縱波)、斜探頭(橫波)、表面波探頭、雙探頭(一個(gè)發(fā)射，一個(gè)接 收)、聚焦探頭(將聲波聚集成一束)、水浸探頭(可浸在液體中)以及其它專用探頭。按照實(shí)現(xiàn)超聲換能器機(jī)電轉(zhuǎn)換的物理效應(yīng)的不同可將換能器分為電動(dòng)式、電磁式、磁致式、壓電式和電致伸縮式等。

超聲波換能器的材料也有多種選擇，某些電介質(zhì)(例如晶體、陶瓷、高分子聚合物等)在其適應(yīng)的方向施加作用力時(shí)，內(nèi)部的電極化狀態(tài)會發(fā)生變化，在電介質(zhì)的某相對兩表面內(nèi)會出現(xiàn)與外力成正比的符號相反的束縛電荷，這種由于外力作用使電介質(zhì)帶電的現(xiàn)象叫做壓電效應(yīng)。相反地，若在電介質(zhì)上加一外電場，在此電場作用下，電介質(zhì)內(nèi)部電極化狀態(tài)會發(fā)生相應(yīng)的變化，產(chǎn)生與外加電場強(qiáng)度成正比的應(yīng)變現(xiàn)象，這一現(xiàn)象叫做逆壓電效應(yīng)。壓電材料是壓電換能器的研制、應(yīng)用和發(fā)展的關(guān)鍵。大致可分為五類：壓電單晶體、壓電多晶體、壓電半導(dǎo)體、壓電高分子聚合物、復(fù)合壓電材料。其中壓電陶瓷是壓電多晶體材料，這類壓電陶瓷為實(shí)心，均勻和一體的壓電功能材料，具有優(yōu)良的壓電性能。壓電陶瓷自問世以來，至今已有30多年歷史。無論在材料基礎(chǔ)研究方面或是在應(yīng)用方面，都獲得了飛速的發(fā)展。由于壓電陶瓷的出現(xiàn)，開辟了壓電材料的廣闊前景，也使壓電換能器的理論發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用提高到一個(gè)新的高度。壓電陶瓷是當(dāng)今最有可為的壓電材料，目前在壓電材料中無論數(shù)量上還是質(zhì)量上均處于支配地位，其原因是它有如下優(yōu)點(diǎn)：

(l)所用原材料價(jià)廉且易得；(2)具有非水溶性，遇潮不易損壞；(3)壓電性能優(yōu)越；

(4)品種繁多，性能各異，可滿足不同的設(shè)計(jì)要求；(5)機(jī)械強(qiáng)度好，易于加工成各種不同的形狀和尺寸；

(6)采用不同的形狀和不同的電極化軸，可以得到所需的各種振動(dòng)模式；(7)制作工藝較簡單，生產(chǎn)周期較短，價(jià)格適中。根據(jù)不同的實(shí)際應(yīng)用情況，超聲波傳感器產(chǎn)生不同頻率。如應(yīng)用在流量測量領(lǐng)域，聲波的頻率在30kHz到5MHz之間；應(yīng)用在物位測量領(lǐng)域時(shí)，聲波的頻率會低一些，一般在30kHz到200kHz之間；而當(dāng)應(yīng)用在檢測裝置（如測厚儀和探傷檢驗(yàn)裝置）上時(shí)，聲波的頻率范圍很廣，但是總體上來說要比用于其它領(lǐng)域時(shí)高很多。

2、超聲波測距

超聲波因其指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，而經(jīng)常用于進(jìn)行各種測量。如利用超聲波在水中的發(fā)射，可以測量水深、液位等．利用超聲波測距，使用單片機(jī)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)合理，計(jì)算處理也較方便，測量精度能達(dá)到各種場合使用的要求。

