超聲波焊接范文

導語：如何才能寫好一篇超聲波焊接，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時，會產生每秒幾萬次的高頻振動，這種達到一定振幅的高頻振動，通過上焊件把超聲能量傳送到焊區，由于焊區即兩個焊接的交界面處聲阻大，因此會產生局部高溫。

又由于塑料導熱性差，一時還不能及時散發，聚集在焊區，致使兩個塑料的接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，使其融合成一體。

當超聲波停止作用后，讓壓力持續幾秒鐘，使其凝固成型，這樣就形成一個堅固的分子鏈，達到焊接的目的，焊接強度能接近于原材料強度。

超聲波焊接根據焊接方式的不同，可分為埋植法焊接、鉚焊法焊接、點焊法和成型。

（來源：文章屋網 ）

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關鍵詞：超聲波焊接 焊接質量 影響因素分析

引言

1956年超聲波焊接技術被首次提出，此后幾十年超聲波焊接作為一種新穎的塑料加工技術，憑借其焊接速度快、焊縫質量好、易于自動化、適合于大批生產的優勢而在汽車、電子、化工、醫藥、機械等行業得到了極為廣泛的應用[1，2，3]。隨著塑料材料大量應用于工業生產和日常生活中， 對其焊接技術的要求也越來越高，這是因為實際加工中很多結構復雜的塑料產品由于其工藝限制等原因而不能一次加工成型，通常需要采用焊接的方法來將零部件無縫連接到一起，構成一個完整的塑料零件，其焊接質量的好壞直接影響到產品的質量。塑料材料焊接當前采用最多的焊接方法即是超聲波焊接，如何進一步提升塑料超聲波焊接的焊接質量即成為制約塑料材料應用的重要因素之一?；诖耍疚脑敿毥榻B了塑料超聲波焊接的原理及構成并對影響其焊接質量的因素做了詳盡的分析。

1 超聲波焊接原理

超聲波通常是指頻率在20KHz 以上的彈性機械振動，其最明顯的特性是方向性好，能量高，可以定向傳播?；诖颂匦?，當超聲波垂直加到待焊接的塑料表面上時， 焊接面上的質點就會因超聲波激發而快速振動， 使其連續交替地受壓和解壓， 在界面上因強烈振動而產生摩擦， 釋放出大量的熱。超聲波引起的摩擦分為兩部分即分子間內摩擦和表面剪切摩擦，分子間內摩擦是由于塑料材料內部分子因聲波激發振動而產生的，而表面剪切摩擦是由于接觸面在振動過程中產生滑移引起周期性結合與分離產生的。分子間內摩擦和表面剪切摩擦的綜合效應稱為聚合物振動摩擦，振動摩擦使機械能轉換為熱能，加之塑料導熱性差，熱量不易散發，便在焊接處形成局部高溫，使結合處的材料迅速融化，振動停止后， 熔融的塑料在一定的壓力下定形并構成堅固的分子鏈，達到焊接的目的。[3，4]

2 超聲波焊接加工質量的影響因素分析

影響塑料超聲波焊接加工質量的因素大致可以分為三大類：超聲波焊接機對加工質量的影響、工藝優化對加工質量的影響以及塑料材料對加工質量的影響，現分別從這3點進行說明。

2.1 超聲波焊接機對焊接質量的影響

超聲波焊接機主要由超聲波發生器、換能器、變幅桿、焊頭及配套的夾具組成，焊接機的好壞是決定能否成功焊接的前提。

超聲波發生器作為超聲波焊接機的核心組成部分，其性能的好壞對焊接質量有著決定性的影響。超聲波發生器的作用主要是用于將工頻電流轉變為超聲波頻率的振蕩電流，其核心要求之一即是要求能頻率自動跟蹤控制，即要求其能對在工作中變化的換能器諧振頻率進行跟蹤，以保證整機工作在諧振頻率內，這是因為系統振動一旦失諧，直接將導致振幅降低，造成焊接質量不穩定甚至失敗。其次超聲波發生器還應具有功率自適應功能，能在工作中根據負載的變化來調節輸出的功率，以實現焊接機的高效率與高穩定性[5]。

換能器是用來將發生器產生的高頻電能轉換為彈性機械能的裝置，是超聲波聲學系統的關鍵部件之一，其原理是利用單晶體材料的逆壓電效應將輸入的電功率轉換為機械功率。換能器與超聲波發生器之間的匹配是保證焊接質量的要點，必須保證兩者之間的諧振，否則易導致換能器發熱、溫度過高、易損壞，同時也可能導致發生器電源的損壞。

超聲波的原始振幅一般很小，通常只有幾微米，而實際加工應用中所需要的振幅在幾十到幾百微米左右，所以通常需要通過變幅桿將其振幅放大，并且變幅桿還可以起到機械阻抗的作用，在換能器與負載之間進行阻抗匹配，使超聲波能量更有效地從換能器向待焊接面傳遞。對變幅桿的主要要求是在工作頻率內材料損耗小，傳遞效率高，同時其疲勞強度要高而聲阻要小，以獲得較大的振動速度和振幅位移。

超聲波焊頭是超聲波能量傳遞的最后一個環節，它將超聲波產生的高頻振動傳遞到待焊接的表面上，因其要傳遞超聲波，所以焊頭一定要工作在諧振狀態下，即焊頭的固有諧振頻率要與換能器匹配，其次還要求其振幅均勻，焊頭端面形狀適應被焊接工件的形狀。

超聲波焊接夾具主要起定位和承載的作用，夾具的加工精度對焊接產品的形狀和精度有直接的影響，夾具與焊接產品的角度和弧度不吻合時易造成產品焊接后尺寸偏差甚至發生變形。夾具按照焊接產品仿形加工完后還需要微調其固有頻率，使其頻率與超聲波焊接機吻合，以達到最佳的焊接效果[6]。

2.2 工藝優化對焊接質量的影響

塑料超聲波焊接的工藝優化主要包括加工參數優化與焊接工藝優化。

工藝參數優化，適宜的加工參數是保證超聲波焊接質量的關鍵條件之一，超聲波焊接主要的可調參數有頻率、振幅、焊接壓力、焊接時間及保壓時間。

常用的超聲波頻率范圍有15、20、30及40KHz，針對不同的焊接材料特性所需的頻率也各不相同，例如對于薄壁件焊接則宜采用較大的振動頻率，這是因為在功率一定的情況下，提高頻率可以降低振幅，從而可以降低薄壁件因交變應力而產生的疲勞破壞；而對于較厚的焊件，則宜采用較低的振動頻率，這是由于振動頻率對焊點的剪切強度有影響，材料越厚、越硬，其影響越大，因而較高的振動頻率反而不易焊接成形。對于同一種焊接材料，隨著焊接頻率的提高，其所需的振動速率與振幅均變小，焊接面溫升變快，焊接強度變大，但其傳遞損耗也變大。

振幅的大小直接影響到塑料材料的熔化程度，對于需要焊接的材料來說是一個關鍵參數。振幅的選用與被焊接材料的性質和厚度有關，其范圍一般在5～25μm，振幅選用太小易產生不均勻的初始熔化及過早的熔體凝固，而振幅太大時又易使焊接面加熱速度過快，導致熔化材料流動速度較快而產生大量的飛邊并降低焊接強度[1]。在適宜的振幅范圍內，增加振幅有利于超聲波能量的擴散，縮短焊接時間，提高焊接效率，同時也能提高焊接接頭的強度。

