超声波消泡脱气的应用

第一篇：超声波消泡脱气的应用

超声波消泡脱气的应用

水处理

溶于水和氧气是一种罪强烈的能使热力设备或其他设备生锈和损坏金属器皿的腐蚀剂。脱气不善时，在热力设备中氧气的作用，会影响到高压系统、节水器等。因此，在高压锅炉用水中，标准含氧的浓度为零。在很多情形下，采用超声脱气器时，可以使水的脱气达到很彻底地地步，使设备不会遭到腐蚀。

利用超声波来除去浓硝酸的二氧化氮，当频率在60KHz附近时，脱气（漂白）的效果最好。把玻璃容器放在强超声场内而后观察容器中的浓硝酸的脱气过程是很方便的。酸内的二氧化氮使酸呈褐色，二氧化氮的浓度愈高，则溶液颜色愈暗。当酸完全变为无色时，就可以认为，脱气作用已进行完了。通常脱气作用在2-3min内就能进行完毕。

啤酒的发泡

啤酒装入瓶子的过程中需要使啤酒发泡，如果不使瓶子内空的地方被二氧化碳占领，酒将氧化成乙醛，使啤酒在储藏中变得不好吃。以前，在啤酒灌人瓶中之后，将瓶放在一个敲打装置上，一瓶一瓶地敲打进行发泡，每批处理数百瓶，生产效率非常低，而且，在敲打瓶子时会发出噪声，瓶中也会有被打坏的危险。

现在有人对超声发泡进行了研究，当把超声波由瓶子的外侧对啤酒进行照射时，发泡迅速进行，如果立即加盖，啤酒的质量均一，瓶子的破损也少。现在各国的啤酒公司都在对超声波功率、频率、照射方法等进行研究，并使之实用化。清凉饮用水的脱泡

汽水装瓶时，盖子盖得是否严密，以前都是采用加温的方法进行检查的。因为盖子盖得不严密的瓶子在加温时，瓶子内会剧烈地发泡，根据这一点便可挑出次品。在生产量很大的工厂里，采用这种加温的方法无沦是从效率上，还是从经济上，或是从设备占有面积上来看都是不利的，采用超声的方法可以实现良好的检测结果，把装人汽水并加盖后的瓶子用传送带输送，当超声波从瓶子的底面照射时，瓶内发泡，空处与液体中的气压达到平衡状态。然后这个瓶子在另一个地方第二次受到超声波照射时，根据是否发泡来区别产品的好坏。伴随着脱气、消泡，超声波能够同时产生脱臭的作用。例如当超声波照射到氨基酸臭味强的酱油上时，它的臭味消失，这是由于臭气成分从酱油里进入空化作用产生的气泡中，随气泡上升被排出液体外的缘故。消泡脱气技术在食品行业的重要性

脱气是食品工业中的一项重要操作，通过脱气不仅可以应免空气中氧气对食品营养成分的氧化损失，而且有利于后续的杀菌。

果汁加工，脱气可以减少或避免果汁成分氧化，减少果汁色泽和风味的变化；

罐头脱气防止加热杀菌时，罐内气体及内容物的膨胀使罐头变形损坏；

储藏期间防止罐内壁的腐蚀；

防止内容物色泽、香味的变化及微生物、其他营养成分的破坏； 防止好氧性微生物发育生长；

真空脱气有助于瓶装罐头的瓶盖密封及防止加热时瓶盖的跳脱； 可作为判断罐头内容物是正常的参考。

在食品、药品等工业中，如抗生素和味精的发酵，酒类、豆制品、洗涤剂、金属加工冷却被、有机硅乳液聚合及污水处理等，会产生多种泡沫体系，就要用消泡剂或别的手段将泡沫消除。

消泡振动棒 消泡设备

第二篇：超声波检测技术及应用

超声波检测技术及应用

刘赣

（青岛滨海学院，山东省青岛市经济开发区266000）

摘 要：无损检测(nondestructive test)简称 NDT。无损检测就是不破坏和不损伤受检物体，对它的性能、质量、有无内部缺陷进行检测的一种技术。本文主要讲的是超声波检测（UT）的工作原理以及在现在工业中的应用和发展。

关键词：超声波检测；纵波；工业应用；无损检测

1.超声波检测介绍 1.1超声波的发展史

声学作为物理学的一个分支, 是研究声波的发生、传播、接收和效应的一门科学。在1940 年以前只有单晶压电材料, 使得超声波未能得到广泛应用。20 世纪70 年代, 人们又研制出了PLZT 透明压电陶瓷, 压电材料的发展大大地促进了超声波领域的发展。声波的全部频率为10-4Hz～1014Hz, 通常把频率为2×104Hz～2×109Hz 的声波称为超声波。超声波作为声波的一部分, 遵循声波传播的基本定律, 1.2超声波的性质

1）超声波在液体介质中传播时，达到一定程度的声功率就可在液体中的物体界面上产生强烈的冲击（基于“空化现象”）。从而引出了“功率超声应用技术“例如“超声波清洗”、“超声波钻孔”、“超声波去毛刺”（统称“超声波加工”）等。

2）超声波具有良好的指向性

3）超声波只能在弹性介质中传播，不能再真空中传播。一般检测中通常把空气介质作为真空处理，所以认为超声波也不能通过空气进行传播。4）超声波可以在异质界面透射、反射、折射和波型转化。5）超声波具有可穿透物质和在物质中衰减的特性。

6）利用强功率超声波的振动作用，还可用于例如塑料等材料的“超声波焊接”。1.2超声波的产生与接收

超声波的产生和接收是利用超声波探头中压电晶体片的压电效应来说实现的。由超声波探伤仪产生的电振荡，以高频电压形式加载于探头中压电晶体片的两面电极上时，由于逆压电效应的结果，压电晶体片会在厚度方向上产生持续的伸缩变形，形成了机械振动。弱压电晶体片与焊件表面有良好的耦合时，机械振动就以超声波形式传播进入被检工件，这就是超声波的产生。反之，当压电晶体片收到超声波作用而发生伸缩变形时，正压电效应的结果会使压电晶体片两面产生不同极性的电荷，形成超声频率的高频电压，以回波电信号的形势经探伤仪显示，这就是超声波的接收。1.3超声波无损检测的原理

