有一种用于金属设备，准确的说是压力容器“无损检测技术”[论文关键词]压力容器 无损检测 新技术 [论文摘要]介绍当前压力容器制造和使用过程中所采用的无损检测技术，包括射线、超声、磁粉、渗透等常规技术和声发射、磁记忆等新技术，并论述他们的工作原理、优缺点和应用范围。 一、引言 随着现代工业的发展，对产品质量和结构安全性，使用可靠性提出越来越高的要求，由于无损检测技术具有不破坏试件，检测灵敏度高等优点，所以其应用日益广泛。目前对压力容器的检测方法有多种，本文主要介绍无损检测的常用技术如射线、超声、磁粉和渗透及新技术如声发射、磁记忆等。 二、无损检测方法 现代无损检测的定义是：在不损坏试件的前提下，以物理或化学方法为手段，借助先进的技术和设备器材，对试件的内部及表面的结构，性质，状态进行检查和测试的方法。 （一）射线检测 射线检测技术一般用于检测焊缝和铸件中存在的气孔、密集气孔、夹渣和未融合、未焊透等缺陷。另外，对于人体不能进入的压力容器以及不能采用超声检测的多层包扎压力容器和球形压力容器多采用Ir或Se等同位素进行γ射线照相。但射线检测不适用于锻件、管材、棒材的检测。 射线检测方法可获得缺陷的直观图像，对长度、宽度尺寸的定量也比较准确，检测结果有直观纪录，可以长期保存。但该方法对体积型缺陷（气孔、夹渣）检出率高，对体积型缺陷（如裂纹未熔合类），如果照相角度不适当，容易漏检。另外该方法不适宜较厚的工件，且检测成本高、速度慢，同时对人体有害，需做特殊防护。 （二）超声波检测 超声检测（Ultrasonic Testing，UT）是利用超声波在介质中传播时产生衰减，遇到界面产生反射的性质来检测缺陷的无损检测方法。 超声检测既可用于检测焊缝内部埋藏缺陷和焊缝内表面裂纹，还用于压力容器锻件和高压螺栓可能出现裂纹的检测。 该方法具有灵敏度高、指向性好、穿透力强、检测速度快成本低等优点，且超声波探伤仪体积小、重量轻，便于携带和操作，对人体没有危害。但该方法无法检测表面和近表面的延伸方向平行于表面的缺陷，此外，该方法对缺陷的定性、定量表征不准确。 （三）磁粉检测 磁粉检测（Magnetic Testing，MT）是基于缺陷处漏磁场与磁粉相互作用而显示铁磁性材料表面和近表面缺陷的无损检测方法。 在以铁磁性材料为主的压力容器原材料验收、制造安装过程质量控制与产品质量验收以及使用中的定期检验与缺陷维修监测等及格阶段，磁粉检测技术用于检测铁磁性材料表面及近表面裂纹、折叠、夹层、夹渣等方面均得到广泛的应用。 磁粉检测的优点在于检测成本低、速度快，检测灵敏度高。缺点在于只适用于铁磁性材料，工件的形状和尺寸有时对探伤有影响。 （四）渗透检测 渗透检测（PenetrantTest，PT）是基于毛细管现象揭示非多孔性固体材料表面开口缺陷，其方法是将液体渗透液渗入工件表面开口缺陷中，用去除剂清除多余渗透液后，用显像剂表示出缺陷。 渗透检测可有效用于除疏松多孔性材料外的任何种类的材料，如钢铁材料、有色金属材料、陶瓷材料和塑料等材料的表面开口缺陷。随着渗透检测方法在压力容器检测中的广泛应用，必须合理选择渗透剂及检测工艺、标准试块及受检压力容器实际缺陷试块，使用可行的渗透检测方法标准等来提高渗透检测的可靠性。该方法操作简单成本低，缺陷显示直观，检测灵敏度高，可检测的材料和缺陷范围广，对形状复杂的部件一次操作就可大致做到全面检测。但只能检测出材料的表面开口缺陷且不适用于多孔性材料的检验，对工件和环境有污染。渗透检测方法在检测表面微细裂纹时往往比射线检测灵敏度高，还可用于磁粉检测无法应用到的部位。 （五）声发射检测 声发射（Acoustic Emission,AE）是指材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性波形式释放出应变能的现象。而弹性波可以反映出材料的一些性质。声发射检测就是通过探测受力时材料内部发出的应力波判断容器内部结构损伤程度的一种新的无损检测方法。 压力容器在高温高压下由于材料疲劳、腐蚀等产生裂纹。在裂纹形成、扩展直至开裂过程中会发射出能量大小不同的声发射信号，根据声发射信号的大小可判断是否有裂纹产生、及裂纹的扩展程度。 声发射与X射线、超声波等常规检测方法的主要区别在于它是一种动态无损检测方法。声发射信号是在外部条件作用下产生的，对缺陷的变化极为敏感，可以检测到微米数量级的显微裂纹产生、扩展的有关信息，检测灵敏度很高。此外，因为绝大多数材料都具有声发射特征，所以声发射检测不受材料限制，可以长期连续地监视缺陷的安全性和超限报警。 （六）磁记忆检测 磁记忆(Metal magnetic memory, MMM)检测方法就是通过测量构件磁化状态来推断其应力集中区的一种无损检测方法，其本质为漏磁检测方法。 压力容器在运行过程中受介质、压力和温度等因素的影响，易在应力集中较严重的部位产生应力腐蚀开裂、疲劳开裂和诱发裂纹，在高温设备上还容易产生蠕变损伤。磁记忆检测方法用于发现压力容器存在的高应力集中部位，它采用磁记忆检测仪对压力容器焊缝进行快速扫查，从而发现焊缝上存在的应力峰值部位，然后对这些部位进行表面磁粉检测、内部超声检测、硬度测试或金相组织分析，以发现可能存在的表面裂纹、内部裂纹或材料微观损伤。 磁记忆检测方法不要求对被检测对象表面做专门的准备，不要求专门的磁化装置，具有较高的灵敏度。金属磁记忆方法能够区分出弹性变形区和塑性变形区，能够确定金属层滑动面位置和产生疲劳裂纹的区域，能显示出裂纹在金属组织中的走向，确定裂纹是否继续发展。是继声发射后第二次利用结构自身发射信息进行检测的方法，除早期发现已发展的缺陷外，还能提供被检测对象实际应力---变形状况的信息，并找出应力集中区形成的原因。但此方法目前不能单独作为缺陷定性的无损检测方法，在实际应用中，必须辅助以其他的无损检测方法。
摘要]本文主要介绍了超声波的特点,超声波传感器的原理与应用等多个方面。文中阐述了超声波与可听声波的区别,超声波传感器在医疗,工业生产,液位测量,测距系统等多个领域中得到了广泛的应用。因超声波具有的独特的特性,使得超声波传感器越来越在生产生活中体现了其重要性,具有一定的研究价值。 [关键词]超声波 传感器 疾病诊断 测距系统 液位测量 一、超声波传感器概述 1.超声波 声波是物体机械振动状态的传播形式。超声波是指振动频率大于20000Hz以上的声波,其每秒的振动次数很高,超出了人耳听觉的上限,人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,有两种形式:横向振荡(横波)及纵向振荡(纵波)。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播,其传播速度不同。另外,它也有折射和反射现象,并且在传播过程中有衰减。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律,与可听声波的规律并没有本质上的区别。与可听声波比较,超声波具有许多奇异特性:传播特性──超声波的衍射本领很差,它在均匀介质中能够定向直线传播,超声波的波长越短,这一特性就越显著。功率特性──当声音在空气中传播时,推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。在相同强度下,声波的频率越高,它所具有的功率就越大。由于超声波频率很高,所以超声波与一般声波相比,它的功率是非常大的。空化作用──当超声波在液体中传播时,由于液体微粒的剧烈振动,会在液体内部产生小空洞。这些小空洞迅速胀大和闭合,会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用,从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用,会使液体的温度骤然升高,从而使两种不相溶的液体(如水和油)发生乳化,并且加速溶质的溶解,加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。 超声波的特点:(1)超声波在传播时,方向性强,能量易于集中;(2)超声波能在各种不同媒质中传播,且可传播足够远的距离;(3)超声波与传声媒质的相互作用适中,易于携带有关传声媒质状态的信息(诊断或对传声媒质产生效应)。 2.超声波传感器 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。以超声波作为检测手段,必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯上称为超声换能器,或者超声探头。 超声波探头主要由压电晶片组成,既可以发射超声波,也可以接收超声波。超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。超声波传感器主要材料有压电晶体(电致伸缩)及镍铁铝合金(磁致伸缩)两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅(PZT)等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器,它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波,同时它接收到超声波时,也能转变成电能,所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送,也能作接收。 超声波传感器由发送传感器(或称波发送器)、接收传感器(或称波接收器)、控制部分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷振子换能器组成,换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中幅射;而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成,换能器接收波产生机械振动,将其变换成电能量,作为传感器接收器的输出,从而对发送的超进行检测。控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。二、超声波传感器的应用 1.超声波距离传感器技术的应用 超声波传感器包括三个部分:超声换能器、处理单元和输出级。首先处理单元对超声换能器加以电压激励,其受激后以脉冲形式发出超声波,接着超声换能器转入接受状态,处理单元对接收到的超声波脉冲进行分析,判断收到的信号是不是所发出的超声波的回声。