焊接壓力有兩個作用，一是提供焊頭與零件間耦合所需的靜壓力，以便超聲波傳能量傳遞到焊接面，二則是在振動結束后提供必要的保持壓力以確保接頭處材料凝固，使零件連成一體。焊接壓力過低時，超聲波幾乎不能被傳遞到焊接面上，大多數能量都損耗在焊頭與零件之間，造成塑料材料熔融不充分，從而導致需要更多的焊接時間；而如果焊接壓力過大，則會增加所需要的功率，造成熔體過流，導致熔融層材料嚴重擠出，減少熔融層厚度，降低焊縫強度，同時也會產生零件壓痕，極端情況下還可能造成過載使焊頭停止工作。在其他焊接條件不變的情況下，適當提高焊接壓力可以在保證焊接強度的前提下縮短焊接時間，這是因為較高的焊接壓力更易在較低溫度下產生塑性變形，同時也能在較短的時間內達到最高溫度。

焊接時間對接頭質量影響很大，焊接時間過短會導致焊不上或焊縫強度不夠，而焊接時間過長則會導致塑料熔融過剩，焊線以外的材料熔化且易產生壓痕降低焊接質量。對于不同的焊接壓力，達到所需焊接強度的時間各不相同，增大焊接壓力可以在一定條件下縮短焊接時間。

保壓時間即是指振動停止后零件在一定壓力下凝固和結合的時間，在大部分情況下，其并不是一個關鍵的參數，一般取0.3-0.5s即可[1]。

上述各參數是相互影響、相互關聯的，通常需要綜合調節各參數以達到最佳的焊接質量，例如針對焊接加工中焊縫擠出的問題，這通常是因為焊接振幅過大、焊接時間過長而使振動產生的熱量超出熔融焊線所需的熱量，導致焊線以外的材料熔化而從焊縫中擠出。當出現這種現象時，應適當降低焊接振幅與焊接時間，保證材料不被過多的熔化，其次也要降低焊接壓力，避免材料擠出量過大。

焊接工藝優化主要是指焊接焊線的優化設計，焊接線的設計是影響產品焊接精度的一個重要因素，焊線設計不合理易使產品在焊接過程中因受力不均而發生滑移，造成焊接產品偏位或尺寸偏差。依據不同的焊接接口以及焊接材料特性，應選用不同的焊接線形式。超聲波焊接中常使用的焊接線結構類型有三角形焊線、圍邊式焊線、峰谷式焊線和臺階式焊線，實際加工中可以根據需要進行優化選取[6]。

2.3 塑料材料對焊接質量的影響

塑料材料對焊接質量的影響主要分為塑料材料的可焊性與塑料材料表面狀態對焊接質量的影響。

塑料材料的可焊性可以用公式G = K?E?λ?μ/ρ?C?t （ W/m2?K）來表征。

其中：

G――塑料材料的可焊性；K――焊件形狀因子，取決于焊件的壁厚、尺寸大小及焊頭的形狀尺寸；E――塑料的彈性模量（ GN/m2 ）；λ――導熱系數（ W/m?K）；μ――塑料的摩擦系數；ρ――塑料的密度（ kg / m3 ）；C――比熱（J /kg?K）；t - 熔點（ K）。

從上式可以看出塑料材料的可焊性與其彈性模量、導熱系數、摩擦系數成正比，而與其密度、比熱容及熔點成反比。

正確選用塑料材料是保證焊接質量的首要條件，一些常見的各種同種塑料和異種塑料的可焊性分析表格在文獻[1]中已有詳細的介紹，這里就不再贅述。

塑料材料的表面狀態則包括了材料的表面粗糙度，焊接搭接寬度及導能筋等對焊接質量的影響。塑料材料表面粗糙度越大越有利于降低聲阻，提高表面能流密度，進而提高焊接質量。焊接搭接面越寬，其焊接接頭強度越低，這是因為搭接寬度越大，焊接接頭邊緣應力集中越大，越易出現微裂紋，從而降低接頭強度[6]。導能筋通常是一個鑄在零件配合面的小三角形隆起，用于將焊接初始接觸限制在一個非常小的區域內從而將超聲波能量集中在三角形頂部，其次它還可以為熔融的塑料在溫度和壓力共同作用下鋪展提供空間，避免應力集中，從而實現精密焊接，其三角形頂部角度是一個關鍵參數，常用的角度通常為90°或60°。

結語

塑料超聲波焊接技術憑借其焊接速度快、焊縫強度高、焊縫質量好的優點而越來越受到廣泛的應用，其應用前景也必將隨著塑料材料的進一步推廣使用而不斷擴大，與此同時對其焊接質量的要求也必將越來越高。塑料超聲波焊接焊接機理復雜，受到眾多因素的影響，這包括焊接機設備、焊接工藝參數、焊接工藝及塑料材料特性等多個方面，理解并弄清上述各因素對焊接質量的影響是進行成功焊接的前提。

參考文獻

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4. 陳振偉. 超聲波發生器的研究[D]. 浙江大學電氣工程學院 浙江大學， 2007.

5. 王葉， 陳斌. 超聲波焊接原理及其工藝研究[J]. 科技創業家， 2013（07）.

6. 陳源， 丁斌. 貫流風葉超聲波焊接機的工藝優化[J]. 中國包裝工業， 2015（Z1）：101-102.

基金項目

家電送風系統設計及制造的數字化、智能化技術研究與應用項目（2013CXTD01）；貫流風扇葉超聲波焊接機器人研發及柔性生產線示范（2013AH100013）。

作者簡介

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關鍵詞：鋼結構防護密閉門；焊接質量；超聲波無損檢測

在建筑施工中，人們要應用到鋼結構防護密閉門焊接的技術，如果鋼結構防護密閉門焊接的質量出現問題，施工的整體質量就難以保證。做好鋼結構防護密閉門焊接質量的檢測有非常重要的意義，目前人們在做鋼結構防護密閉門焊接質量檢測的時候，一般應用超聲波無損檢測的方法。本次研究說明了鋼結構防護密閉門焊接質量超聲波無損檢測的方法，應用這種方法檢測鋼結構防護密閉門焊接質量，人們便能了解焊接施工的成果，從而提高焊接施工的質量。

1 超聲波無損檢測的目標

鋼結構防護密閉門焊接質量的無損檢測方法有很多，超聲波無損檢測是較為常見的一種檢測方法。超聲波技術是人們發現大于20000赫總結經驗上的聲波頻率，人的耳朵雖然聽不見，然而卻可以用特殊儀器接收的一種聲音。這種聲波作用在不同物理性質的物體上，聲波反射回來的波形會不一樣。人們應用發射超聲波，接受超聲波反饋回來的數據，這種方法可以了解一件事物的物理結構。超聲波的原理被應用在鋼結構防護密閉門焊接質量的無損檢測中，即人們應用發射超聲波和接受超聲波反饋信息的方法了解鋼結構防護密閉門材質是否產生了異樣的變化。應用這種技術，人們能夠了解鋼材質經過焊接以后受到何種程度的物理損傷。這種檢測方法成本低、適用性強、檢測結構準確，目前被廣泛的應用。