3、超聲波在醫(yī)療方面的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)上最早利用超聲波是在1942年，奧地利醫(yī)生杜西克首次用超聲技術(shù)掃描腦部結(jié)構(gòu)；以后到了60年代醫(yī)生們開始將超聲波應(yīng)用于腹部器官的探測【14】。如今超聲波掃描技術(shù)已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷不可缺少的工具。

醫(yī)學(xué)超聲波檢查的工作原理與聲納有一定的相似性，即將超聲波發(fā)射到人體內(nèi)，當(dāng)它在體內(nèi)遇到界面時(shí)會發(fā)生反射及折射，并且在人體組織中可能被吸收而衰減。因?yàn)槿梭w各種組織的形態(tài)與結(jié)構(gòu)是不相同的，因此其反射與折射以及吸收超聲波的程度也就不同，醫(yī)生們正是通過儀器所反映出的波型、曲線，或影象的特征來辨別它們。此外再結(jié)合解剖學(xué)知識、正常與病理的改變，便可診斷所檢查的器官是否有病。

目前，醫(yī)生們應(yīng)用的超聲診斷方法有不同的形式，可分為A型、B型、M型及D型四大類。A型：是以波形來顯示組織特征的方法，主要用于測量器官的徑線，以判定其大小?？捎脕龛b別病變組織的一些物理特性，如實(shí)質(zhì)性、液體或是氣體是否存在等。

B型：用平面圖形的形式來顯示被探查組織的具體情況。檢查時(shí)，首先將人體界面的反射信號轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)弱不同的光點(diǎn)，這些光點(diǎn)可通過熒光屏顯現(xiàn)出來，這種方法直觀性好，重復(fù)性強(qiáng)，可供前后對比，所以廣泛用于婦產(chǎn)科、泌尿、消化及心血管等系統(tǒng)疾病的診斷。

M型：是用于觀察活動(dòng)界面時(shí)間變化的一種方法。最適用于檢查心臟的活動(dòng)情況，其曲線的動(dòng)態(tài)改變稱為超聲心動(dòng)圖，可以用來觀察心臟各層結(jié)構(gòu)的位置、活動(dòng)狀態(tài)、結(jié)構(gòu)的狀況等，多用于輔助心臟及大血管疫病的診斷。D型：是專門用來檢測血液流動(dòng)和器官活動(dòng)的一種超聲診斷方法，又稱為多普勒超聲診斷法?？纱_定血管是否通暢、管腔有否狹窄、閉塞以及病變部位。新一代的D型超聲波還能定量地測定管腔內(nèi)血液的流量。近幾年來科學(xué)家又發(fā)展了彩色編碼多普勒系統(tǒng)，可在超聲心動(dòng)圖解剖標(biāo)志的指示下，以不同顏色顯示血流的方向，色澤的深淺代表血流的流速?，F(xiàn)在還有立體超聲顯象、超聲CT、超聲內(nèi)窺鏡等超聲技術(shù)不斷涌現(xiàn)出來，并且還可以與其他檢查儀器結(jié)合使用，使疾病的診斷準(zhǔn)確率大大提高。超聲波技術(shù)正在醫(yī)學(xué)界發(fā)揮著巨大的作用，隨著科學(xué)的進(jìn)步，它將更加完善，將更好地造福于人類。

結(jié)語：

超聲學(xué)是一門應(yīng)用性和邊緣性很強(qiáng)的學(xué)科，從它一百多年來的發(fā)展可以看出，超聲學(xué)是隨著它在國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)、基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域中應(yīng)用的不斷深入而得到發(fā)展的。它不斷借鑒電子學(xué)、材料科學(xué)、光學(xué)、固體物理等其他學(xué)科的內(nèi)容，而使自己更加豐富。同時(shí)，超聲 學(xué)的發(fā)展又為這些學(xué)科的發(fā)展提供了一些重要器件和行之有效的研究手段。如超聲探傷和超聲成像技術(shù)都是借鑒了雷達(dá)的原理和技術(shù)而發(fā)展起來的，而超聲的發(fā)展又為電子學(xué)、光電子學(xué)、雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展提供了超聲延遲線、濾波器、卷積器、聲光調(diào)制器等重要的體波和表面波器件。通過這次的實(shí)驗(yàn)，我對超聲波的各方面都有了一定的了解，我相信這對我以后的學(xué)習(xí)和運(yùn)用都有很大的幫助，另外，雖然我沒有參加物理實(shí)驗(yàn)競賽，但是自己用超聲波弄了一個(gè)非接觸式體溫計(jì)，雖然做得不太好，但也算是超聲波傳感器的一種應(yīng)用吧。