如果是,就测量超声波的行程时间,根据测量的时间换算为行程,除以2,即为反射超声波的物体距离。把超声波传感器安装在合适的位置,对准被测物变化方向发射超声波,就可测量物体表面与传感器的距离。超声波传感器有发送器和接收器,但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化,即在发射超声波的时候,将电能转换,发射超声波;而在收到回波的时候,则将超声振动转换成电信号。 2.超声波传感器在医学上的应用 超声波在医学上的应用主要是诊断疾病,它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是:对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。 3.超声波传感器在测量液位的应用 超声波测量液位的基本原理是:由超声探头发出的超声脉冲信号,在气体中传播,遇到空气与液体的界面后被反射,接收到回波信号后计算其超声波往返的传播时间,即可换算出距离或液位高度。超声波测量方法有很多其它方法不可比拟的优点:(1)无任何机械传动部件,也不接触被测液体,属于非接触式测量,不怕电磁干扰,不怕酸碱等强腐蚀性液体等,因此性能稳定、可靠性高、寿命长;(2)其响应时间短可以方便的实现无滞后的实时测量。 4.超声波传感器在测距系统中的应用 超声测距大致有以下方法:①取输出脉冲的平均值电压,该电压 (其幅值基本固定)与距离成正比,测量电压即可测得距离;②测量输出脉冲的宽度,即发射超声波与接收超声波的时间间隔 t,故被测距离为 S=1/2vt。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。超声波测距适用于高精度的中长距离测量。 三、小结 文章主要从超声波与可听声波相比所具有的特性出发,讨论了超声波传感器的原理与特点,并由此总结了超声波传感器在生产生活各个方面的广泛应用。但是,超声波传感器也存在自身的不足,比如反射问题,噪声问题的等等。因此对超声波传感器的更深一步的研究与学习,仍具有很大的价值。 参考文献: [1]单片机原理及其接口技术.清华大学出版社. [2]栗桂凤,周东辉,王光昕.基于超声波传感器的机器人环境探测系统.2005,(04). [3]童敏明,唐守锋.检测与转换技术.中国矿业大学出版社. [4]王松,郑正奇,邹晨祎.超声定位车辆路径监测系统的设计.2006,(10). [5]俞志根,李天真,童炳金.自动检测技术实训教程.清华大学出版社. 转贴于 中国论文下载中心
道路桥梁，一般由路基、路面、桥梁、隧道工程和交通工程设施等几大部分组成。下面是我精心推荐的一些道路桥梁工程技术论文题目，希望你能有所感触! 道路桥梁工程技术论文题目篇一 1、论石灰土稳定天然砂砾路面基层的应用 2、二灰碎石基层的施工及质量控制 3、公路路堑边坡防护技术研究 4、强法处理湿陷性黄土路基工艺 5、浅谈高等级公路沥青砼路面机械化施工的几个方面 6、沥青混凝土混合料的组成设计 7、沥青混凝土场拌质量控制 8、石灰稳定的施工与病害防治 9、冲击压实技术在路基工程中的应用 10、浅析场拌二灰砂砾参破碎砾石质量控制 11、骨架密实型二灰碎石基层修筑技术研究 12、水泥稳定碎石基层收缩裂缝防治 13、解决高速公路桥头跳车的理论与施工 14、公路桥面铺装早期破坏原因及治理方法 15、市政工程现场施工与质量管理 16、关于风积沙路基施工的论述 17、论改性沥青路面施工技术 18、石质路堑路床整修带来的思考 19、二灰土底基层的施工 20、二灰碎石基层的施工 21、市政道路工程质量通病及防治 22、土工合成材料的应用 23、土方量计算方法 24、高填方路基沉降变形规律研究 25、公路路基压实质量控制 26、公路路基沉陷的处理技术 27、软土地基的加固措施 28、浅谈填石路堤的施工技术 29、路拌法水泥石灰综合稳定土的施工质量控制 30、SMA混合料的施工质量控制 31、粉喷桩在高填方软土地基中的应用 32、公路边坡植被防护技术 33、浅析滑坡形成机理及防治措施 34、大孔隙沥青混凝土路面 35、农村公路薄层水泥混凝土路面探析 36、喷播边坡防护技术初探 道路桥梁工程技术论文题目篇二 道路桥梁工程检测技术 摘要：道路桥梁工程检测技术的应用和探索，不仅能够起到保证桥梁运行安全、延长桥梁使用寿命的作用，还能通过对桥梁病害的及早发现，规避因整顿大修、关闭交通所带来的重大损失。介绍道路桥梁外观病害分析方法，总结几种道路桥梁的检测技术，可为相关检测工作提供参考。 关键词：道路桥梁 检测技术 外观检测 0、引言 近几年来，受车祸、超载和养护不当等人为因素，以及地震、洪水等自然因素的影响，道路桥梁出现了各种各样的关于其结构损伤、病害的问题，缩短了其使用寿命，为保证道路桥梁的运营安全，需要对其进行检测。道路桥梁检测技术应运而生，并快速发展起来。 1、当前道路桥梁在使用中常出现的问题 道路桥梁在使用过程中会出现各种问题， 导致道路桥梁的安全性遭到破坏。 当前， 道路桥梁病害原因大致分为以下几类： a) 缺乏科学合理的设计方案， 导致不明确的工程施工规划; b)在道路桥梁试运行期间或者试运行以后， 道路桥梁出现比较严重的病害， 从而在很大程度上影响道路桥梁的承载能力; c)道路桥梁在施工过程中 ，没有按照规范进行， 导致施工质量较差， 使工程完工时没有达到工程预先的设计要求; d)有些桥梁在施工建设时的施工质量比较好， 在试运行期间也达到了良好的状态要求， 但是在运行一段时间以后桥梁的承载能力达不到要求; e)对于大跨度桥梁的检测工作可能会存在检测不到位现象， 导致桥梁出现安全隐患， 这类桥梁需要更加高深的检测技术， 而现阶段我国的检测方式还不能达到要求。 2、道路桥梁外观病害分析法 2.1根据部位逐一进行检测 道路桥梁的结构组成可以分为上部、 下部以及其余附属结构。 鉴于不同的结构部位有不同的受力特征， 不同部位也会发生具有一些共性的病害， 对于出现的非常规病害， 检测人员要仔细 研究其病害发生原因， 同时按照不同部位发生的病害程度进行相应的质量评估， 然后更换损坏部件以维持正常运行。 2.2根据受力特征确定检测重点 通常情况下， 可以根据桥梁的类型确定检测重点， 这些重点主要集中在跨中区域的裂缝、 剪力缝、 挠度、 桥梁主梁连接部位的安全情况以及道路桥梁的外观质量等。 2.3对材料特性进行检测调查 随着新技术、 新产品的不断发展和桥梁结构日益多样化， 越来越多的材料和设计应用到桥梁的结构建设中来， 其中使用最广的仍然是钢筋和混凝土结构。 其中钢筋的强度常常是以设计施工中的相关资料为依据的， 检测人员如果发现钢筋质量出现问题或者资料不明确， 在施工前要采取一定的措施进行相关问题的材料试验。 2.4内部缺陷检测 在道路桥梁的混凝土构架中， 常常出现碎裂、 蜂窝、 分层、环境侵蚀以及钢筋锈蚀等缺陷， 如果单单靠外观检测不能及时发现这些缺陷， 因此要借助于其他的检测技术进行相关检测。 当前常用的桥梁检测方法有雷达检测技术、 声波检测法以及超声波探伤法。 2.5结构性能检测 在完成道路桥梁进行整体评价以后， 要根据相关的技术规范进行相应的验算工作， 在验算过程中的相关技术参数要以实际桥梁为准。 验算完成后， 对于未达到规范要求的桥梁可以考虑重建， 对于相对可以利用的可以进行更深一步的鉴定检测。 2.6桥梁钢筋锈蚀测评 由于混凝土的密实度、 碳化深度、 含水量以及保护层厚度不足或者开裂损伤等原因而导致钢筋锈蚀的， 可以通过外观检测、敲击检查等简单易行的操作对钢筋锈蚀程度进行检测。 3、道路桥梁检测技术 3.1超声波检测技术 超声法检测道路桥梁缺陷的基本原理是利用超声波检测仪以及声波换能器， 测量并分析超声脉冲在道路桥梁中的传播速度、波幅、 主频率等参数， 然后以这些参数以及相应的变化为依据，判断道路桥梁出现的缺陷。 3.2地质雷达检测技术 地质雷达技术又称探测雷达技术， 是一种高精度、 无损检测、 直观、 经济快速的高科技检测技术。 该技术主要通过地质雷达向物体内部发射高频电磁波，然后接受由物体产生的相应反射来判断物体内部的情况。 地质雷达技术是一项精度较高的物理探测技术， 主要应用于工程地质、地基工程、 文物考古、 道路桥梁以及混凝土结构探伤等检测领域。 利用地质雷达仪器进行检测的主要流程为： a)检测人员利用笔记本电脑对控制单元发出指令信息; b) 控制单元在接受指令以后， 向发射天线和接收天线发射出信号; c)当发射触发信号以后， 向地面发射高频电磁波; d)当探测位置为不均匀介质时， 电磁波就会遇到不同电性的目标和界面， 导致部分电磁波被反射回地面， 然后接收天线接收信号， 并以数据的形式传到控制单元， 返回到笔记本中， 以图像的形式显现出来; e) 通过对图像进行分析处理， 就可以检测出被检测物的内部情况。 3.3声发射法检测技术 由于材料内部结构不均匀或者存在不同性质的缺陷， 局部应力的集中会导致不稳定的应力分布， 材料在产生裂缝、 发生塑性变形以及断裂过程中， 会释放出部分应力， 使之以应力波的形式向四周扩散， 即为声发射。 道路桥梁中的混凝土结构在荷载作用下发生变形， 当变形超出设计要求时， 就会出现裂纹，以波的形式释放能量。 运用声发射法对道路桥梁进行检测时， 将声发射器放置在需要检测的部位， 通过检测不同位置收到的声波时间差， 就可以明确缺陷的发生位置。 运用声波发射法进行检测可以详细、 准确、 快速地了解桥梁内部结构的变化。 在分析研究缺陷位置以后， 裂纹的种类、大小、 开裂速度等都可以比较详细地分析出来。 由于此种检测方法容易受到周围噪声的影响， 会导致检测精度的下降; 另一方面， 此种方法是利用道路桥梁内部缺陷，因此可以进行连续的动态检测。 3.4冲击回波法检测技术 冲击回波法检测技术是检测仪器通过机械冲击器向被检测物体表面发送应力脉冲波， 当压缩波在物体内传播遇到内部缺陷时， 冲击波就不能穿透而发生反射， 当波速固定且选择正确的冲击器时， 就可以通过测试准确地测得缺陷位置， 即便没有缺陷也可以测得物体的厚度。 冲击回波法检测技术常为单面反射测试技术， 在检测完一点以后就可以判断出此处是否有损伤， 因此该方法具有方便、 快捷， 测试结果比较直观的优点。此方法广泛应用于道路桥梁混凝土或者混凝土结构内部裂纹等缺陷的测定。 另一方面， 此种方法虽然检测简单， 但属于单点测量， 其检测的结果存在不全面的缺点， 实际应用也比较少。 3.5红外热像检测技术 红外线热像检测技术就是运用红外线热像探测仪器检测物体各部分发出的红外线能量， 然后根据物体表面温度场分布情况，直观地显示物体材料及结构上存在的不连续缺陷。 红外热像检测技术是非接触性无损检测技术。 红外热像检测技术具有以下优点： a)红外热像检测技术的探测焦距可以从20cm到无穷远， 因此更加适合具有非接触性及大范围性无损检测; b)红外热像探测仪只对红外线产生反应， 因此只要道路桥梁的温度高于零度， 就可以用红外热像检测技术进行检测; c)由于红外热像检测仪可以取得很高的检测精度， 其温度分辨率可以达到0.1℃; d)检测模式更加灵活， 其摄像速度从1～30帧/s之间变化， 既适合静态检测又适合动态检测。 4、结语 对于道路桥梁进行相关内容的检测已经成为了目前道路桥梁日常维护管理过程中重要的组成部分之一。所以必须建立一套适用于道路桥梁试验相关的检测系统，并且实现对道路桥梁使用安全有效的保障，并且还需要具有一定的系统性以及智能化，这样就要求了相关的工作人员本身必须拥有较为丰富的实践经验，与此同时还必须对相关的理论知识有一个详细的了解，积极有效地将理论实际进行有效的集合，并且对每一项具体的检测数据进行有效地获取、分析，并且对整个道路桥梁进行准确细致的评估，同时及时有效地将安全隐患进行消除。 看了“道路桥梁工程技术论文题目”的人还看： 1. 道路桥梁工程技术论文 2. 道路桥梁工程论文 3. 道路桥梁施工技术论文 4. 道路桥梁工程检测技术论文 5. 道路桥梁论文范文