2 超聲波無損檢測的方法

脈沖反射法是目前比較常見的鋼結構防護密閉門焊接質量超聲波無損檢測方法。這種檢測方法根據埋設探頭的不同分為直探頭探傷法與橫波斜探頭探傷法。一般來說，橫波斜探頭探傷法常被應用于鋼結構防護密閉門焊接質量超聲波無損檢測中，本次研究以此為例案，說明鋼結構防護密閉門焊接質量超聲波無損檢測技術的應用方法。

2.1 應用條件分析

橫波斜探頭探傷法是將傳感器埋在始脈沖與底脈沖之間，然后發射超聲波，傳感器接受了超聲波傳來的信息以后，將它反饋給計算機處理器，計算機將反饋的數據轉換為數據波形，人們通過觀察波形了解焊縫質量的一種檢測方法。

橫波斜探頭探傷法中，探頭發射的超聲波與焊縫危險缺陷會存在夾角，為了調整檢測的精確度，人們需要用低頻發射超身波，探頭的斜率需控制在K1.5-K2.5之間，埋射探頭的耦合劑通常選用帶有粘性的漿糊。

2.2 檢測前的準備

鋼結構防護密閉門焊接完畢以后，外表會有大量的雜物和不規則的深坑，在檢測以前，需清除雜物，打磨深坑，以便超聲波在檢測時出現誤差。施工人員在做鋼結構防護密閉門焊接質量的超聲波無損檢測時，需先了解該次要檢測的對象。比如施工材料的焊縫種類、坡口形式、材質的正面或背面等。施工人員在做檢測時，將以這些對象作為指標，了解該次焊接施工的質量。施工人員在做焊接檢測時，如果要準確的了解到超聲波反饋信息，便要做好以下的準備工作：要控制檢測的速度，一般來說，施工的速度要控制在每秒150毫米以下；焊接的檢測通常會出現靈敏度的誤差，施工人員要做好傳感器的調整工作，做好靈敏度的補償計算工作；施工人員在檢測時，要在檢測過程中應用寬度重疊的方式作檢測，以鋸齒型掃查的方式移動，這種檢測方式能夠更準確的得到檢測的結果。在焊縫的兩個邊側和焊縫中心則要用斜平行掃查的方式作移動。在做鋼結構防護密閉門焊接質量超聲波無損檢測的時候，施工人員可應用這兩種方法對檢測的對象全方位的進行檢測，以便準確的了解鋼結構防護密閉門焊接質量。

2.3 檢測應用方法

應用鋼結構防護密閉門焊接質量超聲波無損檢測的時候，施工人員要全方位的掃查焊接的成果，以便詳細的了解焊接的質量。人們通過計算傳感器反饋的波形圖就能夠了解焊接的質量。

3 超聲波無損檢測的分級

為了描述鋼結構防護密閉門焊接質量的超聲波無損檢測的結果，目前人們用分級的方法說明檢測的質量。鋼結構防護密閉門焊接質量的超聲波無損檢測的分級標準如表1所示。

鋼結構防護密閉門焊接質量的超聲波無損檢測的檢測缺陷可描述為如下：出現氣孔，即施工人員在焊接的時候出現了氣體，這些氣體融合在鋼材質中形成氣孔；夾渣，即施工人員在焊接的時候，雜質混進了鋼材質中；未焊透，即施工人員未通過高溫將兩種材質合二為一；未熔合，即施工人員未通過高溫將兩件鋼材質結合起來，出現了較大的焊縫；裂縫，即施工人員焊接過度，破壞了鋼材質。

施工檢測的I級標準為焊接的結果達到施工的要求；IV級標準為焊接中出現了裂紋及未焊透的問題，即焊接質量不合格。

在進行鋼結構防護密閉門焊接質量的超聲波無損檢測的時候，有時會出現檢測結果不太精確的問題，這種檢測結果不能反映結構防護密閉門焊接質量，此時施工人員需更換檢測的方法、調整檢測的參數、用多種角度進行檢測。如果從這三個方面進行調整，施工人員就能得到較為準確的檢測結果。

4 結束語

應用鋼結構防護密閉門焊接質量的超聲波無損檢測的方法，人們可以在不影響鋼材質焊接成果的前提下了解到鋼結構防護密閉門焊接質量，這是一種較為先進的檢測技術。本次研究從鋼結構防護密閉門焊接質量的超聲波無損檢測的目標、方法、分級這三個方面說明了這種檢測方法的應用。

參考文獻

[1]喻海萍.小口徑薄壁管分層缺陷的超聲探傷[J].無損探傷，2007（3）.

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壓力容器被廣泛應用于能源工業和科研領域，焊接檢測方法也受到重視。本文以超聲波探傷為例，論述了這一方法的檢測原理和方法，提出了應用過程中應用注意的要點，以期提高檢測工作效率和檢測精度。

關鍵詞：

壓力容器；超聲波探傷；檢測方法；

壓力容器包含承受壓力的殼體、不同連接件和密封件，現已被廣泛應用于石油化工、科研和軍工行業，也對壓力容器的質量提出了較高的要求，壓力容器生產過程中必須嚴格遵循國家行業規定。焊接工作是壓力容器的重要加工程序，壓力容器的質量與焊接有著直接的關系，因此焊接質量的檢測也成為重點。隨著科學技術的發展和進步，超聲波探傷方法在焊接檢測中獲得了廣泛的應用[1]。超聲波探傷方法可以檢測較大厚度范圍內的工件的內部缺陷，應用過程十分簡便，成本較低，不會對人體造成危害，且檢測的靈敏度較高，缺陷定位十分準確，至今已成為壓力容器生產中的重要檢測方法。

1壓力容器

壓力容器主要借助焊接工藝組裝，焊接工作成為壓力容器生產過程中的重要環節，壓力容器中的受壓部件和承載壓力的殼體部分焊接過程中應用全焊透的對接接頭。針對壓力容器內部缺陷而言，主要包含裂紋、氣孔、夾渣、未熔合、未焊透幾種。裂紋一般分為熱裂紋和冷裂紋，主要是在熔焊冷卻過程中因為應力變化產生，會嚴重影響到壓力容器的靜拉力和沖擊載荷；氣孔主要分為密集氣孔、單一氣孔和鏈狀氣孔幾種，主要形成原因是在焊接過程中由于氣體沒有及時溢出，金屬內部和表面形成空穴，氣孔問題將會減少焊縫的有效工作截面，降低接頭強度；夾渣問題主要分為非金屬夾渣和金屬夾渣兩種，主要形成原因是在冷凝過程中沒有及時排出熔渣，一部分熔渣留在焊縫中形成夾渣，嚴重影響到壓力容器的力學性能，夾渣的數量越多，影響程度越大；未焊透問題主要分為根部未焊透和中間部分未焊透問題，主要原因是在焊接過程中母材之間存在局部未熔合問題，該類問題對應力集中分布十分敏感，影響壓力容器的強度和疲勞。