超声波探伤仪的种类繁多，但在实际的探伤过程，脉冲反射式超声波探伤仪应用的最为广泛。一般在均匀的材料中，缺陷的存在将造成材料的不连续，这种不连续往往又造成声阻抗的不一致，由反射定理我们知道，超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将会发生反射，反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。脉冲反射式超声波探伤仪就是根据这个原理设计的。

目前便携式的脉冲反射式超声波探伤仪大部分是A扫描方式的，所谓A扫描显示方式即显示器的横坐标是超声波在被检测材料中的传播时间或者传播距离，纵坐标是超声波反射波的幅值。譬如，在一个钢工件中存在一个缺陷，由于这个缺陷的存在，造成了缺陷和钢材料之间形成了一个不同介质之间的交界面，交界面之间的声阻抗不同，当发射的超声波遇到这个界面之后，就会发生反射，反射回来的能量又被探头接受到，在显示屏幕中横坐标的一定的位置就会显示出来一个反射波的波形，横坐标的这个位置就是缺陷在被检测材料中的深度。这个反射波的高度和形状因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性质。1.4超声波无损检测的优缺点 优点：

1）探伤速度快，效率高

2）设备简单轻巧，机动性强，野外及高空作业方便，实用

3）探测结果不受焊接接头形式的影响，除对焊接缝外，还能检查T形接头及所有角焊缝。

4）对焊缝内危险性缺陷（包括裂缝、未焊透、未熔合）检测灵敏度高 5）易耗品极少，检查成本低 缺点：

1）若工件表面粗糙，需磨平，人工多

2）探测结果判定困难，操作人员需经专门培训并经考核几个 3）缺陷定型及定量困难

4）探测结果的正确评定收人为思想束缚的影响较大 5）探测结果不能直接记录存档

6）对于形状复杂、表面粗糙、内部存在粗晶组织与奥氏体焊缝，探伤困难

2.超声波检测的应用 2.1陶瓷的无损检测 2.1.1陶瓷气孔率的检测

陶瓷的强度、弹性模量、密度等直接和气孔率有关, 有些构件的气孔率决定了它能否使用。陶瓷中超声波的传递速度v和气孔率（或密度）之间也存在某种关系, 可以通过实测得到v, 再利用式（1）、式（2）求出陶瓷的气孔率: vv0(1p)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（1）v0E0(1v)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（2）

0(1v)(12v)式中:

v0——陶瓷的气孔率为零时的理论声速;p——陶瓷的气孔率;E0——陶瓷的弹性模量;0 ——陶瓷的密度。

将气孔简化为随机取向的椭球, 均匀分布在各向同性的基体中, 用复合微观力学模型计算声速并和实测值进行比较, 由式（1）计算得到气孔率。

当陶瓷材料的理论密度已知时, 气孔率可由体密度计算而来。体密度的测量方法很多, 常用的有阿基米德法。陶瓷的内部缺陷也可以采用水浸探伤法来检测, 以水浸纵波垂直探伤法检测缺陷时, 波束路程可以直接读出。要检出微小缺陷时, 可以改用较低频率的探头。2.1.2陶瓷表面缺陷检测

对于陶瓷而言, 同一形状和尺寸的表面缺陷比内部缺陷更容易引起破坏, 因此表面缺陷的检测特别重要。通常用水浸表面波法检测陶瓷的表面缺陷, 其原理见图1。将超声波(纵波)倾斜入射到浸入水中的被检物表面, 当入射角c大于第二临界角n时, 折射声波全部沿着工件表面传播, 形成表面波, 表示为: carcsin(Cl1/Cr2)n⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（3）式中:

Cl1——水中的纵波声速;Cr2——工件水浸表面波声速。

图1 水浸表面波法原理

表面波波长比横波波长短, 衰减也大于横波。同时, 它仅沿表面传播, 遇到尖锐转角或棱角时将有强烈反射回波, 曲率越大反射越强。水浸表面波在试块表面传播时, 能量可泄漏到水中, 故仅仅传播数毫米后, 水浸表面波的反射波高度就显著降低。鉴于反射波传递距离较小的振幅特性, 应尽可能使探头靠近缺陷处。

2.2钻孔灌注桩的无损检测 2.2.1检测原理

采用超声脉冲检测混凝土缺陷的基本依据是，利用脉冲波在技术条件相同（指混凝土的原材料、配合比、龄期和测试距离一致）的混凝土中传播的时间（或速度）、接收波的振幅和频率等声学参数的相对变化来判定混凝土的缺陷。

超声脉冲波在混凝土中传播速度的快慢，与混凝土的密实度有直接关系，对于原材料、配合比、龄期及测试距离一定的混凝土来说，声速高则混凝土密实，相反则混凝土不密实。当有空洞或裂缝存在时，便破坏了混凝土的整体性，超声脉冲波只能绕过空洞或裂缝传播到接收换能器，因此传播的路程增大，测得的声时必然偏长或声速降低。另外，由于空气的声阻抗率远小于混凝土的声阻抗率，脉冲波在混凝土中传播时，遇到蜂窝、空洞或裂缝等缺陷，便在缺陷界面发生反射和散射，声能被衰减，其中频率较高的成分衰减更快，因此接收信号的波幅明显降低，频率明显减小或频率谱中高频成分明显减少。再者经过缺陷反射或绕过缺陷传播的脉冲波信号与直达波信号之间存在声程和相位差，叠加后互相干扰，致使接收信号的波形发生畸变。

根据上述原理，可以利用混凝土声学参数测量值和相对变化综合分析，判别其缺陷的位置和范围，或估算缺陷的尺寸。2.2.2适用范围

基桩超声波检测法是一种检测混凝土灌注桩完整性的有效手段，它是利用声波的透射原理对桩身混凝土介质状况进行检测，因此仅适用于在灌注成型过程中已经埋了两根或两根以上声测管的基桩。