參考文獻(xiàn)：

1、《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》牛原

2、百度百科-超聲波原理和應(yīng)用

3、搜搜百科-超聲波原理和應(yīng)用

第四篇：超聲波探傷在無損檢測焊接質(zhì)量中的作用

超聲波探傷在無損檢測焊接質(zhì)量中的作用

在廠房建設(shè)及設(shè)備安裝中大量使用鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量十分重要，無損檢測是保證鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的重要方法。無損檢測的常規(guī)方法有直接用肉眼檢查的宏觀檢驗(yàn)和用射線照相探傷、超聲波探傷、磁粉探傷、滲透探傷、渦流探傷等儀器檢測。肉眼宏觀檢測可以不使用任何儀器和設(shè)備，但肉眼不能穿透工件來檢查工件內(nèi)部缺陷，而射線照相等方法則可以通過各種各樣的儀器或設(shè)備來進(jìn)行檢測，既可以檢查肉眼不能檢查的工件內(nèi)部缺陷，也可以大大提高檢測的準(zhǔn)確性和可靠性。至于用什么方法來進(jìn)行無損檢測，這需根據(jù)工件的情況和檢測的目的來確定。那么什么又叫超聲波呢？聲波頻率超過人耳聽覺，頻率比20千赫茲高的聲波叫超聲波。用于探傷的超聲波，頻率為0.4-25兆赫茲，其中用得最多的是1-5兆赫茲。利用聲音來檢測物體的好壞，這種方法早已被人們所采用。例如，用手拍拍西瓜聽聽是否熟了；醫(yī)生敲敲病人的胸部，檢驗(yàn)內(nèi)臟是否正常；用手敲敲瓷碗，看看瓷碗是否壞了等等。但這些依靠人的聽覺來判斷聲響的檢測法，比聲響法要客觀和準(zhǔn)確，而且也比較容易作出定量的表示。由于超聲波探傷具有探測距離大，探傷裝置體積小，重量輕，便于攜帶到現(xiàn)場探傷，檢測速度快，而且探傷中只消耗耦合劑和磨損探頭，總的檢測費(fèi)用較低等特點(diǎn)，目前建筑業(yè)市場主要采用此種方法進(jìn)行檢測。下面介紹一下超聲波探傷在實(shí)際工作中的應(yīng)用。接到探傷任務(wù)后，首先要了解圖紙對焊接質(zhì)量的技術(shù)要求。目前鋼結(jié)構(gòu)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)GB50205-95《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》來執(zhí)行的。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級為一級時(shí)評定等級為Ⅱ級時(shí)規(guī)范規(guī)定要求做100%超聲波探傷；對于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級為二級時(shí)評定等級為Ⅲ級時(shí)規(guī)范規(guī)定要求做20%超聲波探傷；對于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級為三級時(shí)不做超聲波內(nèi)部缺陷檢查。在此值得注意的是超聲波探傷用于全熔透焊縫，其探傷比例按每條焊縫長度的百分?jǐn)?shù)計(jì)算，并且不小于200mm。對于局部探傷的焊縫如果發(fā)現(xiàn)有不允許的缺陷時(shí)，應(yīng)在該缺陷兩端的延伸部位增加探傷長度，增加長度不應(yīng)小于該焊縫長度的10%且不應(yīng)小于200mm，當(dāng)仍有不允許的缺陷時(shí)，應(yīng)對該焊縫進(jìn)行100%的探傷檢查，其次應(yīng)該清楚探傷時(shí)機(jī)，碳素結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)在焊縫冷卻到環(huán)境溫度后、低合金結(jié)構(gòu)鋼在焊接完成24小時(shí)以后方可進(jìn)行焊縫探傷檢驗(yàn)。另外還應(yīng)該知道待測工件母材厚度、接頭型式及坡口型式。截止到目前為止我在實(shí)際工作中接觸到的要求探傷的絕大多數(shù)焊縫都是中板對接焊縫的接頭型式，所以我下面主要就對焊縫探傷的操作做針對性的總結(jié)。一般地母材厚度在8-16mm之間，坡口型式有I型、單V型、X型等幾種形式。在弄清楚以上這此東西后才可以進(jìn)行探傷前的準(zhǔn)備工作。在每次探傷操作前都必須利用標(biāo)準(zhǔn)試塊（CSK-IA、CSK-ⅢA）校準(zhǔn)儀器的綜合性能，校準(zhǔn)面板曲線，以保證探傷結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1、探測面的修整：應(yīng)清除焊接工作表面飛濺物、氧化皮、凹坑及銹蝕等，光潔度一般低于▽4。焊縫兩側(cè)探傷面的修整寬度一般為大于等于2KT+50mm，（K:探頭K值，T：工件厚度）。一般的根據(jù)焊件母材選擇K值為2.5探頭。例如：待測工件母材厚度為10mm,那么就應(yīng)在焊縫兩側(cè)各修磨100mm。