对于教学工作，我相信只有热爱才能做好，这份热爱不只是对工作，更重要的是对学生。因此从2000年任教以来，坚持在尊重和爱护的基础上严格执行教学计划，认真组织教学，及时辅导答疑，同时不断认真学习相关专业知识，加快知识更新，努力提高自己的理论水平和业务技术水平，取得良好的教学效果。先后在河北大学举办的2001年青年教师教学大赛中荣获一等奖；在质量技术监督学院2008年举办的多媒体课件比赛中荣获三等奖；在质量技术监督学院2011年举办的教学比赛中荣获二等奖。在河北大学2009年度年终考核中被评为优秀。在科研工作方面，先后发表的论文有（第一作者）：1、金属腐蚀声发射信号小波去噪, 河北大学学报,2010（9）；2、基于工业设备裂纹声发射信号的小波分析, 中国青年科技,2008（12）；3、嵌入式操作系统及其特点，中国仪器仪表，2004（11）。主持及参与研究的课题有：河北大学自然科学基金资助项目:《临氢设备声发射检测技术研究》，2008-2010年。国家科技支撑计划课题：《大型高参数高危险性成套装置长周期运行安全保障关键技术研究及工程示范》，2006-2008年；河北大学自然科学基金资助项目:《基于WEB的面向产品开发过程的汽车PDM系统的研究uyu开发》，2008-2010年。参与编写教材一部：流体力学基础， 中国计量出版社，2003年。
摘要]本文主要介绍了超声波的特点,超声波传感器的原理与应用等多个方面。文中阐述了超声波与可听声波的区别,超声波传感器在医疗,工业生产,液位测量,测距系统等多个领域中得到了广泛的应用。因超声波具有的独特的特性,使得超声波传感器越来越在生产生活中体现了其重要性,具有一定的研究价值。 [关键词]超声波 传感器 疾病诊断 测距系统 液位测量 一、超声波传感器概述 1.超声波 声波是物体机械振动状态的传播形式。超声波是指振动频率大于20000Hz以上的声波,其每秒的振动次数很高,超出了人耳听觉的上限,人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,有两种形式:横向振荡(横波)及纵向振荡(纵波)。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播,其传播速度不同。另外,它也有折射和反射现象,并且在传播过程中有衰减。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律,与可听声波的规律并没有本质上的区别。与可听声波比较,超声波具有许多奇异特性:传播特性──超声波的衍射本领很差,它在均匀介质中能够定向直线传播,超声波的波长越短,这一特性就越显著。功率特性──当声音在空气中传播时,推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。在相同强度下,声波的频率越高,它所具有的功率就越大。由于超声波频率很高,所以超声波与一般声波相比,它的功率是非常大的。空化作用──当超声波在液体中传播时,由于液体微粒的剧烈振动,会在液体内部产生小空洞。这些小空洞迅速胀大和闭合,会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用,从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用,会使液体的温度骤然升高,从而使两种不相溶的液体(如水和油)发生乳化,并且加速溶质的溶解,加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。 超声波的特点:(1)超声波在传播时,方向性强,能量易于集中;(2)超声波能在各种不同媒质中传播,且可传播足够远的距离;(3)超声波与传声媒质的相互作用适中,易于携带有关传声媒质状态的信息(诊断或对传声媒质产生效应)。 2.超声波传感器 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。以超声波作为检测手段,必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯上称为超声换能器,或者超声探头。 超声波探头主要由压电晶片组成,既可以发射超声波,也可以接收超声波。超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。超声波传感器主要材料有压电晶体(电致伸缩)及镍铁铝合金(磁致伸缩)两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅(PZT)等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器,它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波,同时它接收到超声波时,也能转变成电能,所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送,也能作接收。 超声波传感器由发送传感器(或称波发送器)、接收传感器(或称波接收器)、控制部分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷振子换能器组成,换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中幅射;而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成,换能器接收波产生机械振动,将其变换成电能量,作为传感器接收器的输出,从而对发送的超进行检测。控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。二、超声波传感器的应用 1.超声波距离传感器技术的应用 超声波传感器包括三个部分:超声换能器、处理单元和输出级。首先处理单元对超声换能器加以电压激励,其受激后以脉冲形式发出超声波,接着超声换能器转入接受状态,处理单元对接收到的超声波脉冲进行分析,判断收到的信号是不是所发出的超声波的回声。如果是,就测量超声波的行程时间,根据测量的时间换算为行程,除以2,即为反射超声波的物体距离。把超声波传感器安装在合适的位置,对准被测物变化方向发射超声波,就可测量物体表面与传感器的距离。超声波传感器有发送器和接收器,但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化,即在发射超声波的时候,将电能转换,发射超声波;而在收到回波的时候,则将超声振动转换成电信号。 2.超声波传感器在医学上的应用 超声波在医学上的应用主要是诊断疾病,它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是:对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。 3.超声波传感器在测量液位的应用 超声波测量液位的基本原理是:由超声探头发出的超声脉冲信号,在气体中传播,遇到空气与液体的界面后被反射,接收到回波信号后计算其超声波往返的传播时间,即可换算出距离或液位高度。超声波测量方法有很多其它方法不可比拟的优点:(1)无任何机械传动部件,也不接触被测液体,属于非接触式测量,不怕电磁干扰,不怕酸碱等强腐蚀性液体等,因此性能稳定、可靠性高、寿命长;(2)其响应时间短可以方便的实现无滞后的实时测量。 4.超声波传感器在测距系统中的应用 超声测距大致有以下方法:①取输出脉冲的平均值电压,该电压 (其幅值基本固定)与距离成正比,测量电压即可测得距离;②测量输出脉冲的宽度,即发射超声波与接收超声波的时间间隔 t,故被测距离为 S=1/2vt。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。超声波测距适用于高精度的中长距离测量。 三、小结 文章主要从超声波与可听声波相比所具有的特性出发,讨论了超声波传感器的原理与特点,并由此总结了超声波传感器在生产生活各个方面的广泛应用。但是,超声波传感器也存在自身的不足,比如反射问题,噪声问题的等等。因此对超声波传感器的更深一步的研究与学习,仍具有很大的价值。 参考文献: [1]单片机原理及其接口技术.清华大学出版社. [2]栗桂凤,周东辉,王光昕.基于超声波传感器的机器人环境探测系统.2005,(04). [3]童敏明,唐守锋.检测与转换技术.中国矿业大学出版社. [4]王松,郑正奇,邹晨祎.超声定位车辆路径监测系统的设计.2006,(10). [5]俞志根,李天真,童炳金.自动检测技术实训教程.清华大学出版社. 转贴于 中国论文下载中心
随着超声医学专业的迅速发展 ,对超声医学教育提出了许多新的要求。下面是我为大家整理的关于超声医学论文，供大家参考。
1临床医学生超声诊断学教学现状分析
1.1超声诊断学课程设置不足