在桩身预埋一定数量的声测管，通过水的耦合，超声波从一根声测管中发射，在另一根声测管中接收，可以测出被测混凝土介质的声学参数。由于超声波在混凝土中遇到缺陷时会产生绕射、反射和折射，因而到达接收换能器的声时、波幅及主频发生改变。超声波法就是利用这些声波特征参数来判别桩身的完整性。

对跨孔透射法，当桩径较小时，声测管间距也较小，其测试误差相对较大，同时预埋声测管可能引起附加的灌注桩施工质量问题。因此，超声波检测方法适用于检测直径不小于 800mm 的混凝土灌注桩的完整性。

3.超声波检测的发展前景

无损检测与评价技术在我国日常产品质量检验和大量在用工业和民用设备的检验中发挥了十分重要的作用。从统计结果看，我国拥有近17万无损检测人员和2000多家无损检测机构，2007年无损检测仪器的销售额达10亿元人民币左右，大专院校每年培养近千名无损检测专业的大专、本科和研究生。我国不仅对常规无损检测设备、器材和服务有着巨大的需求，而且对先进的无损检测仪器、技术和服务也有大量的需求。我国已成为一个无损检测仪器、技术和服务的巨大市场。我国的无损检测工作者已经在许多技术和领域进行了大量的研究、开发和成功的应用。

第三篇：案例05-初中物理-超声波的应用

研究课题名称： 超声波的应用 设计者姓名

所在学校

所教年级 八年级 研究学科 物理 联系电话 电子邮件

一、课题背景、意义及介绍

1、背景说明（怎么会想到本课题的）： 物理学科作为义务教育阶段中很重要的一门基础性学科，它不仅肩负着物理学科知识的传承和发展，还担负着发展学生思维能力、培养学生的实践能力、提高学生的探索创新精神的重任。“从生活走向物理，从物理走向社会”，超声波在现代生活中有广泛的应用。八年级学生刚接触物理学科不久，对本课题的研究有利于提高学生对物理学科的兴趣和对物理知识的迁移能力，为接下来的学习提供必要的方法和能力的支持。

2、课题的意义（为什么要进行本课题的研究）： 通过对课题的实施让学生了解自然界中的动物对超声波利超声波在当代社用和会生活中的应用，拓展学生的知识面，增强学生学以致用的能力。通过对信息的搜集、筛选、分析和处理，提高学生对有用信息的甄别整合能力；通过成员组成员间的交流合作和实地考察，提高学生的实践能力、团队意识和交往品质；通过自评与他评，促进学生的自我反思，认识自身的优缺点，从而形成正确的“三观”，养成求真务实、积极向上的生活态度。

3、课题介绍 课本中介绍了超声波的概念，但对超声波的特点和应用没作详细介绍，超声波的应用是八年级物理课本知识的拓展。自然界中很多动物对超声波的利用是现代仿生学研究的范畴，超声波在现代军事、医疗、工业、前沿科技中也有广泛的应用。学生除了可以搜集到相关的文字、图像资料外，还可以进行实地考察。例如到医院了解B超、超声波探伤、超声波去除人体内结石，到牙科美容所可以了解超声波洗牙，到交通部门可以了解超声波测距等。让学生能够在各种实际情境中感受物理的魅力，增加对科学的热爱。

二、研究性学习的教学目的和方法（可按新课程标准的三维目标（或布鲁姆目标分类法）进行研究性学习的教学目和方法的阐述）

三、参与者特征分析（重点分析学生有哪些共性、有哪些差异，尤其对开展研究性学习有影响的因素。）1.八年级学生刚接触物理学科不久，对物理知识的迁移能力和运用能力都比较弱； 2.学生查阅文本资料的能力较强，具备上网搜集资料的技能； 3.学生的社会实践经验较少，交际能力不强； 4.学生语言组织能力较好，但总结升华、撰写论文的能力还有所欠缺； 5.学生对研究问题普遍兴趣较高； 6.学生接受新事物较快，思维的独立性、批判性快速发展，不盲从他人意见，自尊心较强，但自律性还较差。

四、研究的目标与内容（课题研究所要解决的主要问题是什么，通过哪些内容的研究来达成这一目标）课题研究所要解决的主要问题： 1.超声波的概念及特点； 2.知道在实际应用实例中是利用了超声波的哪些特点； 3.运用超声波的特点进行工作的仪器的基本工作原理和操作方法； 4.超声波在当代社会各个领域中的应用的价值和发展前景。通过以下内容的研究来达成这一目标： 1.复习课本中的概念以及通过搜集的资料分析归纳超声波的特点； 2.通过实例分析实际应用中超声波的哪些特点具有实用价值； 3.进行查阅说明书、实地考察、咨询专家等多种途径弄清运用超声波特点进行工作的仪器的基本工作原理和操作方法； 4.超声波在实际应用中的价值和发展前景的调查和分析。学生可能的选题内容是： 1.现代仿生学——动物对超声波的应用对我们的启发； 2.现代医疗中超声波的应用； 3.基于超声波特点的各种仪器的基本工作原理。

五、研究的预期成果及其表现形式（研究的最终成果以什么样的形式展现出来，是论文、实验报告、实物、网站、多媒体还是其他形式）1.课题组在各个阶段的成果会以报告、手抄报的形式体现出来； 2.课题研究的最终成果由学生撰写的研究报告或论文展现。

六、资源准备 教师提供的资源： 1.开放学校图书馆、机房和多媒体教室； 2.提供医院、牙科美容所（或眼镜店）、交通局的地理位置和联系方法； 3.介绍一些关于超声波的专业书籍如《临床超声诊断检查规范与疑难病例解析及超声解剖图解实用手册》和《现代介入性超声诊断与治疗》； 4.评价量规。学生自行准备的资源： 1.活动记录表； 2.照相机和U盘。