2、耦合劑的選擇應(yīng)考慮到粘度、流動(dòng)性、附著力、對工件表面無腐蝕、易清洗，而且經(jīng)濟(jì)，綜合以上因素選擇漿糊作為耦合劑。

3、由于母材厚度較薄因此探測方向采用單面雙側(cè)進(jìn)行。

4、由于板厚小于20mm所以采用水平定位法來調(diào)節(jié)儀器的掃描速度。

5、在探傷操作過程中采用粗探傷和精探傷。為了大概了解缺陷的有無和分布狀態(tài)、定量、定位就是精探傷。使用鋸齒形掃查、左右掃查、前后掃查、轉(zhuǎn)角掃查、環(huán)繞掃查等幾種掃查方式以便于發(fā)現(xiàn)各種不同的缺陷并且判斷缺陷性質(zhì)。

6、對探測結(jié)果進(jìn)行記錄，如發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷對其進(jìn)行評定分析。焊接對頭內(nèi)部缺陷分級應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB11345-89《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級》的規(guī)定，來評判該焊否合格。如果發(fā)現(xiàn)有超標(biāo)缺陷，向車間下達(dá)整改通知書，令其整改后進(jìn)行復(fù)驗(yàn)直至合格。一般的焊縫中常見的缺陷有：氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等。到目前為止還沒有一個(gè)成熟的方法對缺陷的性質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確的評判，只是根據(jù)熒光屏上得到的缺陷波的形狀和反射波高度的變化結(jié)合缺陷的位置和焊接工藝對缺陷進(jìn)行綜合估判。對于內(nèi)部缺陷的性質(zhì)的估判以及缺陷的產(chǎn)生的原因和防止措施大體總結(jié)了以下幾點(diǎn)：