2超聲波探傷

2.1探傷原理和主要設備在均勻的材料中如果存在缺陷，將導致材料不連續，不連續材料將會導致聲阻抗出現較大的差異，結合反射定理可以知道，超聲波在不同聲阻抗接觸的交界面上發生反射，反射回的能量大小和交界面的聲阻抗大小有著直接的聯系，因此可以應用超聲波反射回的能量大小判斷出材料中的缺陷位置。檢測方法應用過程中主要應用超聲波探傷儀，該種設備主要是應用超聲波的傳播原理、聲電轉換原理和無線電原理設計制作，超聲波探頭是其中最重要的部分之一。超聲波探頭可以實現聲信號與電信號之間的轉換，一般也被稱為超聲波換能器。應用超聲波方法探傷，探傷儀及時發出超聲波頻率的電振蕩脈沖，探頭會將電振蕩脈沖轉換為機械振動，將振動信號以超聲波的形式發射出去，被檢測工件會接收振動信號，之后工件及時將信號反射回去，探頭將反射的振動信號轉換為電信號，電信號經過超聲波探傷儀的放大器放大，及時將信號顯示出來，便于判斷工件焊接中的問題[2]。

2.2應用過程

2.2.1探傷準備第一，修正探測面。及時清除探測面上的氧化皮、油垢和焊接飛濺，探頭移動區域內檢測面應有良好的聲耦合，一次反射波法的檢測寬度為2.5KT，直射波法為1.5KT，其中K表示探頭的斜率，T表示母材厚度。第二，測定斜探頭的入射點和斜率。在對接焊縫內部缺陷檢測的過程中一般應用斜探頭，先必須測出斜探頭的入射點和斜率K。斜探頭的入射點一般為聲束軸線和探頭楔塊底面的交點，斜探頭的斜率K一般為聲束與板中折射角的正切值。檢測過程中對缺陷的定位精度直接受到斜探頭的入射點和斜率影響，由于制造和磨損的原因，標稱值與實際值之間可能存在一定的誤差，因此必須在每次焊縫檢測之前都要進行測定。第三，繪制距離和波幅曲線。距離-波幅曲線應用的探頭和設備需要以材料上的實測數據為基礎，曲線中主要包含評定線、判廢線和定量線等信息。

2.2.2現場探傷被檢工件的焊縫和表面經過外觀檢查合格后可以應用超聲波探傷檢測方法，探傷檢測之前，工作人員明確被檢工件的材質、曲率、厚度、焊縫類型和焊接方法等，如果試塊表面的耦合損失和材質衰減情況與被檢工件不同，需要相應對探傷的靈敏度進行補償。

2.3超聲波探傷操作要點

2.3.1探頭的應用在焊縫兩側涂刷耦合劑，工程檢測中常用的耦合劑有甘油、漿糊、水等。在檢測過程中，要保持探頭在工件表面平穩移動及耦合良好，所以在手持探頭時，在上部要有一定的壓力使其貼合，同時夾持探頭移動進行掃查。掃查速度與探頭的有效直徑及儀器的重復頻率有關，焊縫的手工檢測，掃查速度一般在150mm/s以下，相鄰探頭的移動區域需要保證有15%以上的覆蓋區域[3]。

2.3.2掃查過程在檢測缺陷的過程中，保證斜探頭與焊縫中心線檢測面垂直，之后進行鋸齒形掃查，同時保證焊接接頭的截面在探頭前后移動的范圍內，在探頭垂直移動的過程中還需要做出10~15°的左右轉動，圖1為掃描軌跡示意。為了便于及時觀察材料缺陷的動態波形，分辨出缺陷信號，確定工件的缺陷位置和形狀，一般將左右掃查方式、轉角掃查方式和環繞掃查方式結合起來[4]。在掃查過程中，由于探頭的前后移動和左右移動導致探頭在被測工件表面的運動軌跡為鋸齒形，探頭前后移動和左右移動的距離必須在相同方向覆蓋區域的10%~20%。在初步掃查發現可能存在缺陷后，先用前后、左右掃查找到缺陷的最大回波，以此作為一個基準點，然后用前后掃查確定缺陷水平距離或深度，用左右掃查確定缺陷沿焊縫方向的長度，用轉角掃查推斷缺陷方向，用環繞掃查大致推斷缺陷形狀。

3結束語

隨著科學技術的發展，超聲波探傷技術在壓力容器制造、使用中的應用越來越廣泛，提高了生產效率和設備的安全性。在檢測過程中重點是根據不同的材料、焊縫型式、厚度等參數，選擇合適的檢測面、儀器、探頭和掃查方法。在檢測中，要從人員、設備器材、技術文件、檢測程序、檢測環境幾方面加強質量控制，保證產品質量和安全性能。

參考文獻：

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[2]徐麗潔,高小青,徐時恩等.大型壓力容器的超聲波無損檢測[J].中國科技縱橫,2015,26(16):192.

[3]王輝.鋼制壓力容器焊縫內裂紋的超聲波檢測技術[J].焊接,2014,12(4):130.

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關鍵詞:鋼結構 T型角焊縫 超聲波 檢測

0 引言

火力發電廠的主廠房鋼結構，承受著重達萬噸至幾萬噸的靜載荷和鍋爐啟停機熱脹冷縮等原因形成的動載荷，有時甚至要受到地震等自然災害的影響，因此鋼結構焊接質量的好壞，對機組能否安全可靠的運行關系重大。而超聲波探傷是夠有效的檢驗其內部缺陷的可靠手段，對準確評價鋼結構的質量、可靠性以至于運行壽命有很重要的現實意義。

1 鋼結構T型焊縫的超聲波

1.1 簡介:“T”型焊縫結構:主廠房鋼結構“T”型焊縫由翼板和腹板焊接而成，焊縫分為非熔透型和熔透型兩種。非熔透型焊縫分無坡口和“V”形坡口，現場主廠房鋼結構以熔透型焊縫分“K”形坡口為主的T型接頭。

1.2 探測基本條件選擇

1.2.1 探頭的選擇:

①探頭折射角的選擇:為了保證探頭主聲速能夠掃查到整個主廠房鋼結構焊縫截面，及主聲速中心與危險性缺陷垂直，并且有足夠的探傷靈敏度。在腹板上探傷的探頭折射角根據腹板厚度來選擇。(見表1)

② 探頭頻率的選擇:根據主廠房鋼結構焊縫腹板厚度較小的實際情況，宜采用較高頻率，一般選擇2.5MHz。

③ 探頭晶片尺寸的選擇:為了確保探頭檢驗效率，一般選擇晶片尺寸為13×13。

1.2.2 耦合劑的選擇:在主廠房鋼結構焊縫探傷中，選擇流動性、透聲性、粘度適宜，附著力較好，探測結束后易清洗，并且對人體無害的耦合劑，一般選用化學漿糊即可。

1.2.3 探測面的選擇:根據現場的實際情況，選用在腹板上進行斜角掃查的方式，腹板應經修磨合格。

1.2.4 儀器、試塊的選擇:使用PXUT—280B型全數字智能超聲波探傷儀，用CSK—1A試塊進行探頭前沿及聲速校驗、折射角的校驗，使用RB—3試塊進行DAC曲線制作。