超声诊断技术作为一门年轻但发展迅速的学科，在临床应用中已经成为不可缺少的公共的前沿诊断方法，也成为高等医学院校学生知识体系中的必备部分[4]。但是由于医学界乃至社会上对超声重要性的误解或观念的落后，导致超声诊断学在大部分高等医学院校的影像诊断技术或物理诊断学教学中所占比例太小[5，6]。有些医学院校临床医学生中涉及超声的课程只有4-6个学时，往往在诊断学中一带而过;有些院校临床医学生课程内容中根本就不安排超声诊断学，或者将其纳入考查课、选修课，导致学生认为其“可学可不学”;更不要说安排见习、实习课。而超声诊断学是一门实践性很强的学科，没有上机观摩或实践课，学生会觉得超声诊断非常抽象、晦涩难以理解，基本上达不到学习效果。
1.2临床医学生超声诊断学知识掌握现状
由于在校期间基本上没有接受过超声诊断学课程的培训，导致年轻的临床医学生对超声诊断知识缺乏基本的了解，知之甚少，不了解超声检查适应证及用途，不清楚超声检查的原理及优势，甚至看不懂超声报告单，认为其只是辅助诊断，更不用说了解超声诊断技术的前沿发展方向和趋势。殊不知超声诊断目前在临床各学科疾病的诊断中所占比重之大，涉及范围之广，包括了消化系统、泌尿系统、生殖系统、产科、浅表组织器官、心脏、肌腱韧带、关节、神经、器官移植以及大血管等。据统计，所有的临床学科都与超声医学存在或多或少的关联，超声在一些疾病的诊断上已取代其他影像学方法而成为首选或必不可少的诊断手段[7]。有研究者对临床型硕士研究生和七年制硕士研究生针对超声基本知识的了解情况进行问卷调查，结果显示，66.4%学生认为课堂教学不能满足其对超声知识的掌握，73.4%的学生认为自己对超声知识的了解差，仅24.9%的学生认为自己对超声知识了解一般;在问及对超声报告的认识上，38.7%学生认为他会关注超声报告中描述内容，32%学生会关注部分与自己专业相关较强的报告内容，仅17.5%学生认为自己能读懂描述内容，46.5%学生表示完全不能读懂报告描述内容[6]。由此可见，临床医学生对超声诊断学知识了解严重不足。
1.3超声诊断学教学师资现状分析
由于超声诊断学是一门年轻的、但发展非常迅速的技术，专业人才储备相对不足，尤其缺乏高学历、高年资、临床和教学经验丰富的师资队伍。目前，一些医学院校从事超声诊断学理论授课的教师仍多为本科或大专学历，缺乏硕士以上学位人员，有些甚至是技术员转行，其学历层次、知识体系、综合素质尚有待提高。同时，超声诊断学是一门实践性很强的学科，临床带教也是重要的教学环节。由于临床超声医师队伍整体偏年轻，缺乏超声诊断学专业人才，尤其是高年资中级专业技术职称以上的教师，加之带教医师一般都缺乏技术规范化培训，带教过程中教学内容分散，缺乏系统性、针对性、规范性，带教过程中常夹杂着个人习惯性和随意性，严重影响了教学质量。
2临床医学生超声诊断学教学改革策略
为满足现代医学事业快速发展和社会医疗卫生机构的实际需求，实现现代复合型医学人才的培养目标，应改革现有的医学教育模式，弥补临床医学专业学生在超声诊断学专业教育上的不足。
2.1结合当今医疗体制改革和医学发展的需要，重视超声诊断学课程教育超声诊断技术由于其发展迅速、易于普及、实用性佳，不仅成为各大医院重要的影像学检查方法之一，在某些常见病、多发病的筛查、诊断和人群健康检查中更是占据了无可替代的地位;而且由于其便捷、价廉、无放射性、应用广泛，在乡镇卫生院、社区卫生服务中心更是重要的、甚至是唯一的影像学检查方法。CT、MRI虽然具有分辨率高、诊断价值大等优势，但由于其昂贵的价格或有放射性等缺点难以在卫生院、社区卫生服务中心全面推广普及。随着近期我国医疗体制改革的五项重点工作之一即是健全基层医疗卫生服务体系，加强基层医疗卫生机构和卫生队伍的建设，完善乡镇卫生院、社区卫生服务中心建设标准，超声诊断作为一种易于推广的影像学技术，在乡镇卫生院、社区卫生服务中心的地位更是举足轻重。因而改变超声诊断是辅助诊断的陈旧观念，在临床医学生中普及超声诊断学教育，具有重要意义。
2.2组织编写适合临床医学专业的超声诊断学教材目前的超声诊断学教材主要是面对医学影像学专业，因而编写一本适合临床医学专业的超声诊断学教材至关重要。临床医学生学习超声诊断学的目的主要为:第一，了解超声成像的原理、特点、发展方向、前沿技术，从而能根据不同患者、不同疾病、不同部位、不同要求正确选择超声检查方法。第二，了解超声成像的常见干扰因素，并能向患者解释某些组织器官超声检查前特殊准备的意义。第三，能正确分析超声诊断报告。第四，能根据临床实际需求，充分发挥超声诊断优势，不断拓展超声诊断应用范围。这就要求教材深入浅出、图文并茂，重点突出超声诊断的成像原理、类型、技术优势、常见病诊断要点、临床应用，并结合解剖、病理病生、主要临床表现等内容，将基础、临床、影像学科相结合，同时将高频超声、腔内超声、三维超声成像、超声造影等当前临床应用研究中的热门课题加入教材中，广征博引，力求知识的先进性[5]。
2.3将超声诊断学纳入临床医学生的必修课程，增加实践课超声诊断既是一门独立的技术，也是一种公共的、通用的、临床多学科涉及的影像学检查技术，在临床各学科疾病的诊断中所占比重之大，涉及范围之广，包括了全身各组织器官系统，超声在一些疾病的诊断上已取代了其他影像学方法而成为首选或必不可少的诊断手段[7]。因此，教学主管部门应将超声诊断学纳入临床医学生的必修课程，合理分配教学课时，临床医学生超声诊断学的学时数应不少于30学时，让学生充分了解超声技术的原理、类型、优势、临床应用范围及当前发展方向和前沿技术，更好地为日后开展医疗工作打下坚实的理论技术。超声诊断学是一门医、理、工交叉结合的专业课，基础理论较抽象;相比于X线、CT等影像学方法，图像是实时动态的，不同的切面、不同的方向得到的图像千变万化，实践性非常强，所以超声诊断学的见习、实习课程显得尤为必要[5，8];临床医学专业该课程见习课不少于8学时，实习时间不少于2周。开展好实践教学，有助于加强影像与临床学科的结合，培养横向思维，避免基础、临床、影像学科之间的知识脱节;帮助学生更好地理解不同影像学方法的成像特点、优势，将知识融会贯通;通过实践帮助学生更好地理解书本理论，有助于临床医生读懂超声报告。
2.4加强超声诊断学师资队伍建设随着超声医学的快速发展，目前各大医院都紧缺超声医师，教学任务的增加无疑会进一步凸显超声医生人手紧缺的矛盾，各高等医学院校应当着力培养优秀的超声诊断学专业的教师队伍。除了要引进高学历、高层次的超声专业教师外，还应加强现有超声医师带教意识的培养，对年轻教师进行超声诊断技术的规范化培训，从而系统化、规范化临床带教课程。带教过程中注意基础医学课程、临床课程、影像课程知识之间的联系，介绍超声专业新技术、新发展、新应用，激发学生的学习兴趣和热情，提高学习效果。
综上所述，立足当前各医疗机构临床医生在超声诊断技术方面的严重不足，结合当今医疗体制改革、年轻医师培养以及医学发展的的需要，应对临床医学生超声诊断学教学进行改革，只有这样才能培养出知识全面、综合能力强、全方位的医学人才。
一、强化循证医学教育观念，提高教师素质
教师是循证医学教育的实施者，因此教师首先要从思想上更新医学教育观念，认识到循证医学教学模式取代传统的教学模式是医学教育发展的趋势，并通过各种方式的学习和培训掌握循证医学的相关理论知识，循证医学资源分布与互联网检索，循证医学文献检索特点以及文献评价方法和原则，荟萃分析与系统评价的方法与原则，循证医学实践的基本程序与方法。要充分认识循证医学教育的本质、目的和意义，掌握循证医学的教育方法并灵活地运用到教学实践中。
二、传授循证医学的基本知识
以讲座的形式向实习学生讲授循证医学的基本理论、原则和实践方法，使其认识到:
1.循证医学的核心思想将医生个人的临床专业知识和临床经验与现有的最佳临床研究结果及患者的选择三者完美地结合起来，为患者制定最佳的医疗决策。
2.循证医学的实践包括5个步骤:①提出明确的临床问题;②系统检索相关文献;③严格评价文献质量，找出当前最佳证据;④应用最佳证据，指导临床实践;⑤后效评价临床实践及结果。
3.循证医学证据根据其来源、科学性和可靠性分为5个等级(可靠性依次降低):Ⅰ级，所有设计良好的随机对照试验(randomizedcontrolledtrials，RCT)的系统评价/Meta分析和大样本多中心临床试验;Ⅱ级，单个设计良好的RCT;Ⅲ级，单个设计良好的非随机对照试验;Ⅳ级，无对照的病例观察;Ⅴ级，病例报告和临床总结及专家意见。
4.循证医学并不否定经验医学，并非要取代临床技能、临床经验、临床资料和医学专业知识，它只是强调任何医疗决策应建立在最佳科学研究证据基础上。
三、指导学生获取循证医学证据
证据是循证医学的关键，证据的获取必须通过文献检索。绝大部分学生对于文献检索缺乏相关的知识，仅局限于用百度(baidu)或谷歌(google)等一般搜索引擎查找文献，因此所获得的文献资料较局限，专业性不强。为了使学生能够快速检索到合格的文献，首先向他们介绍一些循证医学资料数据库和网络资源，如Cochrane图书馆、Campbell协作网和Pubmed、Springerlink、Ovid及CHKD等电子数据库。并教会他们怎样用主题词、关键词、刊名、布尔逻辑(and、or、not)和文献类型等方法使用网络资源检索文献。由于医学文献检索中所获得的证据常常种类繁多、结果多样化，因此，还要教会学生如何利用循证医学网站，查阅有关新研究、新技术的系统评价和二次摘要文库，正确评价文献的真实性和临床价值，以便快速、有效地获取所需要的知识，了解本专业最新动态，发现目前存在的问题和不足，及时更新、丰富医学专业知识体系。
四、在实习带教中贯穿循证医学理念
桥梁的基础工程施工，桩基灌注完成后应进行超声波检测。检测其完整性。
没有挂网公布。
声波透射法（crosshole sonic logging）指在预埋声测管之间发射并接收声波，通过实测声波在混凝土介质中传播的声时、频率和波幅衰减等声学参数的相对变化，对桩身完整性进行检测的方法。
在特殊情况下只有一个孔道可供检测使用，例如在钻孔取芯后，需进一步了解芯样周围混凝土质量，作为钻芯检测的补充手段，这时可采用单孔检测法，此时，换能器放置于一个孔中，换能器间用隔声材料隔离（或采用专用的一发双收换能器）。
超声波从发射换能器出发经耦合水进入孔壁混凝土表层，并沿混凝土表层滑行一段距离后，再经耦合水分别到达两个接收换能器上，从而测出超声波沿孔壁混凝土传播时的各项声学参数。
声波透射技术是近几年发展起来的一种无损性检测新技术，它能直观、可靠地反应基桩的密实度，准确地判定桩缺陷的性质和位置，且不受桩长的限制。下面结合实例着重说明缺陷性质和位置的判定。
（一）工作原理