1、氣孔： 單個(gè)氣孔回波高度低，波形為單縫，較穩(wěn)定。從各個(gè)方向探測，反射波大體相同，但稍一動(dòng)探頭就消失，密集氣孔會出現(xiàn)一簇反射波，波高隨氣孔大小而不同，當(dāng)探頭作定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會出現(xiàn)此起彼落的現(xiàn)象。產(chǎn)生這類缺陷的原因主要是焊材未按規(guī)定溫度烘干，焊條藥皮變質(zhì)脫落、焊芯銹蝕，焊絲清理不干凈，手工焊時(shí)電流過大，電弧過長；埋弧焊時(shí)電壓過高或網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)太大；氣體保護(hù)焊時(shí)保護(hù)氣體純度低等。如果焊縫中存在著氣孔，既破壞了焊縫金屬的致密性，又使得焊縫有效截面積減少，降低了機(jī)械性能，特別是存鏈狀氣孔時(shí)，對彎曲和沖擊韌性會有比較明顯降低。防止 這類缺陷防止的措施有：不使用藥皮開裂、剝落、變質(zhì)及焊芯銹蝕的焊條，生銹的焊絲必須除銹后才能使用。所用焊接材料應(yīng)按規(guī)定溫度烘干，坡口及其兩側(cè)清理干凈，并要選用合適的焊接電流、電弧電壓和焊接速度等。

2、夾渣： 點(diǎn)狀?yuàn)A渣回波信號與點(diǎn)狀氣孔相似，條狀?yuàn)A渣回波信號多呈鋸齒狀波幅不高，波形多呈樹枝狀，主峰邊上有小峰，探頭平移波幅有變動(dòng)，從各個(gè)方向探測時(shí)反射波幅不相同。這類缺陷產(chǎn)生的原因有：焊接電流過小，速度過快，熔渣來不及浮起，被焊邊緣和各層焊縫清理不干凈，其本金屬和焊接材料化學(xué)成分不當(dāng)，含硫、磷較多等。防止措施有：正確選用焊接電流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必須把坡口清理干凈，多層焊時(shí)必須層層清除焊渣；并合理選擇運(yùn)條角度焊接速度等。

3、未焊透： 反射率高，波幅也較高，探頭平移時(shí)，波形較穩(wěn)定，在焊縫兩側(cè)探傷時(shí)均能得到大致相同的反射波幅。這類缺陷不僅降低了焊接接頭的機(jī)械性能，而且在未焊透處的缺口和端部形成應(yīng)力集中點(diǎn)，承載后往往會引起裂紋，是一種危險(xiǎn)性缺陷。其產(chǎn)生原因一般是：坡口純邊間隙太小，焊接電流太小或運(yùn)條速度過快，坡口角度小，運(yùn)條角度不對以及電弧偏吹等。防止措施有：合理選用坡口型式、裝配間隙和采用正確的焊接工藝等。

4、未熔合： 探頭平移時(shí)，波形較穩(wěn)定，兩側(cè)探測時(shí)，反射波幅不同，有時(shí)只能從一側(cè)探到。其產(chǎn)生的原因：坡口不干凈，焊速太快，電流過小或過大，焊條角度不對，電弧偏吹等。防止措施：正確選用坡口和電流，坡口清理干凈，正確操作防止焊偏等。