1.2.5 探測面的修磨:使用手動砂輪機清除焊縫腹板表面的飛濺、油漆、氧化皮。修磨寬度由腹板厚度而確定，修磨寬度為:P≥2TK+50。

1.2.6 靈敏度的補償:現場探傷中，當用試塊調靈敏度對焊縫進行探傷時，為了保證在焊縫中發現規定大小的缺陷，對測定試塊與焊縫聲能傳輸損失差，進行適當補償，實際探測中靈敏度的補償為:+2dB。

2 DAC曲線制作

2.1 測聲速:選擇聲波方式為橫波，試塊一次聲程輸入50mm，二次聲程輸入100mm，確定后將探頭在CSK—1A試塊移動，使R50的最高回波出現在進波門時，下降至60%時，穩定探頭不動，確定;再使R100的回波，下降至60%時穩定探頭不動，再次按確定，測量出探頭前端至R50的水平距離L=41mm，輸入儀器。儀器自動計算聲速:3241m/s，探頭前沿:10mm。

2.2 測K值(測折射角):輸入反射體深度:40mm，反射體直徑:Φ3mm，探頭K值:2.5，確定后將探頭在RB-3試塊移動，使深度:40mm的最高回波出現在進波門時確定。儀器自動計算K值(測折射角):K=2.57(β=68.7°)。

2.3 制作DAC曲線 輸入最大探測深度為:60mm，反射體直徑:Φ3mm，反射體長度:40mm，確定后將探頭在RB-3試塊移動，調節增益使深度為10mm孔最高回波在80%時按確定，再移動探頭，依次找到20mm，30mm，40mm，60mm的孔的最高回波，將幾個波高儲存后，DAC母線完成。依次輸入判廢偏移-4dB，定量偏移-10dB，測長偏移-16dB并按確定后，DAC曲線制作完成。

3 現場實際探測分析

將調試和設置好的儀器帶到現場，打開儀器選擇好通道，調節增益、DAC門，探頭1在腹板的A面以前后、左右、環繞、轉角等方式探測，在焊縫端點至400mm處，用一次波發現一個缺陷波，位于判廢線以上，用6dB測長法進行測長，記錄缺陷波數據，如下:

3.1 探頭前沿至翼板缺陷的水平距離:L1=33mm

3.2 缺陷至腹板A面的深度:H1=13mm

3.3 缺陷長度:F=22mm

3.4 缺陷當量Φ3×40+6dB 轉貼于

探頭2在腹板的B面以前后、左右、環繞、轉角等方式探測，在焊縫端點至400mm處，用二次波發現有一個缺陷波，位于判廢線以上。

4 缺陷判定

根據《鋼熔化焊T形接頭角焊縫超聲波檢驗方法及質量分級 DL/T542—94》要求，缺陷波位于Ⅲ區，并指示長度22mm>15mm，該焊縫級別Ⅳ級，屬于超標缺陷，進行返修處理，返修的結果證實此缺陷是危險性缺陷未熔合。

篇6

關鍵詞：不等厚焊縫；缺陷；板波；超聲檢測

在工程上，有時需要將兩段不同厚度的薄壁圓筒對焊在一起，由于多種焊接因素的影響，在焊接過程中可能會在焊接區域形成各種焊接缺陷，因此在焊接之后，需要對焊接區域的焊接缺陷進行定性、定量、定位的檢測。對于大批量生產的焊接件，這種檢測需要在線自動完成。

1 不等厚對接焊接縫特點

在不等厚薄壁筒對接焊縫進行自動檢測探傷中，該焊縫結構特點如下：

（1）筒體的壁厚較小，通常為1.6mm，而筒底焊接區厚度為

2.6mm。

（2）焊縫為不等厚對焊，筒底向左方厚度逐漸增大，幾何形狀復雜，焊道外側表面粗糙，殘留明顯的車削刀紋。

（3）筒體和筒底以及焊道金屬的化學成分不同。常見的焊縫缺陷有氣孔，夾渣，裂紋，未焊透，焊偏等形式，其中未焊透和裂紋是焊縫中危險性缺陷，它們大多與基體表面呈垂直狀態形成。文章的目的就是要解決這種不等厚薄壁筒對焊缺陷的無損檢測技術，進而利用這種技術探討鋼質藥筒焊縫缺陷在線檢測問題。對于焊縫的探傷，目前已有多種檢測手段，比較常見的有：射線檢測、渦流檢測，磁粉探傷和超聲檢測等技術。但對于這種薄壁不等厚對接的焊接方式，還沒有一種成熟的技術可供在線檢測使用。針對這種不等厚薄壁筒焊接情況進行了原理探索，在理論分析和實踐的基礎上，提出了一種水浸正交超聲檢測法。這一原理的關鍵在于針對軸向敏感缺陷采用軸向板波檢測，針對周向敏感缺陷采用周向板波檢測，從而達到對焊縫實施定性、定量和定位的在線檢測的目的。

2 試驗數據分析

2.1 測試結果

為驗證理論分析結果，分別用厚度30mm和50mm的碳鋼板制作兩組試塊進行試驗，每組四塊試樣，加工成傾角分別為10°，12°，14°和16°。按照上述方法進行試驗，在每塊試樣上測定兩個點，不同試塊上兩測試點距傾斜面起始點的距離相同，試驗結果見表1。

表1可見，隨著試塊厚度的增加，測試誤差逐漸減小；同一組試塊，隨著試塊傾斜面角度的增加，測試誤差逐漸減小。其原因主要是隨著試塊厚度和傾斜面角度的增加，減小了近場區內反射對最高反射波定位的影響及人為因素的影響。

3 誤差分析

表1理論計算與實際測量間存在一定誤差，原因主要有以下幾個方面：

3.1 與缺陷形狀、長度和方向有關

有些缺陷是有一定體積與形狀的，某一方向與波束垂直，波峰最高時并不一定代表缺陷在焊縫中的最深深度，所以以最高波定位時，往往存在一定誤差，但誤差不太大，而且通常在焊工返修時都能排除。例如本試驗中編號為4b總長1mm的未熔合缺陷，與坡口有一定角度，且超聲波主聲束呈圓錐狀，此時要根據聲束分辨出1mm的深度太難，加上人眼的分辨力影響，所以只能得到一個最高波峰值。

3.2 與儀器的精度、量具和操作人員有關

由于儀器和使用量具的精度，以及操作人員的經驗存在一定差異，不可能與理論計算的數據達到100%吻合。但從數據來看，誤差值均較小，可忽略不計。

4 缺陷波判定

4.1 缺陷波

當使用二次波探傷時，如反射波位于一次波聲程和二次波聲程之間，則測量探頭前沿至反射體的水平距離，若聲束二次波在管子內壁上的轉折點在焊縫外位于探頭一側，反射于焊縫或熱影響區內，則該反射體初步判定為缺陷。

