超声波焊接范文

导语：如何才能写好一篇超声波焊接，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过上焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。

又由于塑料导热性差，一时还不能及时散发，聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。

当超声波停止作用后，让压力持续几秒钟，使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接强度能接近于原材料强度。

超声波焊接根据焊接方式的不同，可分为埋植法焊接、铆焊法焊接、点焊法和成型。

（来源：文章屋网 ）

篇2

关键词：超声波焊接 焊接质量 影响因素分析

引言

1956年超声波焊接技术被首次提出，此后几十年超声波焊接作为一种新颖的塑料加工技术，凭借其焊接速度快、焊缝质量好、易于自动化、适合于大批生产的优势而在汽车、电子、化工、医药、机械等行业得到了极为广泛的应用[1，2，3]。随着塑料材料大量应用于工业生产和日常生活中， 对其焊接技术的要求也越来越高，这是因为实际加工中很多结构复杂的塑料产品由于其工艺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来将零部件无缝连接到一起，构成一个完整的塑料零件，其焊接质量的好坏直接影响到产品的质量。塑料材料焊接当前采用最多的焊接方法即是超声波焊接，如何进一步提升塑料超声波焊接的焊接质量即成为制约塑料材料应用的重要因素之一。基于此，本文详细介绍了塑料超声波焊接的原理及构成并对影响其焊接质量的因素做了详尽的分析。

1 超声波焊接原理

超声波通常是指频率在20KHz 以上的弹性机械振动，其最明显的特性是方向性好，能量高，可以定向传播。基于此特性，当超声波垂直加到待焊接的塑料表面上时， 焊接面上的质点就会因超声波激发而快速振动， 使其连续交替地受压和解压， 在界面上因强烈振动而产生摩擦， 释放出大量的热。超声波引起的摩擦分为两部分即分子间内摩擦和表面剪切摩擦，分子间内摩擦是由于塑料材料内部分子因声波激发振动而产生的，而表面剪切摩擦是由于接触面在振动过程中产生滑移引起周期性结合与分离产生的。分子间内摩擦和表面剪切摩擦的综合效应称为聚合物振动摩擦，振动摩擦使机械能转换为热能，加之塑料导热性差，热量不易散发，便在焊接处形成局部高温，使结合处的材料迅速融化，振动停止后， 熔融的塑料在一定的压力下定形并构成坚固的分子链，达到焊接的目的。[3，4]

2 超声波焊接加工质量的影响因素分析

影响塑料超声波焊接加工质量的因素大致可以分为三大类：超声波焊接机对加工质量的影响、工艺优化对加工质量的影响以及塑料材料对加工质量的影响，现分别从这3点进行说明。

2.1 超声波焊接机对焊接质量的影响

超声波焊接机主要由超声波发生器、换能器、变幅杆、焊头及配套的夹具组成，焊接机的好坏是决定能否成功焊接的前提。

超声波发生器作为超声波焊接机的核心组成部分，其性能的好坏对焊接质量有着决定性的影响。超声波发生器的作用主要是用于将工频电流转变为超声波频率的振荡电流，其核心要求之一即是要求能频率自动跟踪控制，即要求其能对在工作中变化的换能器谐振频率进行跟踪，以保证整机工作在谐振频率内，这是因为系统振动一旦失谐，直接将导致振幅降低，造成焊接质量不稳定甚至失败。其次超声波发生器还应具有功率自适应功能，能在工作中根据负载的变化来调节输出的功率，以实现焊接机的高效率与高稳定性[5]。

换能器是用来将发生器产生的高频电能转换为弹性机械能的装置，是超声波声学系统的关键部件之一，其原理是利用单晶体材料的逆压电效应将输入的电功率转换为机械功率。换能器与超声波发生器之间的匹配是保证焊接质量的要点，必须保证两者之间的谐振，否则易导致换能器发热、温度过高、易损坏，同时也可能导致发生器电源的损坏。