5、裂紋： 回波高度較大，波幅寬，會出現(xiàn)多峰，探頭平移時(shí)反射波連續(xù)出現(xiàn)波幅有變動(dòng)，探頭轉(zhuǎn)時(shí)，波峰有上下錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。裂紋是一種危險(xiǎn)性最大的缺陷，它除降低焊接接頭的強(qiáng)度外，還因裂紋的末端呈尖銷的缺口，焊件承載后，引起應(yīng)力集中，成為結(jié)構(gòu)斷裂的起源。裂紋分為熱裂紋、冷裂紋和再熱裂紋三種。熱裂紋產(chǎn)生的原因是：焊接時(shí)熔池的冷卻速度很快，造成偏析；焊縫受熱不均勻產(chǎn)生拉應(yīng)力。防止措施：限制母材和焊接材料中易偏析元素和有害雜質(zhì)的含量，主要限制硫含量，提高錳含量；提高焊條或焊劑的堿度，以降低雜質(zhì)含量，改善偏析程度；改進(jìn)焊接結(jié)構(gòu)形式，采用合理的焊接順序，提高焊縫收縮時(shí)的自由度。冷裂紋產(chǎn)生的原因：被焊材料淬透性較大在冷卻過程中受到人的焊接拉力作用時(shí)易裂開；焊接時(shí)冷卻速度很快氫來不及逸出而殘留在焊縫中，氫原子結(jié)合成氫分子，以氣體狀態(tài)進(jìn)到金屬的細(xì)微孔隙中，并造成很大的壓力，使局部金屬產(chǎn)生很大的壓力而形成冷裂紋；焊接應(yīng)力拉應(yīng)力并與氫的析集中和淬火脆化同時(shí)發(fā)生時(shí)易形成冷裂紋。防止措施：焊前預(yù)熱，焊后緩慢冷卻，使熱影響區(qū)的奧氏體分解能在足夠的溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行，避免淬硬組織的產(chǎn)生，同時(shí)有減少焊接應(yīng)力的作用；焊接后及時(shí)進(jìn)行低溫退火，去氫處理，消除焊接時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，并使氫及時(shí)擴(kuò)散到外界去；選用低氫型焊條和堿性焊劑或奧氏體不銹鋼焊條焊絲等，焊材按規(guī)定烘干，并嚴(yán)格清理坡口；加強(qiáng)焊接時(shí)的保護(hù)和被焊處表面的清理，避免氫的侵入；選用合理的焊接規(guī)范，采用合理的裝焊順序，以改善焊件的應(yīng)力狀態(tài)。以上所總結(jié)的幾個(gè)方面還不夠全面，有待于在實(shí)際工作中不斷地總結(jié)和完善，為企業(yè)生產(chǎn)把好質(zhì)量關(guān)。

第五篇：超聲波原理及應(yīng)用科技小論文

超聲波原理及應(yīng)用

土建學(xué)院土木120412231103朱飄揚(yáng)

一、摘要：本文對超聲波原理及應(yīng)用專題實(shí)驗(yàn)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一些的總結(jié)與討論，同時(shí)結(jié)合自己在做實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)到的知識擴(kuò)展到現(xiàn)實(shí)生活中，查閱了相關(guān)資料，對實(shí)驗(yàn)涉及的知識點(diǎn)加強(qiáng)了理解和認(rèn)識。

二、關(guān)鍵詞：超聲波、產(chǎn)生及原理、傳播及反射、應(yīng)用。

三、背景：正常人的聽覺可以聽到20赫茲（Hz）-20千赫茲（kHz）的聲波，當(dāng)聲波的振動(dòng)頻率小于20Hz或大于20KHz時(shí)，我們便聽不見了。因此，我們把頻率高于20000赫茲的聲波稱為“超聲波”。超聲波在媒質(zhì)中的反射、折射、衍射、散射等傳播規(guī)律，與可聽聲波的規(guī)律沒有本質(zhì)上的區(qū)別。但是超聲波的波長很短，只有幾厘米，甚至千分之幾毫米。由于超聲波的頻率高,其波長較同樣介質(zhì)中的聲波波長短得多,衍射現(xiàn)象不明顯,所以超聲波的傳播方向好。超聲波在介質(zhì)中傳播,當(dāng)振幅相同時(shí),振動(dòng)頻率越高能量越大。因此,它比普通聲波具有大得多的能量。超聲波雖然在氣體中衰減很強(qiáng),但在固體和液體中衰減較弱。在不透明的固體中,超聲波能夠穿透幾十米的厚度,所以超聲波在固體和液體中應(yīng)用較廣。

四、論述

1、超聲波的產(chǎn)生與傳播 當(dāng)利用確定反射體（界面或人工反射體）測量聲速時(shí)，只需要測量該反射體的回波時(shí)間，就可以計(jì)算得到聲速。而對于單個(gè)的反射體，能夠直接測量的時(shí)間包含了超聲波在探頭內(nèi)部的傳播時(shí)間t0，即探頭的延遲。對于任何一種探頭，其延遲只與探頭本身有關(guān)，而與被測的材料無關(guān)。因此，首先需要測量探頭的延遲，然后才能利用該探頭直接測量反射體回波時(shí)間。