另外，還可以按以下情況來判定缺陷波：

（1）當從焊縫兩側探傷都可發現反射波，且從兩側對反射體進行水平定位都在焊縫中心附近同一位置，則可判定為缺陷波。

（2）當從焊縫兩側探傷都可發現反射波，且從兩側對反射體進行水平定位都在靠近探頭一側的焊縫中，則可判定為缺陷波。

（3）一次波標記點附近出現的反射波，只要一側定位在靠近探頭側的焊縫中，或兩側定位都在焊縫中心線上，都可判定為缺陷波。

4.2 偽缺陷波

除以上各方法初步判定為缺陷波的反射波外，其余各種情況的反射波均可作為偽缺陷波處理。

另外因管線焊接的特殊性，以下幾種特殊情況產生的偽缺陷波較為常見，分析如下：

4.2.1 焊縫根部成形不良

焊接時，當根部余高過大或成形不規則時，易形成與未焊透根部缺陷相似的反射波形，判斷方法為：

（1）根部成形不良的反射波的聲程要略微大于一次波標記點，

而根部缺陷的反射波聲程在一次波標記點內。

（2）根部成形不良的反射波水平定位在偏離焊縫中心線遠離探頭一側，而根部缺陷的反射波水平定位在焊縫中心線上或靠近探頭一側。

4.2.2 錯口引起的反射波

野外管道焊接時因管子本身橢圓度及對口的問題，錯口存在較多，判斷方法為：

（1）當錯口出現且聲束和錯邊方位合適就會出現

錯邊反射波，此時應從焊縫另一側進行探測，由于聲束與錯邊方位不合適，將不會有反射信號。

（2）錯口處多數除產生橫波反射外，還可能因余高的存在而產生變型縱波，既顯示為山字波，此時可用沾有耦合劑的手指拍打相應的余高處，則山字波的后面兩個波將跳動，即可確認為錯口引起的反射波。

以上操作可分辨缺陷波和偽缺陷波，但仍不能對缺陷進行定性。缺陷的定性需了解各種缺陷的成因及其典型波形，結合大量的實際經驗方可進行，在這里簡要介紹各種缺陷的成因及其典型波形。

參考文獻

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關鍵詞：地質錄井設備；超聲波傳感器；技術改進

一、靶式流量傳感器在鉆井液出口流量檢測中的弊端

現場流量傳感器均采用靶式流量傳感器，該傳感器測量原理是依據出口鉆井液流量大小的變化使得出口流量管內鉆井液液面的高低起伏變化，從而帶動靶式流量傳感器的擺動把一起擺動，擺把帶動緊固在其根部的圓形滑動變阻絲不斷滑動，使滑動變阻器的輸出電阻發生瞬時變化，傳感器將可變電阻的輸出電阻的變化轉化成輸出電流的變化，在儀器上通過標定反映出所要測量出口流量的大小變化，從而實現定量檢測出口流量大小的目的。由于出口流量的變化加之架空槽坡度較大，使得出口流量液面起伏較大，所以靶式流量傳感器不停擺動，這樣傳感器電阻滑動圈由于頻繁不斷的來回滑動很容易損壞， 再者就是由于把手不斷擺動使得機械轉動部分容易磨損損壞，以及容易產生把手與滑動軸承之間松動而出現變阻絲不滑動等情況，加之傳感器安裝在高空流量管線上，這會給現場維護、維修和更換流量傳感器帶來很大的麻煩。

二、超聲波體積傳感器在鉆井液出口流量檢測中的實踐分析

超聲波體積傳感器是利用傳感器發射和接受超聲波的時間差來計算鉆井液池液面高度的原理來設計的，使用超聲波體積傳感器來測量出口架空槽內鉆井液液面的高度變化，能反應出口流量的大小變化。超聲波傳感器測量反應靈敏，精度高，不易損壞，加之安裝位置靈活，可以選擇在方便維護的位置安裝，極大地降低流量傳感器的維修次數和頻率，減小操作人員工作量，降低流量傳感器成本，提高錄井資料的質量。

靶式流量傳感器測量原理就是依據出口流量的變化導致出口管內鉆井液液面高低發生變化，從而帶動流量傳感器靶手上下擺動，形成傳感器輸出電阻變化，進而轉化成傳感器的輸出電路的變化，所以反映出了流量大小。通過分析不難看出，鉆井液流量大小變化實質上是管內液面高度的變化，而靶式流量傳感器問題之多、壽命之短能不能找個替代傳感器來取代現用的傳感器，通過上面分析，出口流量的變化其實質是出口流量管內液面高度的變化，超聲波體積傳感器就是通過傳感器檢測池內液面高度的變化來實現測量池體積的變化。因此，可以使用超聲波體積傳感器來替代靶式流量傳感器來測量出口流量的變化。

超聲波體積傳感器其測量池體積原理是利用傳感器發射和接受超聲波的時間差來計算鉆井液池液面距離傳感器探頭之間的高度的原理來設計的，進而根據液面高度與池體積的關系來反映出鉆井液池體積的變化來。依據這個原理，使用超聲波體積傳感器來測量出口架空槽內鉆井液液面的高度變化，也就是反應出口流量的大小變化。而且，超聲波傳感器反應靈敏，測量精度高，不易損壞，加之安裝位置靈活，可以選擇在方便維護的位置安裝，這樣極大地降低流量傳感器的維修次數和頻率，大大減輕現場設備操作人員的傳感器維護保養強度，降低流量傳感器成本，提高錄井資料的質量。

三、超聲波體積傳感器安裝與應用

超聲波體積傳感器主要是改造安裝傳感器的固定支架是能否用超聲波體積傳感器替代傳統靶式流量傳感器的關鍵所在。首先要做好安裝前的超聲波支架改造工作。支架焊接需要注意四面的加高鐵板一定要焊垂直，否則會影響使用后的測量效果，一旦焊接不正，很有可能造成傳感器信號不是和液面垂直，而是有一定的角度，這就會造成測量數據波動，甚至跳動，從而出現假的“流量波動信號”，給正確判斷出口流量變化造成不必要的麻煩。所以這一點一定要把握好，確保超聲波流量傳感器信號的質量。再就是開口不能太小，至少20cm*20cm，否則超聲波流量傳感器容易受到四壁的鐵板干擾而造成測量值跳動，給超聲波流量傳感器正常使用帶來很大的麻煩。另外超聲波流量傳感器安裝要求垂直于液面，并與四壁平行，確保超聲波流量傳感器使用不受干擾，其信號只反映液面高度的變化。

為確保超聲波流量傳感器固定支架改造、安裝的標準規范，要求錄井技術人員首先要準備好圖紙，在圖上標注好相關材料的大小尺寸和技術要求，最好采用標準的三維可視圖，把空間尺寸和關系交代清楚，并標上尺寸大小，和技術要求。圖紙要求規范準確，三視圖必須準確。做好圖紙后，要求反復審核，確保無誤后交付井隊施工焊接技術人員準備開始施工。在整個施工過程中，要求錄井技術人員全程協助并監督井隊焊接技術人員，從取材、四塊加高開口的鐵板割取、焊接、以及加高后焊接傳感器固定支架的平面方板，均要為工程提供準確的尺寸和技術標準。并協助鉆井焊接技術人員完成相關工作。確保超聲波流量傳感器安裝支架焊割質量、焊接質量，通過控制安裝質量來控制超聲波流量傳感器工作質量，從而盡量避免超聲波流量傳感器信號干擾，提高超聲波流量傳感器的測量準度。