七、研究性学习的阶段设计 研究性学习的阶段 学生活动 教师活动 起止时间 第一阶段：动员和培训（初1 利用文本资料讲解1课时 步认识研究性学习、理解1 学习认识研究性学研究性学习的步骤和研究性学习的研究方法）习的实施环节、研究方方法； 法、具体要求； 2 引入自然界一些动 2 了解本次研究性学物对超声波的应用激习的学习目的； 发学生对本次课题的 3 了解本次课题研究兴趣； 的意义。3 组织学生发表感言，对课题进行探讨、提问 1 以学生感兴趣的或3课时 提出和选择课占有较多可用资源的1 组织学生探讨拟定题 课题方向初步拟定课课题； 题； 2 帮助学生分析判断

根据草拟的课题探拟定课题的可行性。讨其可行性并最终确定课题 1 学生根据自己选定成立课题组 1 根据学生的能力与的课题以自愿为原则特长调配各组成员，尽选择课题组成员； 量使各组素质均衡，特第二阶段自主选举课题组组别注意性格孤僻和组课题准备长，然后根据自己的专织纪律性不强的学生阶段 长初步确定各自的工的分组； 作内容。2 协助各小组制定合作学习评价量规。指导学生的分工形形成小组实施1课题组探讨制定研究计划，细化分工和任式和具体步骤的时间方案 务，预定成果； 安排； 2 协助学生活动记录2制作调查表、活动记录表。表的设计和参考预定成果展示的形式和内容根据学生参与的积二个第三阶段：课题实施阶段 一 收集、分析、筛选极性、采用的研究方学月 和整合资料 法、团队合作的情况及学生根据分工，信息技时给予鼓励、监督和指术较强的成员上网搜导； 集下载；阅读能力较强 2 及时记录学生的课的成员到学校图书馆题研究的各种情况，以或书店查阅文本资料；备作为客观评价的依交际能力较强的成员据； 走访有关专家；信息处 3 给学生提供必要的 理能力较强的学生分 析整理组员收集来的信息、启发思路、补充信息，甄选出对课题研知识、介绍方法和线究有用的信息； 索，引导学生质疑、探二 实地考察阶段 究和创新。组长牵头各成员根据4 对学生在撰写论文自己掌握的资料和人的过程中遇到的问题脉关系选择考察的单给予适当的帮助，如论位。例如有父母当医生文的格式、要求等。的成员可以到父母所在的医院进行B超、超声波探伤等的调查研究；对交通知识掌握较好的成员可以到交通部门了解测速仪的工作原理等。各小组及时汇集讨论当天各自的活动成果并做好记录工作。三 成果汇总整合 汇总、探讨、整合课题组课题实施各个阶段的研究成果，由写作能力较强的成员将其撰写成文。

八、总结与反思（实践后总结、反思整个研究性学习过程，提出改进意见）1.各成员根据自己在课题实施过程中的表现进行自我反省，并参照（自评表）进行自我评价，由小组长汇总整理； 2.小组参照（同学互评表）进行互评； 3.教师根据课程实施以来各小组、各成员的活动情况，利用（教师评价表）给出评价意见和指导意见； 4.各小组对课程实施的整个过程进行反思、交流，提出可资借鉴的经验教训。自评表

自评内容 方式(1)我在课题实施过程中态度是否积极主每一个主题活动结束后，填写动？ “综合实践活动记录与评价表”或用描述性语言的方法对(2)我与其他课题成员间是否融洽相处？ 以上内容进行一次自评，完成后经指导教师审阅后收入档案(3)我在遇到困难时是否勇于面对挑战？ 袋中。

(4)我对课题实施方案作出哪些有建设性的建议？

(5)在活动中我学到了哪些探究方法？

(6)我在本次活动中哪些方面得到提高？

(7)在本次活动中我还存着哪些不足？(8)课题实施过程中，我发现了哪些经验教训可资借鉴？ 同学互评表 互评内容 方式(1)团队合作精神好，有优良的交往品质。每一个主题活动结束后，小组成员集体讨论，组长执笔用描述性评价方法(2)遇到挫折时是迎难而上还是逃避畏惧？ 对以上内容进行评价，完成后经指导教师审阅后收入档案袋中。(3)参加活动积极主动，实践能力强。(4)创新意识好，善于反省改进。教师评价表

等次 评价内容 评价指标（星级评定）

1、活动态度方面 A、态度是否积极，是否主动组织或参与活动。B、与小组同学合作是否良好。C、活动是否认真、善始善终。D、是否勇于克服困难。A、查阅资料技能。B、实地观察记录能力。C、调查研

2、知识技能方面 究能力。D、整理材料能力。A、运用工具能力。B、交往与表达能力。C、分析总结

3、完成活动任务综能力。合情况方面 A、选题新颖、独特性。B、研究问题方法的积极性、4、创新意识和实践多样性。C、活动方法的灵活性。D、独立设计活动、能力方面 开展活动能力。E、成果作品完成的质量。

第四篇：超声波探伤仪在焊接中的应用

超声波探伤仪在焊接中的应用

一、无损检测的方法: 无损检测的常规方法有直接用肉眼检查的宏观检验和用射线照相探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤等仪器检测。肉眼宏观检测可以不使用任何仪器和设备，但肉眼不能穿透工件来检查工件内部缺陷，而射线照相等方法则可以通过各种各样的仪器或设备来进行检测，既可以检查肉眼不能检查的工件内部缺陷，也可以大大进步检测的正确性和可靠性。至于用什么方法来进行无损检测，这需根据工件的情况和检测的目的来确定。

二、超声波的常识: 超声波频率超过人耳听觉，频率比20千赫兹高的声波叫超声波。用于探伤的超声波，频率为0.4-25兆赫兹，其中用得最多的是1-5兆赫兹。利用声音来检测物体的好坏，这种方法早已被人们所采用。例如，用手拍拍西瓜听听是否熟了；医生敲敲病人的胸部，检验内脏是否正常；用手敲敲瓷碗，看看瓷碗是否坏了等等。但这些依靠人的听觉来判定声响的检测法，比声响法要客观和正确，而且也比较轻易作出定量的表示。由于超声波探伤具有探测间隔大，探伤装置体积小，重量轻，便于携带到现场探伤，检测速度快，而且探伤中只消耗耦合剂和磨损探头，总的检测用度较低等特点，目前建筑业市场主要采用此种方法进行检测。