直探頭：延遲t=2t1-t2

CL=(2L)/(t2-t1)邪探頭：延遲t=2t1-t2CL=(2R2-2R1)/(t2-t1)

2、折射角的測量

B1為試塊的1次底面回波，B2 稱為試塊的2次底面回波，確定B1、B2的波型后，可以分別測量縱波和橫波的折射角。讓把探頭的縱波聲束對正（回波幅度最大時(shí)為正對位置）CSK-IB試塊上的橫孔A，用鋼板尺測量正對時(shí)探頭的前沿到試塊右邊沿的距離LA1；然后向左移動(dòng)探頭，再讓縱波聲束對正橫孔B，并測量距離LB1。測量A和B的水平距離L和垂直距離H，則探頭的折射角為：

?1?tan?1(LB1?LA1?L)

H3、超聲波探測

聲束擴(kuò)散角的測量：

直探頭：利用直探頭分別找到B1通孔對應(yīng)的回波，移動(dòng)探頭使回波幅度最大，并記錄該點(diǎn)的位置x0及對應(yīng)回波的幅度；然后向左邊移動(dòng)探頭使回波幅度減小到最大振幅的一半，并記錄該點(diǎn)的位置x1；同樣的方法記錄下探頭右移時(shí)回波幅度下降到最大振幅一半對應(yīng)點(diǎn)的位置x2；則直探頭擴(kuò)散角為：

??2tg?1|x2?x1| 2L斜探頭：測量出探頭的折射角β，然后利用測量直探頭同樣的方法，按下式計(jì)算斜探頭的擴(kuò)散角近似為：

??2tg?1[|x2?x1|cos2?] 2L要實(shí)現(xiàn)對缺陷進(jìn)行定位，除了必須測量（或已知）探頭的延遲、入射點(diǎn)外，還必須測量（或已知）探頭在該材質(zhì)中的折射角和聲速。通常我們利用與被測材料同材質(zhì)的試塊中兩個(gè)不同深度的橫孔對斜探頭的延遲、入射點(diǎn)、折射角和聲速進(jìn)行測量。

五、拓展

超聲學(xué)是一門應(yīng)用性和邊緣性很強(qiáng)的學(xué)科，從它一百多年來的發(fā)展可以看出，超聲學(xué)是隨著它在國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)、基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域中應(yīng)用的不斷深入而得到發(fā)展的。它不斷借鑒電子學(xué)、材料科學(xué)、光學(xué)、固體物理等其他學(xué)科的內(nèi)容，而使自己更加豐富。同時(shí)，超聲學(xué)的發(fā)展又為這些學(xué)科的發(fā)展提供了一些重要器件和行之有效的研究手段。如超聲探傷和超聲成像技術(shù)都是借鑒了雷達(dá)的原理和技術(shù)而發(fā)展起來的，而超聲的發(fā)展又為電子學(xué)、光電子學(xué)、雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展提供了超聲延遲線、濾波器、卷積器、聲光調(diào)制器等重要的體波和表面波器件。超聲波在軍事中的應(yīng)用主要運(yùn)用超聲波方向性好的特性。由于超聲波基本上是沿直線傳播的，可以定向發(fā)射，如果漁船載有水下超聲波發(fā)生器，它旋轉(zhuǎn)著向各個(gè)方向發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波遇到魚群時(shí)會反射回來，漁船探測到反射波就知道魚群的位置了，這種儀器叫聲納。它也可以用來探測水中的暗礁和敵人的潛艇以及測量海水的深度。參考文獻(xiàn)：《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》成正維、牛原 搜搜百科-超聲波原理和應(yīng)用