在超聲波流量傳感器支架改造完成后，首先錄井技術人員進行檢查審核支架焊接的技術標準是否達到了錄井技術要求，如果發現焊接技術標準達不到錄井技術標準，立即請鉆井焊接技術人員重新整改，確保超聲波流量傳感器能夠正常的工作。安裝后，仔細觀察該傳感器工作是否正常，是否有干擾，以及可能存在的需要下次進一步完善的缺陷，并做好相關記錄，詳細記錄各方面的實際檢測數據，為分析改進超聲波傳感器在出口流量參數檢測中作用提供數據方面的詳實改進依據。

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關鍵詞：鉆桿；超聲波；探傷；自動化；研究

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.21.192

0 前言

石油鉆桿是鉆井時用于傳遞動力、輸送泥漿的主要工具，需要承受各種復雜交變的載荷，如拉、壓、扭、彎曲等應力，因此要求鉆桿具有良好的力學性能以承載鉆井過程中的各種內外應力，而其中工具接頭與管體對焊的質量更是其中的重中之重。目前國內鉆桿廠家多采用摩擦焊接的方式完成工具接頭與管體的對焊，后經過熱處理來滿足焊區的機械性能。通過磁粉探傷及超聲波探傷完成焊區及其熱影響區的質量檢驗，其中超聲波探傷更是焊區內部焊接質量的重要檢測手段，對整個石油鉆桿的生產加工具有重要意義。

1 超聲波檢測原理及國內鉆桿行業的應用現狀

目前國內主要鉆桿生產廠家均采用摩擦焊接的方式完成工具接頭和管體的焊接，焊接面高速摩擦并在壓力的作用下與待焊接面接觸，其界面及附近溫度升高，界面的氧化膜破裂，材料呈塑性狀態，通過界面的擴散和再結晶反應而實現固態焊接。焊接后通過內外飛邊的去除及焊區熱處理完成鉆桿的生產過程。而在這一過程中產生的鉆桿焊區缺陷主要由以下幾種類型：

（1）摩擦焊形成的“灰斑”缺陷，主要是因兩個摩擦焊接表面間異常區域存在很薄的平面夾饃，其存在會導致焊接表面金屬結合不良所產生。

（2）沖切內飛邊所導致的工藝缺口，主要是由于沖切內飛邊技術及工裝的缺陷導致對管體內表面的劃傷，可視作內表面裂紋。

（3）熱處理所致裂紋，鉆桿熱處理過程由于退火和回火溫度較低，很少出現缺陷，而淬火調質過程中溫度高，出現淬火裂紋的可能性較大，且主要在焊縫及熱影響區出現。

在上述缺陷的檢測及解剖驗證中，發現這些缺陷多屬于面狀、片狀，多與鉆桿表面相垂直，適合采用超聲波探傷完成其焊區及熱影響區的探傷檢測。

超聲波探傷是無損檢驗的一種，其中脈沖反射式超聲波探傷儀應用的最為廣泛。在均勻的材料中，缺陷的存在將造成材料的不連續，這種不連續往往又造成聲阻抗的不一致，超聲波在兩種不同聲阻抗的介質的交界面上將會發生反射，可以通過反射回來的能量的大小與交界面兩邊介質聲阻抗的差異進行缺陷大小位置的判定。探傷儀在主電路接通后，發射電路受觸發產生高頻電脈沖加至探頭，通過探頭中壓電晶片的逆壓電效應，激勵壓電晶片振動，發射超聲波。超聲波在管材中傳播，遇缺陷發生反射，返回探頭時，又被壓電晶片的正壓電效應轉變為電信號，經接收電路放大和調理并顯示出來。

目前國內大部分鉆桿生產廠家主要采用人工手探的方式進行鉆桿焊區及其熱影響區的超聲波探傷。在探傷過程中鉆桿進行勻速的軸向旋轉，人工手持探傷儀探頭完成鉆桿焊區的探傷作業。首先人工探傷無法保證探傷區域可以覆蓋整個焊區，其次人工探傷的效果必然受到探傷工的影響，從而導致探傷效果的不確定性，進而影響到鉆桿的整體質量檢驗效果，對鉆桿井上作業也產生了不良影響。

2 相控陣技術在鉆桿探傷的應用

自20世紀90年代中期起，超聲波相控陣技術就開始在歐、美、日用于壓力容器和壓力管道熔化焊縫的質量檢測，也用于一些重要機電設備如汽輪機葉片（根部）和渦輪圓盤等內部缺陷的檢測。

相控陣超聲波探傷法有四大特點：（1）可用計算機軟件控制聲束角度、聚焦距離和 焦點尺寸；（2）可用單個小型的電控多元探頭在同一位置作多角度檢測；（3）可對復雜的幾何形狀進行檢測，其機動、靈活性較大；（4）配置機械夾具，可對整個試件作高速、全面掃查。相控陣靠相控陣探頭的電子掃描， 可使超聲波束任意設定偏向角和聚焦深度， 能使探傷條件最佳化，而且由于探傷圖像可視化，有實時檢出缺陷、評定缺陷的優點。

用相控陣探頭對焊縫作橫波斜探傷時，無需像普通單探頭那樣在焊縫兩側頻繁地來回前后移動，而是進行焊縫長度方向的全體積掃查。其探傷范圍可以根據產品需要進行調整，以達到完美覆蓋探傷區域的目的。但相控陣技術在國內鉆桿行業使用較少，設備價格及維護費用較高，目前僅上海寶鋼的鉆桿廠家使用該種方式進行焊區超聲波探傷。

3 伺服系統在超聲波探傷中的應用

隨著電機理論、永磁材料、電力電子技術、控制理論和計算機技術的驚人發展，交流伺服系統的研究和應用，自20世紀70年代末以來，取得了舉世矚目的進展，已具備有寬調速范圍、高穩速精度、快動態響應及四象限運行等良好的技術性能。通過螺旋、曲柄連桿、肘桿或其它機構將電機的旋轉運動轉化為滑塊所需的直線運動。不但可以保持機械驅動的種種優點，而且改變了其工作特性不可調的缺點，使機械驅動的成形裝備也具有了柔性化、智能化的特點，工作性能和工藝適應性大大提高。

利用伺服系統完成超聲波探傷探頭行走的控制，可以完成探頭行走的速度、距離控制，以達到完成整個探傷過程的全控制。同時利用伺服系統的柔性化特點，可以使得探頭行走更加平穩，大大提高了探傷效果。

4 基于伺服系統的超聲波探傷設備優點及發展前景

4.1 探傷全面覆蓋焊區

通過伺服系統的控制，可以實現探頭在探傷過程中勻速行走，同時具備調整探頭行走速度的功能，通過速度調整結合鉆桿自身軸向旋轉速度，計算出探頭行駛的最佳速度，保證探傷區域的全覆蓋。同時利用伺服系統可以完美控制探傷行走距離，適應各種規格鉆桿的焊區超聲波探傷。