声波透射法是以施工时预埋的平行的声测管作为换能器的通道，每两根声测管为一组，通过水的耦合，从一根声测管中的换能器发射超声脉冲信号，声波透射混凝土介质，另一根声测管中的换能器接收透射过来的信号，采集到声波声时（减去了系统延时、声测管壁中的延迟、耦合水层延迟）、波幅、波形等声波参量，进而达到判断该位置处两个声测管间混凝土是否正常的无损检测方法。收发换能器由桩底按一定的距离（≤250mm）同步往上移动并逐点依次检测，从获得的声波参数（声时、波幅、波形等）可了解整个剖面的混凝土完整性，如图3-78所示。测试所有剖面即可获知各个剖面乃至整个桩的状况。
图3-78 声波透射法测试示意图
声波在弹性不同的介质（即波阻抗不同，Z=ρv，式中Z为波阻抗，ρ为介质密度，v为速度）中传播时其传播速度和能量衰减情况不同。当混凝土介质中存在不同介质或者密实度不同等缺陷时，缺陷面形成波阻抗界面，声波将在其上产生明显的反射、散射、绕射等现象，使透射波能量减弱，呈现首波声时变大、波速降低、波形畸形等明显的异常。通过分析含有混凝土内部信息的首波声时（速度）、振幅、波形等参数对该深度对应的混凝土剖面完整性进行判断，进而对整根基桩的完整性、内部缺陷位置、缺陷程度及桩身混凝土总体的均匀性做出评价。
（二）混凝土缺陷性质与位置及其程度的判定
混凝土灌注桩由于施工难度大、隐蔽性强、混凝土硬化环境及成型条件复杂，若施工质量控制不好，则容易使桩身产生夹泥、离析、断桩等缺陷，利用声波透射法可以检测和判断出这些缺陷的性质和位置。
1.混凝土缺陷性质的判定
声波为弹性波，弹性波在不同介质中传播时，其声学参数具有不一样的体现，通过声学参数在不同介质中的差异可以达到判定混凝土完整性的目的。下面介绍各声学参数与混凝土质量之间的关系及各声学异常所反应的缺陷。
（1）声速与混凝土质量的关系
声速与混凝土质量有如下关系：
环境与工程地球物理勘探
式中：E为介质的杨氏弹性模量；σ为介质的泊松比；ρ为介质的密度。
由式（3-69）中的参数不难看出，声速与混凝土的内部结构（如密度、孔隙率等）密切相关。
弹性介质的性质及种类不同，弹性模量及密度也就不同，因此弹性波在介质中传播的速度也不同。实践证明，物体的密实性越好，孔隙率越低，其声速就越高。因此，当测出混凝土的声速时就可以推算出混凝土的密实度，从而判断其质量的好坏。
（2）波幅与混凝土质量的关系
声波穿过桩身缺陷时，部分声能被缺陷内所含物质所吸收，部分声能被缺陷的不规则表面反射和散射，因而到达接收探头的声能明显减少，反应为波幅降低。实践证明，波幅对缺陷的存在非常敏感，细小的缺陷都能使波幅有明显的变化。所以波幅能很明显地反应混凝土中的缺陷。
（3）波形与混凝土质量的关系
波形是声时（声速）、波幅、频率等声学参数的综合反映，所以其对于混凝土的各种缺陷均有直观的表现，在检测过程中对于缺陷的判别具有重要的指示意义。实践证明，当声波遇见缺陷时其波形会发生畸变。波形的好坏可以为检测人员对基桩完整性的现场判断提供依据。
由声波各声学参数与混凝土质量的关系可知，当混凝土中存在缺陷时，声波脉冲通过该缺陷介质传播的时间比相同材料条件下的无缺陷混凝土的传播时间要大，进而能量衰减增大，声速减小，接收信号的波形平缓甚至发生畸变，接收信号的主频也会发生变化。通过这些声学参数就可以判定基桩混凝土的质量状况。
在正常的情况下，声时曲线基本是一条直线，无明显折点，波幅也无明显衰减，波形为正常波形，如图3-79（a）所示；当出现离析、不密实时，声时基本有一定的增加，波幅有一定的衰减，波形出现畸变，如图3-79（b）所示，此时应注意是否是因为声测管与混凝土之间出现空隙而导致出现这种不密实状况；出现夹泥和断桩时，声时显著增大，波幅严重衰减，波形严重畸变甚至接收不到波形，如图3-79（c）所示，此时要判断这种缺陷是夹泥还是出现了断桩。区分夹泥和断桩，要结合在这根桩上所测的其他几个剖面的情况，看看在这个高程上是否也出现了这种状况（当声测管有四根时特别注意对角线的剖面），如果其他剖面在相同高程出现此类现象，那么这根桩很可能是出现断桩；当其他的剖面有部分是完好的时候，则可判断只是局部夹泥。
图3-79 超声透射波波形
声速对混凝土质量的反应主要通过测点的声速和声速临界值的比较来判定，临界值一般采用概率法确定。即
环境与工程地球物理勘探
式中：v0为临界点声速值，又称异常判定值；vm为（n-k）个数据的平均值， ；sx为（n-k）个数据的标准差，sx= ；λ为由统计数（n-k）对应的λ值，可查表获得，见表3-10；n为测点数；k为将全部测点的声速值由小到大依次排序，去掉明显不合理的低声速值的个数。
表3-10 统计数据个数（n-k）与对应的λ值
根据测点声速与临界点声速的差异，当声速大于临界点声速时，表明桩身正常；当存在蜂窝、局部夹泥沙团时，声速有一定的降低，相差一般为10%～20%；当局部有夹层和断桩时，声速明显降低，最大相差可达30%以上。
2.混凝土缺陷位置判定
当平测普查查出疑似缺陷时，首先采用加密平测的方法，核对可疑点的异常情况，并确定异常部位的高程。
对于缺陷的空间位置、范围的确定则要应用交叉斜测和扇形扫测的方法。
扇形扫测的具体做法是：先将发射换能器放到出现缺陷的高程位置，而在出现缺陷的剖面对应的另一声测管中将接收换能器放到缺陷高程稍下一段距离的地方，保持发射换能器不动而将接收换能器从下往上提到夹泥高程之上一定高度，即完成一次扫测。完成了一个扇形扫测之后移动发射换能器，继续进行扇形扫测。因各测点测距是各不相同的，波幅值不具有可比性（波幅除与测距有关外还与方位角有关，且不是线性变化的），只能根据相邻测点测值的突变来发现测线是否遇到缺陷。所以利用扇形扫测可以画出缺陷的边界。
交叉斜测是第一次让发射换能器比接收换能器高，第二次使发射换能器比接收换能器低，保持一定的高程差，在声测管中以相同的步长同步升降两个换能器进行测试，采集声学参数数据，如图3-80所示，根据波幅和声时的异常特征可交叉圈出异常的范围。
图3-80 交叉斜测
（三）工程实例
某大桥的2-2号桩，桩长为22.5m，桩径为2m，设计混凝土强度为C30，预埋有四根直径为50mm的钢管作为声测管。本次检测采用北京智博联研制的ZBL-U520非金属检测仪进行检测。
首先采用平测法进行普查，测点间距为0.25m，从桩底往桩顶依次检测，采集每一测点处的声时（声速）、波幅、波形等声学参数。平测结果显示2-2号桩六个剖面同时在距桩顶15m左右出现声时变大、速度变小、波幅严重衰减的现象，如图3-81所示。采取加密测量后确定缺陷出现在14.95～15.40m之间，而其上下桩身的声波反应都是正常的，因六个剖面同时出现异常，所以有很大可能是出现了断桩，于是采用交叉斜测和扇形扫测的方法圈定了缺陷的范围，最后判定在距桩顶14.95～15.40m处存在缺陷。
声波透射法判定2-2号桩在14.95～15.40m处的缺陷为断桩。随后进行了钻探取心验证，在进行钻孔取心时，在声波检测正常的地方，钻进时所冒出的水为清水，所取心样完整（混凝土心样连续、完整、表面光滑、胶结较好、断口吻合），表明桩身完整性较好。而在声波判定为断桩的14.95～15.40m处，钻进时冒出泥浆水（注入的冷却水为清水，而此处出现泥浆水表明此刻进尺处含泥），钻进时阻力较小且无法获得心样，说明此处出现了断桩。钻孔取心结果证实了声波透射法的判定结论。
图3-81 2-2号桩六个剖面的PSD、声速-深度、波幅-深度曲线
在混凝土灌注桩的检测中，采用声波透射法，依据透射波的初至时间、振幅能量的衰减程度和波形是否畸变可以达到判定桩身的均匀性和完整性的目的。从检测的成果和钻孔取心的结果来看，声波透射法能够较准确地判定缺陷的性质和位置，可以为施工单位下一步工作提供科学而可靠的依据。
基本原理就是超声波测距，一多个超声波换能器之间相互发射和接收，检测桩身是否存在缺陷。
武汉卓鼎超声波成孔成槽质量检测仪
钢结构的焊接技术的好坏，在一定程度上会影响到建筑本身的质量。下面我整理了钢结构焊接技术论文，欢迎大家阅读!钢结构焊接技术论文篇一：《钢结构安装焊接施工技术》 摘要：某工程塔楼为全钢结构，焊接工作量大，且大部分为全熔透焊缝，质量要求高，构件板厚最大达到85mm，焊接难度大。工程开始前进行了工艺评定。 关键词：钢结构;焊接;全熔透焊;工艺评定 1工程概况 某工程位于湖南长沙，为全钢结构，地上35层,钢柱锚入地下一层，高150m.南北立面为双曲面，外围钢柱以每4层为一折线点。核心筒共31根钢柱，外围钢框架柱共23根。钢柱主要为箱形柱，钢梁为轧制、焊接H形梁。钢结构总重量约14000t。 1.1钢材 本工程钢柱使用的钢材为高层建筑结构用钢板Q345GJC，大于40mm厚钢板为Q345GJC-Z15，产地为舞阳钢铁厂，主梁使用钢材为Q345C，钢支撑采用Q235C，产地为武汉钢铁厂。 1.2构件 钢柱长12m，构件单件最重19.8t，钢柱板厚28、34、40、55、70、85mm，典型截面600×600×70，钢梁翼缘板厚16、24、28、40mm，典型截面700×240×14×28。由于钢板厚度大，因此焊接难度大，焊接质量要求高。 1.3节点形式与焊缝检测 按照设计，现场安装柱与柱之间的对接为全熔透焊，钢梁与钢柱牛腿上、下翼缘为全熔透焊，钢梁腹板大部分为高强螺栓连接，双剪连接板与钢柱为角焊缝。 由于钢板厚度大，焊缝又多数是全熔透焊缝，所以对本工程的全熔透焊缝实施B级超声波检测，100%超声波探伤。现场探伤工作中，由现场焊接员填写检测委托单，检测单位按照填写的检测部位进行探伤。如发现焊接缺陷，检测单位填写质量返修单，通知焊接负责人，进行返修重焊后，再进行超声波探伤。本工程委托单位为冶金院检测所，采用的仪器为CTS-2000，选用斜探头进行超声波探伤。探伤 报告 必须明确探伤部位、缺陷的位置和大小、评定级别，并判定合格或不合格;返修部位严格按照焊接工艺评定的参数进行焊接，返修不得超过二次。 2典型焊接节点概况 2.1钢柱对接焊缝。 3焊接准备 3.1焊接吊篮与平台 3.2焊接设备和焊接材料 4焊接施工劳动力安排 高层钢结构焊接工程专业性很强，劳动强度大，专业管理人员和焊工都要求有较好的技术素质。本工程现场焊工均持有钢结构焊接CO2气体保护焊合格证，在正式施工前，在业主、监理等各单位的监督下进行了现场附加考试。 5焊接施工顺序和工艺 5.1焊接顺序 5.1.1根据本工程平面和立面形状，结构形式等，塔楼分东西两区组织施工。当钢结构安装完成三个及以上单元的校正和高强螺栓的终拧后，从平面中心选择四面都有焊接梁的柱子作为基准柱，并以此作为垂偏测量基准，并首先安排其四侧都有抗弯焊接的梁、然后向四周扩展施焊。随安装滞后跟进。采取结构对称、节点对称和全方位对称焊接的原则。 5.1.2栓-焊混合节点中，设计要求梁的腹板上的高强度螺栓先初拧70%后→焊接梁的下、上翼缘板→终拧梁腹板上的高强度螺栓至100%施工扭矩值。 5.1.3竖向上的焊接顺序： (1)地下一柱一层梁的焊接顺序： 上层框架梁→柱脚板部位的焊接→支撑→焊接检验。 (2)地上及以上一柱二层梁的焊接顺序： 上层框架梁→压型金属板支托→下层框架梁→压型金属板支托→上柱与下柱焊接→焊接检验(也可先焊柱—柱节点→上层框架梁→下层框架梁→焊接检验)。 (3)地上及以上一柱三层的焊接顺序： 上层框架梁→压型金属板支托→下层框架梁→压型金属板支托→中层框架梁→压型金属板支托→上柱与下柱焊接→焊接检验，(但也可先焊柱—柱节点→上层框架梁→下层框架梁→中层框架梁→焊接检验)。 5.1.4柱—梁节点上对称的两根梁应同时施焊，而一根梁的两端不得同时施焊作业。 5.1.5柱—柱节点焊接时，箱形柱的对称两面应由两名焊工相对依次逆时针焊接。 5.1.6梁的焊接应先焊下翼缘，后焊上翼缘，以减少角变形。 5.2安装焊接工艺 5.2.1安装焊接前的准备工作 本工程使用的高层建筑结构用钢板在国内应用并不多，针对其中数量较多且具有代表性的接头形式进行了相应焊接 方法 的工艺评定试验。试验钢材包括Q345GJC-Z15(壁厚70mm)、Q345GJC-Z15(壁厚40mm)、Q345C(翼缘厚28mm)，焊接位置为柱—柱横焊、柱—梁平焊(包括桁架梁上下翼缘平焊)、T型角立焊。坡口形式及尺寸按设计要求。焊后外观及超声波检查合格后取样进行了力学和物理试验。试验结果接头的抗拉强度达到母材抗拉强度标准值，接头弯曲180°无裂纹。采用的焊接材料和焊接设备技术条件应符合国家标准，性能优良。清渣、气刨、焊条烘干保温等装置应齐全有效。 5.2.2手工电弧焊及CO2气保焊焊材和设备 (1)焊条应在高温烘干箱中150℃烘干2小时，且焊条烘干次数不得超过两次。 (2)焊丝包装应完好，如有破损而导致焊丝污染或弯折、紊乱时应部分弃之。 (3)CO2气体纯度应不低于99.9%(体积比)，含水量应低于0.05%(重量比)，瓶内高压低于1MPa时应停止使用。 (4)焊机电压应正常，地线压紧牢固，接触可靠，电缆及焊钳无破损，送丝机应能均匀送丝，气管应无漏气或堵塞。 5.3安装焊接程序及一般规定 焊接的一般顺序为：焊前(装配)检查→装焊垫板和引弧板→除锈预热→焊接→检验(返修，不得超过二次)， 5.3.1焊前检查坡口角度、钝边、间隙及错边量(小于规范要求)，坡口内和两侧的锈斑、油污、氧化铁皮等应清除干净。 5.3.2装焊垫板及引弧板，其表面清洁程度要求与坡口表 面相 同，垫板与母材应贴紧，引弧板与母材焊接应牢固。 5.3.3预热。焊前用气焊或特制烤枪对坡口及其两侧各100mm范围内的母材均匀加热，并用表面测温计测量温度，防止温度不符合要求或表面局部氧化，预热温度。 钢结构焊接技术论文篇二：《钢结构的安装焊接施工技术》 摘要：本文简要分析了厂房钢结构焊接施工的主要工艺及保障焊接质量的主要方法，并提出了控制焊接质量的主要对策，以供与大家交流学习。 关键词：厂房;钢结构;焊接技术 1、工程概述 某装焊厂房位于某工程有限公司内，建筑面积为22000平方米，为单层工业厂房，主体钢结构为门式钢架结构，轴线位置编号见图纸，为三跨结构，单跨跨度为32米，柱距为8米，共有116根主钢柱，203根主钢梁，336根吊车梁。门式钢架梁、柱及吊车梁钢材均采用Q345B，钢梁钢柱连接用高强螺栓均采用大六角10.9S级，摩擦面做喷砂处理。钢结构主构件采用抛丸除锈。该工程设计使用年限50年，结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度。焊接部位包括有：(1)上节柱与下节柱的对接接头;(2)钢梁与钢柱的对接接头。(3)钢梁上的栓钉焊接。 2、钢结构安装焊接前的准备 本工程使用的钢板在国内应用并不多，针对其中数量较多且具有代表性的接头形式进行了相应焊接方法的工艺评定试验。试验钢材包括Q345GJC-Z15(壁厚70mm)、Q345GJC-Z15(壁厚40mm)、Q345C(翼缘厚28mm)，焊接位置为柱—柱横焊、柱—梁平焊(包括桁架梁上下翼缘平焊)、T型角立焊。坡口形式及尺寸按设计要求。焊后外观及超声波检查合格后取样进行了力学和物理试验。试验结果接头的抗拉强度达到母材抗拉强度标准值，接头弯曲180°无裂纹。采用的焊接材料和焊接设备技术条件应符合国家标准，性能优良。清渣、气刨、焊条烘干保温等装置应齐全有效。 手工电弧焊及CO2气保焊焊材和设备：(1)焊条应在高温烘干箱中烘干，焊条烘干次数不得超过两次。 (2)焊丝包装应完好，如有破损而导致焊丝污染或弯折、紊乱时应部分弃之。(3)CO2气体纯度应不低于99.9%(体积比)，含水量应低于0.05%(重量比)，瓶内高压低于1MPa时应停止使用。(4)焊机电压应正常，地线压紧牢固，接触可靠，电缆及焊钳无破损，送丝机应能均匀送丝，气管应无漏气或堵塞。 3、安装焊接程序及注意的规定要点 焊接的一般顺序为：焊前检查 →预热除锈 → 装焊垫板和引弧板→ 焊接 → 检验 具体来说：(1)同一节柱上的梁，先焊上层梁，后焊下层梁。(2)柱两侧对称的梁应同时焊接，同一根梁的两端不能同时焊接。(3)同一根梁的上下翼板应先焊下翼板，后焊上翼板。(4)从中部柱开始焊接，对称向外围焊接。(5)上下节柱的对接接头采用对称焊接，施焊时，应两人同时对称焊接一个接头，防止焊接变形引起柱弯曲。对称的两面先焊至1—3层，然后将另外对称的两个面焊满，再将未焊满的焊缝焊满。 规定与注意：(1)焊前检查坡口角度、钝边、间隙及错口量，坡口内和两侧的锈斑、油污、氧化铁皮等应清除干净。(2)预热。焊前用气焊或特制烤枪对坡口及其两侧各100mm范围内的母材均匀加热，并用表面测温计测量温度，防止温度不符合要求或表面局部氧化，预热温度。(3)重新检查预热温度，如温度不够应重新加热，使之符合要求。(4)装焊垫板及引弧板，其表面清洁程度要求与坡口表面相同，垫板与母材应贴紧，引弧板与母材焊接应牢固。(5)焊接：第一层的焊道应封住坡口内母材与垫板的连接处，然后逐道逐层累焊至填满坡口，每道焊缝焊完后，都必须清除焊渣及飞溅物，出现焊接缺陷应及时磨去并修补。(6)一个接口必须连续焊完，如不得已而中途停焊时，应进行保温缓冷处理，再焊前，应重新按规定加热。(7)遇雨、雪天时应停焊，构件焊口周围及上方应有挡风、雨棚，风速大于5m/s时应停焊。环境温度低于零度时，应按规定采取预热和后热 措施 施工。(8)碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度、低合金结构钢应在完成24h以后，进行焊缝探伤检验。(9)焊工和检验人员要认真填写作业记录表。 4、焊接施工中的重要工艺参数 4、1典形节点的焊接顺序和工艺参数 主要是：(1)上下柱无耳板侧由两名焊工在两侧对称焊至板厚的1/3处时，切去耳板。(2)然后在切去耳板侧由两名焊工在两侧对称焊至板厚的1/3处。(3)再由两名焊工分别承担相邻两面的焊接。(4)每两层之间焊道的接头应相互错开，两名焊工焊接的焊道接头也要注意每层错开，焊接过程中要注意检测层间温度。(5)焊接工艺参数，如下： 1)CO2气保焊：焊丝直径Φ1.2mm，电流280～320A，焊速350～450mm/min 2)焊丝伸出长度：约20mm，气体流量25～80L/min， 3)电压：29～34V，层间温度120～150℃ 4、2柱—梁、梁—梁节点的处理 主要是：(1)先焊梁的下翼缘，梁腹板两侧的翼缘焊道要保持对称焊接。(2)待下翼缘焊完，然后焊接上翼缘。(3)如翼缘板厚大于30mm时，宜上下翼缘轮换施焊。(4)焊接工艺参数，如下： 1)CO2气保焊：焊丝直径φ1.2mm，电流280～360A，焊速300～500mm/min 2)焊丝伸出长度：约20 mm，气体流量20～80L/mm 3)电压：30～38V，层间温度120～150℃ 5、结束语 钢结构安装焊接质量控制是一项综合技术，焊接质量受材料性能、工艺方法、设备、工艺参数、气候和焊工技术及情绪的影响。施工前根据工艺评定编制操作指导书，便于每个焊接人员明确操作要领、材料的使用和质量要求。施工过程中焊工做好焊前和焊接的记录，焊接工程师检查时逐条焊缝检查验收、做好记录，确保实体工程的安全使用。在该厂房主体工程竣工后，根据国家、行业相关要求对该工程进行了钢结构主体工程的鉴定，鉴定依据：(1)《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001;(2)《建筑结构检测技术标准》GB/T50344-200;(3)《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001;(4)《建筑钢结构焊接规程》JGJ81-2002;(5)《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB11345-1989;(6)某装焊车间厂房设计图纸。实际证明，该钢结构主体工程的施工安装质量符合GB50205-2001技术标准及设计要求，可以交付使用。 参考文献 1、陈海波。某装焊厂房钢结构工程鉴定[J]，建筑科技与管理，2009年第11期 2、杨凌川，杨文柱。高层建筑钢结构安装焊接施工质量控制，重庆建筑大学学报[J]，增刊2000，22:208-211 钢结构焊接技术论文篇三：《试谈建筑钢结构低温焊接施工技术》 摘 要：通过对低温环境条件下管道焊接施工措施的研究，并经工程实验，得出在低温环境条件下，影响焊接质量的因素更多的在于施工机具、焊接设备的适应性、焊工劳动防护措施的保暖性和轻便性等因素。 关键词：低温焊接;预热温度;焊后保温 随着焊接环境温度的降低，焊缝金属的硬度值增大。采取有效的预热、层间温度和焊后缓冷措施以降低焊缝金属的冷却速度，从而改善焊缝金属的硬度值。热温度不足的情况下，根焊缝产生裂纹的倾向性增加，但增加预热温度和改进预热方式，可明显提高焊缝质量。创造适合的施工环境和焊接条件，保证焊工劳动防护措施的保暖性和轻便性，焊接过程中使用自制的可移动式保温防风棚和管端封堵器等。 1.低温焊接时的施工工艺 由于是在低温环境中进行焊接作业，所以为了更好的完成焊接任务，应该尽量选取氢含量较低的焊接材料，并且对焊接材料进行必要的 烘焙 以及保温措施。为了达到尽量减少热量的损失，可以在进行焊接作业的地方构建相应的保护房，从而形成相对密闭的空间。如果条件不允许构建防护房，也可以采取其他一些措施来起到防护热量损失的作用。在进行一些气体保护焊接操作时，气瓶也要进行必要的保温措施。预热和层间温度。相比较于常温条件下的焊接预热，低温焊接时的预热温度要稍高，并且需要预热的区域范围较大，通常情况下是焊接点周围大于等于两倍钢厚度的范围，并且这一范围不小于100mm。