三、超声波探伤在焊接中的应用: 首先要了解图纸对焊接质量的技术要求。目前钢结构的验收标准是依据GB50205-95《钢结构工程施工及验收规范》来执行的。标准规定：对于图纸要求焊缝焊接质量等级为一级时评定等级为Ⅱ级时规范规定要求做100%超声波焊接；对于图纸要求焊缝焊接质量等级为二级时评定等级为Ⅲ级时规范规定要求做20%超声波探伤；对于图纸要求焊缝焊接质量等级为三级时不做超声波内部缺陷检查。在此值得留意的是超声波探伤用于全熔透焊缝，其探伤比例按每条焊缝长度的百分数计算，并且不小于200mm。对于局部探伤的焊缝假如发现有不答应的缺陷时，应在该缺陷两真个延伸部位增加探伤长度，增加长度不应小于该焊缝长度的10%且不应小于200mm，当仍有不答应的缺陷时，应对该焊缝进行100%的探伤检查，其次应该清楚探伤时机，碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度后、低合金结构钢在焊接完成24小时以后方可进行焊缝探伤检验。另外还应该知道待测工件母材厚度、接头型式及坡口型式。截止到目前为止在实际工作中接触到的要求探伤的尽大多数焊缝都是中板对接焊缝的接头型式，所以下面主要就对焊缝探伤的操纵做针对性的总结。

一般地母材厚度在8-16mm之间，坡口型式有I型、单V型、X型等几种形式。在弄清楚以上这此东西后才可以进行探伤前的预备工作。在每次探伤操纵前都必须利用标准试块（CSK-IA、CSK-ⅢA）校准仪器的综合性能，校准面板曲线，以保证探伤结果的正确性。具体的方法如下：

1、探测面的修整：应清除焊接工作表面飞溅物、氧化皮、凹坑及锈蚀等，光洁度一般低于▽4。焊缝两侧探伤面的修整宽度一般为大于即是2KT+50mm，（K:探头 K值，T：工件厚度）。一般的根据焊件母材选择K值为2.5探头。例如：待测工件母材厚度为10mm,那么就应在焊缝两侧各修磨100mm。

2、耦合剂的选择应考虑到粘度、活动性、附着力、对工件表面无腐蚀、易清洗，而且经济，综合以上因素选择浆糊作为耦合剂。

3、由于母材厚度较薄因此探测方向采用单面双侧进行。

4、由于板厚小于20mm所以采用水平定位法来调节仪器的扫描速度。

5、在探伤操纵过程中采用粗探伤和精探伤。为了大概了解缺陷的有无和分布状态、定量、定位就是精探伤。使用锯齿形扫查、左右扫查、前后扫查、转角扫查、环绕扫查等几种扫查方式以便于发现各种不同的缺陷并且判定缺陷性质。

6、对探测结果进行记录，如发现内部缺陷对其进行评定分析。焊接对头内部缺陷分级应符合现行国家标准GB11345-89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》的规定，来评判该焊否合格。假如发现有超标缺陷，向车间下达整改通知书，令其整改后进行复验直至合格。

四、焊缝检验 焊缝检验方法: 1,外观检查.2,致密性试验和水压强度试验.3,焊缝射线照相.4,超声波探伤.5,磁力探伤.6,渗透探伤.关于返修规定:具体情况具体对待,总之要力争减少返修次数在厂房建设及设备安装中大量使用钢结构，钢结构的焊接质量十分重要，无损检测是保证钢结构焊接质量的重要方法。一般的焊缝中常见的缺陷有：气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等。到目前为止还没有一个成熟的方法对缺陷的性质进行正确的评判，只是根据荧光屏上得到的缺陷波的外形和反射波高度的变化结合缺陷的位置和焊接工艺对缺陷进行综合估判。对于内部缺陷的估判以及缺陷产生原因和防止措檀越有有以下几点：

1.气孔：单个气孔回波高度低，波形为单缝，较稳定。从各个方向探测，反射波大体相同，但稍一动探头就消失，密集气孔会出现一簇反射波，波高随气孔大小而不同，当探头作定点转动时，会出现此起彼落的现象。产生这类缺陷的原因主要是焊材未按规定温度烘干，焊条药皮变质脱落、焊芯锈蚀，焊丝清理不干净，手工焊时电流过大，电弧过长；埋弧焊时电压过高或网络电压波动太大；气体保护焊时保护气体纯度低等。假如焊缝中存在着气孔，既破坏了焊缝金属的致密性，又使得焊缝有效截面积减少，降低了机械性能，特别是存链状气孔时，对弯曲和冲击韧性会有比较明显降低。防止这类缺陷防止的措施有：不使用药皮开裂、剥落、变质及焊芯锈蚀的焊条，生锈的焊丝必须除锈后才能使用。所用焊接材料应按规定温度烘干，坡口及其两侧清理干净，并要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度等。2.夹渣：点状夹渣回波信号与点状气孔相似，条状夹渣回波信号多呈锯齿状波幅不高，波形多呈树枝状，主峰边上有小峰，探头平移波幅有变动，从各个方向探测时反射波幅不相同。这类缺陷产生的原因有：焊接电流过小，速度过快，熔渣来不及浮起，被焊边沿和各层焊缝清理不干净，其本金属和焊接材料化学成分不当，含硫、磷较多等。防止措施有：正确选用焊接电流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必须把坡口清理干净，多层焊时必须层层清除焊渣；并公道选择运条角度焊接速度等。

3.未焊透：反射率高，波幅也较高，探头平移时，波形较稳定，在焊缝两侧探伤时均能得到大致相同的反射波幅。这类缺陷不仅降低了焊接接头的机械性能，而且在未焊透处的缺口和端部形成应力集中点，承载后往往会引起裂纹，是一种危险性缺陷。其产生原因一般是：坡口纯边间隙太小，焊接电流太小或运条速度过快，坡口角度小，运条角度不对以及电弧偏吹等。防止措施有：公道选用坡口型式、装配间隙和采用正确的焊接工艺等。