4.2 生產流程自動化

利用伺服系統，可以完成鉆桿超聲波探傷的自動化設計，大大提高了生產效率，大幅降低了因人為因素導致的漏檢、誤判等情況。

4.3 提高探傷效果

利用伺服系統控制柔性化的特點，使探頭行走勻速平穩，同時利用輔助的減震系統，大大降低了鉆桿旋轉過程中產生的震動對探傷檢測的影響。提高了探傷效果，

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【關鍵詞】超聲波；傳感；控制

一、超聲波的特性

超聲波是一種機械波，是機械振動在介質中的傳播過程。超聲波的頻率是20KHZ至50KHZ，而應用于材料檢測的超聲波頻率在0.5MHZ至25MHZ之間，應用于金屬材料檢測的超聲波頻率為1MHZ至5MHZ。超聲波因為頻率高，波長短，指向性強，因此在傳播過程中有一些應用性較高的特性。指向性：聲源發出的超聲波在一定區域定向輻射，超聲波在傳播時具有束射性，這種特性就是指向性。（1）直線性：超聲波的波長在毫米數量級，波長較短，所以在介質中能沿直線傳播，而且對固定介質來說傳播速度為常數。（2）反射、折射與波形轉換：超聲波在傳播時，如果遇到不同的介質界面，因為介質彈性差異大，在界面上會產生反射。如果超聲波傾斜入射到不同介質的界面，進入介質的聲波將發生折射，且在一定條件下會產生波形轉換。穿透能力強：在多數介質尤其是金屬介質中，超聲波的傳輸損失少，傳播的距離遠，穿透能力很強。

二、超聲波產生的原理

聲波是物體機械振動狀態或能量的傳播形式。所謂振動是指物質的質點在其平衡位置附近進行的往返運動形式。超聲波是指振動頻率大于20000HZ以上的，其每秒的振動次數甚高，超出人耳聽覺上限的聲波。如圖1。

三、超聲波的產生方法

聲波的主要產生方法有熱學方法、電動方法、磁致伸縮法（用于焊接、檢測）、機械法（高壓氣流經過小孔）、壓電法（用于測控）。其中壓電法最常用。

四、超聲波傳感器

超聲波傳感器是由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、引線、金屬外殼、金屬網以及底座構成。超聲波傳感器是利用壓電效應工作的，振子用壓電陶瓷制成，共振錐形輻射喇叭可以提高靈敏度，當處于發射狀態時，外加共振頻率的激勵電壓能產生產生超聲波；當處于接受狀態時，能很靈敏的探測到共振的超聲波。

五、超聲波控制技術

超聲波遙感 超聲波遙控系統由超聲波發射電路和超聲波接受電路組成。發射電路又分為由555時基電路構成的發射電路和由專用電路NYRKD40T構成的發射電路；超聲波接受電路由分立元件構成的超聲波接收電路和有專用的集成電路構成的超聲波接收電路構成。超聲波遙控開關 超聲波控制電路時不受電場的干擾，也不會干擾其他的無線電設備。簡單的單通道超生遙控開關由發射機和接收機兩部分組成。發射機發出超聲波被接收機接收后，進行放大，然后推動繼電器工作，達到遙控目的。超聲波數字測距儀 超聲波數字測距儀由時鐘電路、微分整形電路、超聲波發射電路、接收放大電路、RS觸發器以及計數與顯示電路組成。時鐘電路向整個測距儀提供基準始終，調節各部分工作。超聲波發射電路發射超聲波頻率為40KHZ，每次發射包含10個脈沖。超聲波數字測距儀的工作原理：當發出第一個超聲波脈沖時，RS觸發器置位，RS觸發器使計數顯示電路開始計數，在檢測到第一個返回脈沖時，RS觸發器復位，計數器停止計數，并將計數器記錄的脈沖換算成長度顯示出來。一般的超聲波數字測距儀能測量的距離為0～5米。精確度約為2%。

六、總結

近年來，超聲波技術的發展迅速， 超聲波技術的應用領域越來越廣泛，超聲波傳感控制技術的應用不僅解決了很多技術上的難題，而且緩解了原來生產技術帶來的環境壓力。超聲波超聲波傳感技術有很好的發展前景。

參考文獻

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根據聲波的振動頻率。聲波可分為次聲波、可聽聲和超聲波(如圖1)_我們把頻率高于20000Hz的聲波叫做超聲波，頻率低于20Hz的聲波叫做次聲波，下面我們一起認識一下神奇的超聲波。

科學家們通過研究發現，蝙蝠是利用超聲波來定位的，蝙蝠在飛行的方向上發出短促的超聲波，如遇到障礙物或昆蟲，超聲波就會被反射回來，蝙蝠的耳朵接受到這些回波后，進行判別，就能躲避障礙物或捕捉小昆蟲了(如圖2)，在自然界除了蝙蝠能發出和聽到超聲波外，還有海豚、蟋蟀、螞蚱、老鼠等也有這樣的“本領”，

由于超聲波的頻率高。因此它具有以下特點及應用：

1，方向性好，幾乎沿直線傳播，在碰到雜質或介質分界面時會有顯著的反射，這是因為超聲波的頻率高，波長短，能量較為集中，根據回聲到來的方位和時間，可以確定目標的位置和距離，聲吶就是利用了超聲波的這一特性，聲吶向水中發射各種形式的聲信號，碰到需要定位的目標時產生反射波，接收反射波后進行信號分析與處理，排除干擾。從而顯示出目標所在的方位和距離，利用聲吶可以進行水中測量與觀察，利用聲吶還可以發現潛艇和魚群。測繪海底形狀等。

2，穿透能力強，超聲波能穿透許多電磁渡所不能穿透的物質，在一些不透明的固體中能穿透幾十米的厚度，在液體和固體中傳播時衰減很小，這就使得超聲波成了探傷、定位的重要工具、把超聲波射入人體，可根據人體組織對趣聲波的傳導和反射能力的變化來判斷有無異常，如醫院里常用B超、A超、M超對病人進行檢查，這種檢查對人體無損傷、無放射性。操作也很簡單方便。

3，易于獲得較集中的聲能。超聲波由于頻率高，因而能量大，而且又因為它的衍射小，所以很容易會聚，使能量非常密集，這樣，超聲波可用來對硬質材料作切削、鑿孔加工以及用來清洗、焊接等，超聲波能使工件表面的污垢微粒受到劇烈振動而自動脫離工件。達到清洗的目的，如超聲波清洗機，超聲波還能使塑料膜之間摩擦生熱，粘合在一起，如超聲波焊接器，利用超聲波的巨大能量還能把人體內的結石擊碎。

超聲波除了以上這些特點與應用外。人們還利用超聲波制成了超聲波速度測定器、超聲波金屬探傷儀和超聲波加濕器，

1842年。物理學家多普勒帶著女兒在鐵道旁散步時發現：如果聲源一直在移動，那么，在聲源前方的聲波會被“擠壓”而變密，而在聲源后方的聲波會被“拉長”而變疏，當聲波變密時，引起鼓膜每秒振動的次數增多，你就會感到音調變高；反之則音調變低，人們把這一現象叫做多普勒效應。

利用超聲波的多普勒效應，可制成速度測定器(目前交警多數是利用紅外線產生的多普勒效應測定車輛速度的)。