焊接层的温度通常要高于预热温度，或者是不低于相应规定中的最低温度20℃，二者之间取较高温度者;采用合理的焊接方法。尽量使用窄摆幅，多层多道焊，严格控制层间温度;焊接后热及保温。焊接后及时对焊接接头进行后热保温处理。利于扩散氢气的逸出，防止因冷速过快而引起的冷裂纹，同时适当的后热温度还可以适当降低预热温度。 2.钢结构的焊接施工技术 2.1焊接施工流程 施焊人员必须要熟悉图纸，做好焊接工艺技术交底，确保施焊人员执证上岗，明确焊工的焊接任务，然后进行现场验电，预热，后热温度试验确定等作业准备。然后选择合适的焊接工艺以及合适的焊接参数，并通过焊接实验验证。焊接工作开始，对焊口进行清理，检查坡口等是否符合要求，检查定位焊是否牢固，焊缝周围是否有油污和锈污。对焊材进行预热和保温，然后按照既定的焊接参数进行焊接，焊接完成后，对焊缝周围进行清渣处理，做好焊后保温工作，焊接完成。 2.2焊材的选择和与钢材的匹配 与钢材的规定最低标准相比，焊材的金属强度，坚韧性，可塑性都要明显高于钢材本身，而且，在焊接接头的地方，各种基本性能指标都要与钢材规定的最低标准等同或比之更高;要保证焊缝的可塑性，钢材较厚时，要根据厚度选择合的焊材;选择合适韧性的焊材，韧性好的焊材可以提高焊缝和热影响区的韧性，使之能够满足钢结构的受力要求。 2.3焊接质量控制 对输入的热和焊接冷却速度进行控制：通过控制焊接电压，焊接电流，接速度以及熔融金属的冷却速度等来对焊接质量进行控制。控制焊缝内元素组成进行控制：选择高质量的焊材，操作人员高超的操作手法和技巧，保证焊缝外观质量。选择能量密度高的，输入热量低的焊接方法，对焊接应力与变形进行控制。从钢材料的出发，考量各项技能的标准要求，选择合适的焊材以及评估焊接质量的试验方法，得出适合生产的焊接工艺，在焊接时，注意层间温度的控制，防止出现焊接接头弱化的现象。总之，尽量在最低成本的原则下，完成高质量的焊接任务。焊工须持双证上岗，即安全上岗证、焊工合格证。且具有相应的施焊资历。 3.高强钢焊接的施工工艺 3.1焊接材料的选择及匹配 强节点弱杆件，即与母材规定的最低标准相比，焊接材料熔敷金属在强度、韧性、塑性等方面要明显高于标准;并且焊接接头位置的各种基本的性能指标至少要与母材料规定的最低标准相匹配;在进行厚板焊接时，应该根据厚度效应后的强度来选择适当的焊材，通常当节点的拘束度比较大的时候，可以在1/4 板厚以后选择强度稍低的焊材;对焊材韧性的选择是一项非常重要的工作，好韧性的焊材能够使焊缝以及热影响区的韧性满足钢结构的规定标准。比如在焊接无裂纹钢种的时候，可以选取低H 或者超低H 的焊接材料，同时，在钢板厚度低于50mm 或者温度在0℃以上的时候，可以不对钢结构进行预热。这一方法的明显优势就是它的力学指标突出，尤其是在区强比的冲击性能方面更显优越。 3.2确定最低预热温度的常用方法 通过裂纹实验来进行控制，即通过进行斜Y 坡口试样抗裂方面的试验对最低的预热温度进行确认;通过硬度控制预热温度，通常采用的方法是根据一定碳含量的钢材，其不同板厚T 形接头角焊缝热影响区硬度达到350HV 对应的冷却速度(540℃时)，查表确定焊接线能量;根据裂纹敏感指数、板厚范围、拘束度等级、熔敷金属扩散氢含量确定最低预热温度;根据接头热输入、冷却时间和钢材的特定曲线□确定最低预热温度。 3.3对焊接质量的控制方法 对热输入以及冷却速度进行控制。此方法主要是通过对焊接时的电压、电流以及焊接时的焊接速度和熔敷金属在800℃～500℃区间内的冷却时间的控制，进而完成焊接质量的控制;对焊缝中各种元素的质量百分比进行必要的控制，主要是指碳、硫、磷、氢、氧等。为了达到这一目的，除了要选择质量优越的低氢焊接材料外，还要求操作人员拥有较好的操作手法，从而对熔池金属进行很好的保护;应力与变形控制。选用高能量密度、低热输入的焊接方法。 4.结束语 最后得到适合于生产的焊接工艺，起到相应的指导生产的要求。在进行这一钢材的焊接时，为了避免其产生冷裂现象，应该注意采取相应的措施。同时为了出现接头弱化的现象，焊接时应该对层间温度以及焊接线能量进行较为严格的筛选和控制。总的原则还是应该在较低的成本下，尽可能完成高质量的焊接任务。 参考文献： [1]姚晋勇.论钢结构焊接现场施工工艺[J].科技情报，2012 [2]徐鹏毅.钢结构焊接现场施工工艺探讨[J].中国地产，2013 猜你喜欢： 1. 电焊工个人简历模板 2. 钢结构安全管理论文 3. 钢结构施工管理论文范文 4. 钢结构职称论文 5. 锅炉焊接技术论文
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超声波焊接是利用超声波频率(超过20000赫兹)的机械振动能量，连接同种或异种金属、半导体、塑料及金属陶瓷等材料的特殊焊接方法。这是我为大家整理的超声波焊接技术论文，仅供参考!
超声波焊接的研究与展望
摘要：超声波焊接的节能、环保、操作方便等突出优点，越来越受到人们的重视。超声波焊接已广泛应用在众多领域。本文简单介绍了超声波焊接的基本原理。概述了超声波焊接的国内发展现状，并对超声波焊接的发展做了展望。
关键词：超声波 焊接 研究现状
0 引言
1950年美国人发明了超声波焊接技术，该技术作为特种连接技术，在工业生产中得到广泛应用。另外，超声波焊接技术还广泛应用于电子工业、电器制造、新材料的装备、航空航天及核能工业、食品包装盒、高级零件的密封技术等方面。超声波焊接的优点主要表现为：节能、环保、操作方便，这种技术对我国建设资源节约型、环境友好型的社会起着很大的促进作用。
1 超声波焊接原理及特点[1]
超声波焊接作为一种特殊焊接方法，通常情况下是指利用超声波频率(大于16KHZ)的机械振动能量，将同种或异种金属、半导体、塑料及金属陶瓷等进行连接。通过超声波对金属进行焊接时，一方面不需要向工件输送电流，另一方面没有将高温热源引入工件，在焊接过程中，在静压力的作用下，将弹性震动能量转变为工件间的摩擦功、形变能，以及有限的温升等。在母材不发生熔化的情况下，实现接头间的冶金结合，因此，超声波焊接属于固态焊接。
工频电流在超声波发生器的作用下，进一步转变为超声波频率(15～16KHZ)d的振荡电流。通过磁致收缩效应，换能器将电磁能转换成弹性机械振动能。放大器的作用是对振幅进行放大，同时借助耦合杆和上声极与并工件进行耦合。如果换能器、放大器、耦合杆和上声极的自振频率相互一致，在这种情况下，系统将会产生谐振，从而将弹性振动能传递给静压力F的工件。两种薄材工件通过此种能量之间的转换被粘接在一起。
2 国内研究现状
2.1 超声波金属焊接的研究现状
崔岩[2]研究超声波焊在坦克铝件焊修中的应用，对铝及铝合金的焊接性进行了详尽的分析，认为保证焊点质量稳定的重要因素是谐振频率的精度。在超声波焊接过程中，由于机械负荷是多变的，失谐现象会随机出现，进而使得焊点质量不稳定。根据超声波焊的特点，制订相应的焊接规范。大量实验证明：通过超声波对铝及铝合金进行焊接，金属表面致密的氧化膜可以有效地去除，进而保证了焊接质量。
华南理工大学杨圣文等人[3]推导了铜片-铜管太阳能集热板超声波焊接接头区域理论区域温度公式，并利用人工热电偶法测得焊接区域温度，分析了实测温度偏差产生的原因，结合焊接接头的扫描电镜(SEW)图片进行对比分析，研究了铜片-铜管超声波焊接接头的形成机理。结果表明：超声波焊接是基于接头区域微齿顶端处高温、纯净金属发生塑性变形后表面充分贴合两个因素基础上的金属键合和机械嵌合而形成接头的物理冶金过程。
南京航空航天大学机电学院的张秋峰[4]研究了1Cr18Ni9Ti与TC4异种金属的固态扩散焊接工艺，在现有的基础上采用超声波加载固态扩散焊的工艺。金相试验分析结果表明：采用超声波加载扩散焊接工艺，使不锈钢和钛形成了良好的连接。
哈尔滨工业大学的闫久春、孙小磊[5]等，在敞开环境下研究了一种适合复杂结构，并且能够进行可靠连接的“超声波振动辅助钎焊技术”原理，同时对铝基复合材料、铝合金、陶瓷/铝、玻璃/铝焊接的初步试验结果进行了描述。焊接结果表明：在钎焊过程中，通过施加适当的超声波振动，母材表面氧化膜可以有效地去除，进一步促进了母材与钎料的润湿。在低温、大气环境下，获得了具备微观组织结构和力学性能良好的连接接头。
南昌大学的朱政强等人[6]用电子背散射衍射(EBSD)方法来研究超声波焊接下铝合金AA6061的微观组织变化，从微观角度里加深对超声波金属焊接的理解。通过实验，得到原始铝箔和焊接后铝箔的品粒取向差分布图。通过分析品粒取向、晶粒结构和晶界特征了解超声波焊接对铝合金组织和结构的影响。
2.2 超声波非金属焊接的研究现状
郭毓峰[7]对12μm聚对笨二甲酸乙二醇酯(PET)/30μm聚乙烯(PE)薄膜超声波焊接工艺进行了研究，发现焊接振幅在2-10μm，对焊接接头热合强度的影响不大;在焊接振幅4-7μm出现了焊接接头的热合强度最大值。焊接接头的热合强度随着焊接时间的延长和焊接压力的增大表现出先增大后减小的变化规律。通过对不同工艺参数下焊接区域的结晶程度进行分析，其结果显示，接头的结晶程度影响着PET/PE薄膜焊接接头热合强度，焊接区域试样的结晶程度随着焊接时间、焊接振幅、焊接压力增加先减小后增大，焊接接头的热合强度先升高后降低。
赵钢[8]等人研究超声波焊接在汽车传感器封装中的应用。讲述了通过对材料、焊接方法的选择和焊口及工装设计与制造过程设计，来实现汽车传感器封装的方法。
赵仕彬[9]研究了超声波焊接在连接器中的应用。简明扼要地介绍了超声波焊接的原理，结合面的设计方法、设计要点，以及在连接器中的具体应用和使用范围。
西北工业大学的聂中明[10]研究了高电阻CdZnTe半导体(简称CZT)接触电极与引线的超声波焊接。认为：CZT晶片经机械抛光表面处理后，通过离子溅射法制备的金电极与外引线间具有较高的超声波焊合率，能获得最佳焊点质量的电极厚度为180nm。此外，确定CZT接触电极制备工艺后，楔入压力成为影响CZT接触电极与引线超声波焊接质量的主要因素，焊接功率则为次要因素。
3 总结
目前，对超声波金属的焊接机理认识不足，超声金属焊接作为一种固相焊接方法，或者说是金属间的“键合”过程，在焊接过程中，是否无金属熔化还有待进一步研究。还有在材料焊接中应用超声波，虽然焊接效果比较好，但是对于由超声波发生器、声学系统与机械系统相结合的整个系统来说，在稳定性、可操作性、可靠性等方面依然存在问题，所以声学系统的设计，以及声学系统与试件之间的连接方式等都非常重要。另外，从微观力学的角度研究超声波振动对晶粒和织构的影响也是未来研究的重要方向。
参考文献：
[1]李小明，李彦生，韩景芸.基于超声波焊接技术的快速成型方法研究[J].机床与液压，2007，35(3)：4-6.