4.未熔合：探头平移时，波形较稳定，两侧探测时，反射波幅不同，有时只能从一侧探到。其产生的原因：坡口不干净，焊速太快，电流过小或过大，焊条角度不对，电弧偏吹等。防止措施：正确选用坡口和电流，坡口清理干净，正确操纵防止焊偏等。

第五篇：超声波原理及应用专题小论文

超声波原理及其在生活中的应用

电子1103 李志 11214066 摘要：

本文第一部分主要介绍超声波产生与传播及其特点，包括什么是超声波、波的传播、超声波的特点等；第二部分主要介绍实验过程，包括实验方法、实验现象及实验结果；第三部分主要介绍超声波技术的应用，包括超声波传感器、超声波测距、超声波在医疗方面的应用等。

关键词：

超声波、产生及传播原理、特点、实验方法、发展及应用

背景：

自19世纪末到20世纪初，在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后，人们解决了利用电子学技术产生超声波的办法，从此迅速揭开了发展与推广超声技术的历史篇章。1922年，德国出现了首例超声波治疗的发明专利。1939年发表了有关超声波治疗取得临床效果的文献报道。40年代末期超声治疗在欧美兴起，直到1949年召开的第一次国际医学超声波学术会议上，才有了超声治疗方面的论文交流，为超声治疗学的发展奠定了基础。1956年第二届国际超声医学学术会议上已有许多论文发表，超声治疗进入了实用成熟阶段。并且在21世纪(HIFU)超声聚焦外科已被誉为是21世纪治疗肿瘤的最新技术。

正文：

一、超声波的产生与产生及其原理

1、什么是超声波 所谓超声波，是指人耳听不见的声波。正常人的听觉可以听到20赫兹（Hz）-20千赫兹（kHz）的声波，低于20赫兹的声波称为次声波或亚声波，超过20千赫兹的声波称为超声波。超声波是声波大家族中的一员，和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质内传播，是一种能量和动量的传播形式，其不同点是超声频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性。

2、波的传播

超声波是波的一种，他的传播完全符合波的传播特点。所以超声波在介质中传播的波形取决于介质可以承受何种作用力以及如何对介质激发超声波。通常有如下三种波形: 1纵波波形：当媒质中各体元振动的方向与波传播的方向平行时，此超声○波为纵波波形。任何固体介质当其体积发生交替变化时均能产生纵波。

2横波波形：当媒质中各体元振动的方向与波传播的方向垂直时，此种超○声波为横波波形。由于媒质除了能承受体积变形外，还能承受切变变形，因此，当其有剪切应力交替作用于媒质时均能产生横波。横波只能在固体介质中传播。

3表面波波形：○是沿着两种媒质的界面传播的具有纵波和横波的双重性质的波。表面波可以看成是由平行于表面的纵波和垂直于表面的横波合成, 振动质点的轨迹为一椭圆，在距表面1/4波长深处振幅最强，随着深度的增加很快衰减，实际上离表面一个波长以上的地方，质点振动的振幅已经很微弱了。

3、超声波传播的特点 总的来说与可闻波相比,超声波由于频率高、波长短,在传播过程中具有许多其特有的性质: 1)方向性好。由于超声波的频率高,其波长较同样介质中的声波波长短得多,衍射现象不明显,所以超声波的传播方向好。

2)能量大。超声波在介质中传播,当振幅相同时,振动频率越高能量越大。因此,它比普通声波具有大得多的能量。

3)穿透能力强。超声波虽然在气体中衰减很强,但在固体和液体中衰减较弱。在不透明的固体中,超声波能够穿透几十米的厚度,所以超声波在固体和液体中应用较广。

4)引起空化作用。在液体中传播时,超声波与声波一样是一种疏密的振动波,液体时而受拉时而逐级压,产生近于真空或含少量气体的空穴。在声波压缩阶段,空穴被压缩直至崩溃。在空穴崩溃时产生放电和发光现象,这种现象称为空化作用。

也正是这些特点，使得超声波在工业、农业、医学、军事等众多方面都有着及其广泛的应用。

二、实验过程 1． 直探头延迟的测量

超声波实验仪接上直探头，并把探头放在CSK-IB试块的正面，仪器的射频输出与示波器第1通道相连，触发与示波器外触发相连，示波器采用外触发方式，适当设置超声波实验仪衰减器的数值和示波器的电压范围与时间范围，使示波器上看到的波形如图1.7所示。

在图1.7中，S称为始波，t0对应于发射超声波的初始时刻；B1称为试块的1次底面回波，t1对应于超声波传播到试块底面，并被发射回来后，被超声波探头接收到的时刻，因此t1对应于超声波在试块内往复传播的时间；B2称为试块的2次底面回波，它对应于超声波在试块内往复传播到试块的上表面后，部分超声波被上表面反射，并被试块底面再次反射，即在试块内部往复传播两次后被接收到的超声波。依次类推，有3次、4次和多次底面反射回波。从示波器上读出传播t1和t2，则直探头的延迟为

t2t1t2（结果为0.4μs）(1.6)2． 脉冲波频率和波长的测量

调节示波器时间范围，使试块的1次底面回波出现在示波屏的中央，脉冲波的振幅小于1V。测量两个振动波峰之间的时间间隔，则得到一个脉冲周期的振动时间t，则脉冲波的频率为f=1/t；已知铝试块的纵波声速为6.32mm/us，则脉冲波在铝试块中的波长为l=6.32t。

3． 波型转换的观察与测量 把超声波实验仪换上可变角探头，参照图1.8把探头放在试块上，并使探头靠近试块背面，使探头的斜射声束只打在R2圆弧面上。适当设置超声波实验仪衰减器的数值和示波器的电压范围

图1.8观察波型转换现象 与时间范围。改变探头的入射角，并在改变的过程中适当移动探头的位置，使每一个入射角对应的R2圆弧面的反射回波最大。则在探头入射角由小变大的过程中，我们可以先后观察到回波B1、B2和B3；它们分别对应于纵波反射回波、横波反射回波和表面波反射回波。

让探头靠近试块背面，通过调节入射角调，使能够同时观测到回波B1和B2（如图1.9），且它们的幅度基本相等；再让探头逐步靠近试块正面，则又会在B1前面观测到一个回波b1，4． 折射角的测量

确定B1、B2的波型后，可以分别测量纵波和横波的折射角。参照图1.10首先让把探头的纵波声束对正（回波幅度最大时为正对位置）CSK-IB试块上的横孔A，用钢板尺测量正对时探头的前沿到试块右边沿的距离LA1；然后向左移动探

图1.9横波和纵波的测量 头，再让纵波声束对正横孔B，并测量距离LB1。测量A和B的水平距离L和垂直距离H，则探头的折射角为：

1tan1(LB1LA1L)(测为46.6度)H（1.7）

同样的方法可以测量横波的折射角2。

图1.10折射角的测量

5.声速的直接测量方法

根据公式（2.1），当利用确定反射体（界面或人工反射体）测量声速时，我们只需要测量该反射体的回波时间，就可以计算得到声速。而对于单个的反射体，得到的反射波如图2.1所示。能够直接测量的时间包含了超声波在探头内部的传播时间t0，即探头的延迟。对于任何一种探头，其延迟只与探头本身有关，而与被测的材料无关。因此，首先需要测量探头的延迟，然后才能利用该探头直接测量反射体回波时间。

图2.1 纵波延迟测量

（1）直探头延迟测量（参看实验1）。（2）斜探头延迟测量

参照图2.2把斜探头放在试块上，并使探头靠近试块正面，使探头的斜射声束能够同时入射在R1和R2圆弧面上。适当设置超声波实验仪衰减器的数值和示波器的电压范围与时间范围。在示波器上同时观测到两个弧面的回波B1和B2。测量它们对应的时间t1和t2。由于R2=2R2，因此斜探头的延迟为：

t2t1t2

(2.7)（3）斜探头入射点测量

在确定斜探头的传播距离时，通常还要知道斜探头的入射点，即声束与被测试块表面的相交点，用探头前沿到该点的距离表示，又称前沿距离。

参照图2.2把斜探头放在试块上，并使探头靠近试块正面，使探头的斜射声束入射在R2圆弧面上，左右移动探头，使回波幅度最大（声束通过弧面的圆心）。这时，用钢板尺测量探头前沿到试块左端的距离L，则前沿距离为：

L0R2L

(2.8)图2.2斜探头延迟和入射点测量

6.声速的相对测量方法

如果被测试块有两个确定的反射体，那么通过测量两个反射体回波对 应的时间差，再计算出试块的声速。这种方法称为声速的相对测量方法。

对于直探头，可以利用均匀厚度底面的多次反射回波中的任意两个回波进行测量。

对于斜探头，则利用CSK-IB试块的两个圆弧面的回波进行测量。

7.声束扩散角的测量

如图3.3所示，利用直探头分别找到B1通孔对应的回波，移动探头使回波幅度最大，并记录该点的位置x0及对应回波的幅度；然后向左边移动探头使回波幅度减小到最大振幅的一半，并记录该点的位置x1；同样的方法记录下探头右移时回波幅度下降到最大振幅一半对应点的位置x2；则直探头扩散角为：

2tg

1|x2x1|

2L（3.2）

图3.3 探头扩散角的测量

对于斜探头，首先必须测量出探头的折射角，然后利用测量直探头同样的方法，按下式计算斜探头的扩散角近似为：

2tg1[8.直探头探测缺陷深度

|x2x1|cos2] 2L（3.3）

在超声波探测中，可以利用直探头来探测较厚工件内部缺陷的位置和当量大小。把探头按图3.4位置放置，观察其波形。其中底波是工件底面的反射回波。

图3.4直探头探测缺陷深度

对底面回波和缺陷波对应时间（深度）的测量，可以采用绝对测量方法，也可以采用相对测量方法。利用绝对测量方法时，必须首先测量（或已知）探头的延迟和被测材料的声速，具体方法请参看实验二直探头延迟和声速的绝对测量方法。利用相对测量方法时，必须有与被测材料同材质试块，并已知该试块的厚度，具体方法请参看实验二直探头延迟和声速的相对测量方法。

9.斜探头测量缺陷的深度和水平距离

利用斜探头进行探测时，如果测量得到超声波在材料中传播的距离为S，则其深度H和水平距离L为：

HStan()

LSctan()

其中是斜探头在被测材料中的折射角。

(3.4)(3.5)要实现对缺陷进行定位，除了必须测量（或已知）探头的延迟、入射点外，还必须测量（或已知）探头在该材质中的折射角和声速。通常我们利用与被测材料同材质的试块中两个不同深度的横孔对斜探头的延迟、入射点、折射角和声速进行测量。参看图3.5，A、B为试块中的两个横孔，让斜探头先后对正A和B，测量得到它们的回波时间tA、tB，探头前沿到横孔的水平距离分别为xA、xB，已知它们的深度为HA、HB，则有：

图3.5斜探头参数测量

SxBxA

(3.6)(3.7)(3.8)(3.9)HHBHA

折射角： tan1(cS)

H声速：

H

(tBtA)cos()HB

ccos()延迟：

t0tB(3.10)前沿距离：L0Htan()xB（测为9.15cm）

(3.11)

三、超声波技术的应用

1、超声波传感器

由于许多仪器及控制应用中均涉及到超声波传感器，尤其是在流量测量，材料无损检验及物位测量等方面，超声波传感器的应用尤为普遍。所以，在此首先简要的介绍一下超声波传感器。