[2]崔岩.超声波焊在坦克铝件维修中的应用[J].工业技术经济，2000，19(3)：114-116.
[3]杨圣文，吴泽群，陈平池.铜片-铜管太阳能集热板超声波焊接试验研究[J].焊接，2005(9)：32-35.
[4]张秋峰.钛与不锈钢的超声波扩散焊接[J].机械工程与自动化，2008(1)：125-127.
[5]闫久春，孙小磊.超声波振动辅助钎焊技术[J].焊接，2009(3)：6-12.
[6]朱政强，马国红，E.Ghassemieh.铝合金AA6061超声波焊接下组织演变分析[A].第七届中国机器人焊接学术与技术交流会议文集[C]，2008：107-110.
[7]郭毓峰.聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚乙烯薄膜的超声波焊接[J].宇航材料工艺，2010(4)：53-55.
[8]赵钢，曹智，董双辉.超声波焊接在汽车传感器封装中的应用[J].沈阳航空工业学院学报，2007(4)：25-28.
[9]赵仕彬.超声波焊接在连接器中的应用[J].机电元件，2006(4)：36-39.
[10]聂中明，傅莉，任洁，查钢强.CdZnTe接触电极与引线的超声波焊接[J].中国有色金属学报，2009，19(5)：919-923.
超声波焊接技术在工业产品设计中的应用探索
【摘 要】本文通过对超声波焊接技术原理的阐述及对超声波影响因素的探究，分析超声波焊接技术的优劣，结合笔者的设计实践，探索超声波焊接技术的发展，抛砖引玉，就基于超声波焊接技术未来的应用领域进行探索。
【关键词】超声波;焊接技术;工业产品
Ultra-sonic Welding Technology in the Application of Industrial Product Design’s Exploration
HE Jun-hua1 MA Wen-juan2 LV Shuang-shuang3 WENG Mao-hong1 GUAN Jun1 GONG Yun1
(1.School of Engineering， Zhejiang A&F University， Lin’an Zhejiang， 311300， China;
2.School of Agricultural and Food Science， Zhejiang A&F University， Lin’an Zhejiang， 311300， China;
3.School of Landscape Architecture and Architecture， Zhejiang A&F University， Lin’an Zhejiang， 311300， China)
【Abstract】The article through to the illustration of the principle of ultra-sonic welding and the affecting factors of ultra-sonic probe， analyseing the advantages and disadvantages of ultra-sonic welding technology， combined with the author’s design practice， explore the development of ultrasonic welding technology， topic and is based on the exploration on the application felid of ultra-sonic welding technology in the future.
【Key words】Ultra-sonic; Welding technology; Industrial product
在工业产品制作中，经常会用到一些工业材料，像塑料、金属、木材等一些其他工业材料。在日常生活中我们经常会看到某件产品不只用一种材料来制作;我们也经常看到一件产品由多个部分组成、并且各部分之间还会产生空隙，这不仅会影响产品的质量，还会影响产品的美观度。这就要求把它们彼此之间焊接起来。随着技术的发展，人们对焊接技术的要求越来越高，目前传统的焊接技术不但成本较高，而且焊接的质量不高，往往会产生细小的缝隙。因此人们希望运用新的焊接技术来提高产品的质量。
1943年，在总结前人理论和实践的基础上，美国的Behl发明了超声波焊，从此推动了超声波焊接技术的发展。由于超声波焊接技术具有节能、无须装配散烟散热装置、焊接时无须焊接附件、成本低、效率高、密封性好、易实现自动化生产等优点，超声波焊接技术发展的越来越快。
1 超声波焊接技术在工业产品中的应用现状
像在航空航天、核能工业、电子工业等这样一些精度要求很高的工业产品领域中，使用传统的焊接技术很难达到技术要求，而且成本高、效率低。目前，超声波焊接技术在各行各业都有广泛的应用，像医疗机械、包装、五金等行业;能焊接的产品也很多，像汽车零部件、光学镜头、U盘等。
2 超声波焊接技术的原理和特点
超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，因此能量大。超声波焊接是利用超声波频率(超过20000赫兹)的机械振动能量，连接同种或异种金属、半导体、塑料及金属陶瓷等材料的特殊焊接方法[1]。超声波作用于热塑性的塑胶表面时，会产生每秒上万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过上焊件把超声波能量传到焊区，又由于焊区即两个焊接的交界面处声阻比较大，因此会产生局部高温。又由于塑料制品导热性差，一时还不能及时散发出聚集的能量，因此能量就会聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定的压力后，就会使其融合成为一体。当超声波停止作用后，让压力再持续几秒钟，使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，从而达到焊接的目的。在对金属进行超声波焊接时，既不向工件输送电流也不向工件施以高温热源，只是在静压力作用之下，将弹性振动能量转变为工件界面间的摩擦功、形变能及有限的温升，使得焊接区域的金属原子被瞬间激活，两相界面处的分子相互渗透，最终实现金属焊件的固态连接。其焊接原理示意图如图1所示[2]。
2.1 超声波焊接技术的优点
与传统焊接技术相比较，超声波焊接技术有如下优点：(1)焊接速度快、焊接精度高、焊接焊点强度高;(2)焊接范围广、稳定性好、被焊接后的工件变形很小;(3)焊接物表面清洁美观、平整光滑;(4)焊接时，不需添加焊接剂，对被加工物不产生污染、不产生有害气体，因此是一种环保的焊接方法;(5)焊接时，只需提供较小的动力即可进行焊接，耗能低;(6)操作简单、成本低、效率高、密封性好。
图1 超声波金属焊接原理示意图
2.2 超声波焊接技术的缺点
尽管超声波焊接技术有很多的优点，但也存在不足之处，因此不得不加以重视。超声波焊接技术有如下缺点：(1)对超声波焊接机理的认识还不够全面;(2)对金属进行焊接时，焊件不能太厚;(3)对超声波焊接技术的影响因素比较多，不易进行把握分析和总结;(4)制造一些大功率的超声波焊接机成本高、而且比较困难;(5)对焊接好后的工件进行焊接处质量检测比较困难，因此给大批量生产带来阻碍。 3 影响超声波焊接质量的因素
虽然超声波焊接技术有众多优点，但其焊接质量与熔融量、材料的材质等因素有关，概括起来主要包括以下几方面的因素，如图2所示。
图2 影响超声波焊接质量的因素
(1)焊接材料的材质：一般来说焊接质量与材料的物性和材料的改性有关。材料的物性包括材料的弹性模量、摩擦系数、热导率、熔点等。物件的焊接质量与材料的弹性模量、摩擦系数、热导率成正比，与其密度、熔点成反比。材料的改性指的是在适宜的工艺条件下加入一些填料以改善材料的原有性能，使其满足客户的使用要求。在适宜的工艺条件下加入一些性能相近的材料，可以提高焊接接头强度。
(2)焊头与焊件的接触面：焊接面的清洁度、材料表面的粗糙度会影响焊件的焊接质量。增加材料的表面粗糙度可以提高焊接质量;焊接面的清洁度越高，焊接质量也越高。
(3)其他因素：焊接技术的工艺参数、焊接件的结构、连接形式、焊接时的熔融量、超声波的功率等。为达到最佳的焊接效果，在产品研发阶段，要对这些因素进行综合考虑。
4 超声波焊接技术在工业产品设计中的应用案例
正如以上所述，基于超声波焊接技术的产品研发，先要进行综合考虑影响焊接质量的因素，然后结合产品的市场前景，产品的成本，生产技术要求等条件，合理生产设计要素。
下面仅就一个设计案例――美国苹果公司发明的超声波塑料与金属焊接专利技术进行解读，从实践的角度来理解超声波焊接技术在实际中的应用。原有技术的不足：在还没有发明这项专利技术之前，所有的便携式设备(如手机)不能将金属与塑料进行融合，因此某些部件不能用塑料部件来代替，这样生产出来的手机不仅厚重、外形呆板而且缺少个性，设计上也不够自由、缺少灵活性。并且制作成本高、操作复杂、使用不方便，按键操作过多时，会接触不灵。解决案例：采用全新的超声波塑料与金属焊接技术，在手机内部某些部件使用塑料材质，减轻了手机的重量的同时也减少了金属的使用量。在壳体方面采用一次成型工艺，使外壳更加简约、流畅，操作简单，设计灵活，给人一种高端、大气的感觉。先进的超声波焊接技术一般还要使用多种材料融合的技术工艺，设计更加的自由和灵活，设计线条采用极简主义的风格，色彩上运用浅色，给人轻松、愉悦的感觉。在结构上更符合超声波焊接工作原理，使焊接质量更佳。
5 针对超声波焊接技术应用的案例得出的结论和展望
通过这次调研，作者通过对超声波焊接技术的了解，对超声波焊接技术应用进行研究，由于条件有限，在调查研究过程中还有不足之处，在此将在调研过程中涉及到的问题及解决办法总结一下，为后面进一步研究做铺垫。针对焊接质量的问题，我们得出在焊接时应保持接触面清洁和材料表面的粗糙度。要了解用户需求，针对特定的用户进行设计，设计出多种不同的外观形态，为不同的客户量身打造;在设计时还应该考虑情趣化的问题，设计出更加有情趣化的产品，营造轻松愉悦的环境。针对超声波焊接技术在产品设计中的展望，作者经过探索发现可以在工作时增加音乐播放功能，使焊接过程轻松、愉快。未来的超声波焊接技术也将更加的人性化。
【参考文献】
[1]关长石，费玉石.超声波焊接原理与实践[J].机械设计与制造，2004(6).
[2]朱政强，吴宗辉，范静辉.超声波金属焊接的研究现状与展望[J].焊接技术，2010，39(12).