广义上来讲，它是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件，又称为超声波换能器或者超声波探头。

超声波传感器分为发射换能器和接收换能器，既能发射超声波又能接受发射出去的超声波的回波。发射换能器利用压电元件的逆压电效应，而接收换能器则是利用压电效应。超声换能器的种类很多，按照其结构可分为直探头(纵波)、斜探头(横波)、表面波探头、双探头(一个发射，一个接 收)、聚焦探头(将声波聚集成一束)、水浸探头(可浸在液体中)以及其它专用探头。按照实现超声换能器机电转换的物理效应的不同可将换能器分为电动式、电磁式、磁致式、压电式和电致伸缩式等。

超声波换能器的材料也有多种选择，某些电介质(例如晶体、陶瓷、高分子聚合物等)在其适应的方向施加作用力时，内部的电极化状态会发生变化，在电介质的某相对两表面内会出现与外力成正比的符号相反的束缚电荷，这种由于外力作用使电介质带电的现象叫做压电效应。相反地，若在电介质上加一外电场，在此电场作用下，电介质内部电极化状态会发生相应的变化，产生与外加电场强度成正比的应变现象，这一现象叫做逆压电效应。压电材料是压电换能器的研制、应用和发展的关键。大致可分为五类：压电单晶体、压电多晶体、压电半导体、压电高分子聚合物、复合压电材料。其中压电陶瓷是压电多晶体材料，这类压电陶瓷为实心，均匀和一体的压电功能材料，具有优良的压电性能。压电陶瓷自问世以来，至今已有30多年历史。无论在材料基础研究方面或是在应用方面，都获得了飞速的发展。由于压电陶瓷的出现，开辟了压电材料的广阔前景，也使压电换能器的理论发展和实际应用提高到一个新的高度。压电陶瓷是当今最有可为的压电材料，目前在压电材料中无论数量上还是质量上均处于支配地位，其原因是它有如下优点：

(l)所用原材料价廉且易得；(2)具有非水溶性，遇潮不易损坏；(3)压电性能优越；

(4)品种繁多，性能各异，可满足不同的设计要求；(5)机械强度好，易于加工成各种不同的形状和尺寸；

(6)采用不同的形状和不同的电极化轴，可以得到所需的各种振动模式；(7)制作工艺较简单，生产周期较短，价格适中。根据不同的实际应用情况，超声波传感器产生不同频率。如应用在流量测量领域，声波的频率在30kHz到5MHz之间；应用在物位测量领域时，声波的频率会低一些，一般在30kHz到200kHz之间；而当应用在检测装置（如测厚仪和探伤检验装置）上时，声波的频率范围很广，但是总体上来说要比用于其它领域时高很多。

2、超声波测距

超声波因其指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远等特点，而经常用于进行各种测量。如利用超声波在水中的发射，可以测量水深、液位等．利用超声波测距，使用单片机系统，设计合理，计算处理也较方便，测量精度能达到各种场合使用的要求。

3、超声波在医疗方面的应用

医学上最早利用超声波是在1942年，奥地利医生杜西克首次用超声技术扫描脑部结构；以后到了60年代医生们开始将超声波应用于腹部器官的探测【14】。如今超声波扫描技术已成为现代医学诊断不可缺少的工具。

医学超声波检查的工作原理与声纳有一定的相似性，即将超声波发射到人体内，当它在体内遇到界面时会发生反射及折射，并且在人体组织中可能被吸收而衰减。因为人体各种组织的形态与结构是不相同的，因此其反射与折射以及吸收超声波的程度也就不同，医生们正是通过仪器所反映出的波型、曲线，或影象的特征来辨别它们。此外再结合解剖学知识、正常与病理的改变，便可诊断所检查的器官是否有病。

目前，医生们应用的超声诊断方法有不同的形式，可分为A型、B型、M型及D型四大类。A型：是以波形来显示组织特征的方法，主要用于测量器官的径线，以判定其大小。可用来鉴别病变组织的一些物理特性，如实质性、液体或是气体是否存在等。

B型：用平面图形的形式来显示被探查组织的具体情况。检查时，首先将人体界面的反射信号转变为强弱不同的光点，这些光点可通过荧光屏显现出来，这种方法直观性好，重复性强，可供前后对比，所以广泛用于妇产科、泌尿、消化及心血管等系统疾病的诊断。

M型：是用于观察活动界面时间变化的一种方法。最适用于检查心脏的活动情况，其曲线的动态改变称为超声心动图，可以用来观察心脏各层结构的位置、活动状态、结构的状况等，多用于辅助心脏及大血管疫病的诊断。D型：是专门用来检测血液流动和器官活动的一种超声诊断方法，又称为多普勒超声诊断法。可确定血管是否通畅、管腔有否狭窄、闭塞以及病变部位。新一代的D型超声波还能定量地测定管腔内血液的流量。近几年来科学家又发展了彩色编码多普勒系统，可在超声心动图解剖标志的指示下，以不同颜色显示血流的方向，色泽的深浅代表血流的流速。现在还有立体超声显象、超声CT、超声内窥镜等超声技术不断涌现出来，并且还可以与其他检查仪器结合使用，使疾病的诊断准确率大大提高。超声波技术正在医学界发挥着巨大的作用，随着科学的进步，它将更加完善，将更好地造福于人类。

结语：

超声学是一门应用性和边缘性很强的学科，从它一百多年来的发展可以看出，超声学是随着它在国防、工农业生产、医学、基础研究等领域中应用的不断深入而得到发展的。它不断借鉴电子学、材料科学、光学、固体物理等其他学科的内容，而使自己更加丰富。同时，超声 学的发展又为这些学科的发展提供了一些重要器件和行之有效的研究手段。如超声探伤和超声成像技术都是借鉴了雷达的原理和技术而发展起来的，而超声的发展又为电子学、光电子学、雷达技术的发展提供了超声延迟线、滤波器、卷积器、声光调制器等重要的体波和表面波器件。通过这次的实验，我对超声波的各方面都有了一定的了解，我相信这对我以后的学习和运用都有很大的帮助，另外，虽然我没有参加物理实验竞赛，但是自己用超声波弄了一个非接触式体温计，虽然做得不太好，但也算是超声波传感器的一种应用吧。

参考文献：

1、《大学物理实验》牛原

2、百度百科-超声波原理和应用

3、搜搜百科-超声波原理和应用