超声波的原始振幅一般很小，通常只有几微米，而实际加工应用中所需要的振幅在几十到几百微米左右，所以通常需要通过变幅杆将其振幅放大，并且变幅杆还可以起到机械阻抗的作用，在换能器与负载之间进行阻抗匹配，使超声波能量更有效地从换能器向待焊接面传递。对变幅杆的主要要求是在工作频率内材料损耗小，传递效率高，同时其疲劳强度要高而声阻要小，以获得较大的振动速度和振幅位移。

超声波焊头是超声波能量传递的最后一个环节，它将超声波产生的高频振动传递到待焊接的表面上，因其要传递超声波，所以焊头一定要工作在谐振状态下，即焊头的固有谐振频率要与换能器匹配，其次还要求其振幅均匀，焊头端面形状适应被焊接工件的形状。

超声波焊接夹具主要起定位和承载的作用，夹具的加工精度对焊接产品的形状和精度有直接的影响，夹具与焊接产品的角度和弧度不吻合时易造成产品焊接后尺寸偏差甚至发生变形。夹具按照焊接产品仿形加工完后还需要微调其固有频率，使其频率与超声波焊接机吻合，以达到最佳的焊接效果[6]。

2.2 工艺优化对焊接质量的影响

塑料超声波焊接的工艺优化主要包括加工参数优化与焊接工艺优化。

工艺参数优化，适宜的加工参数是保证超声波焊接质量的关键条件之一，超声波焊接主要的可调参数有频率、振幅、焊接压力、焊接时间及保压时间。

常用的超声波频率范围有15、20、30及40KHz，针对不同的焊接材料特性所需的频率也各不相同，例如对于薄壁件焊接则宜采用较大的振动频率，这是因为在功率一定的情况下，提高频率可以降低振幅，从而可以降低薄壁件因交变应力而产生的疲劳破坏；而对于较厚的焊件，则宜采用较低的振动频率，这是由于振动频率对焊点的剪切强度有影响，材料越厚、越硬，其影响越大，因而较高的振动频率反而不易焊接成形。对于同一种焊接材料，随着焊接频率的提高，其所需的振动速率与振幅均变小，焊接面温升变快，焊接强度变大，但其传递损耗也变大。

振幅的大小直接影响到塑料材料的熔化程度，对于需要焊接的材料来说是一个关键参数。振幅的选用与被焊接材料的性质和厚度有关，其范围一般在5～25μm，振幅选用太小易产生不均匀的初始熔化及过早的熔体凝固，而振幅太大时又易使焊接面加热速度过快，导致熔化材料流动速度较快而产生大量的飞边并降低焊接强度[1]。在适宜的振幅范围内，增加振幅有利于超声波能量的扩散，缩短焊接时间，提高焊接效率，同时也能提高焊接接头的强度。

焊接压力有两个作用，一是提供焊头与零件间耦合所需的静压力，以便超声波传能量传递到焊接面，二则是在振动结束后提供必要的保持压力以确保接头处材料凝固，使零件连成一体。焊接压力过低时，超声波几乎不能被传递到焊接面上，大多数能量都损耗在焊头与零件之间，造成塑料材料熔融不充分，从而导致需要更多的焊接时间；而如果焊接压力过大，则会增加所需要的功率，造成熔体过流，导致熔融层材料严重挤出，减少熔融层厚度，降低焊缝强度，同时也会产生零件压痕，极端情况下还可能造成过载使焊头停止工作。在其他焊接条件不变的情况下，适当提高焊接压力可以在保证焊接强度的前提下缩短焊接时间，这是因为较高的焊接压力更易在较低温度下产生塑性变形，同时也能在较短的时间内达到最高温度。

焊接时间对接头质量影响很大，焊接时间过短会导致焊不上或焊缝强度不够，而焊接时间过长则会导致塑料熔融过剩，焊线以外的材料熔化且易产生压痕降低焊接质量。对于不同的焊接压力，达到所需焊接强度的时间各不相同，增大焊接压力可以在一定条件下缩短焊接时间。

保压时间即是指振动停止后零件在一定压力下凝固和结合的时间，在大部分情况下，其并不是一个关键的参数，一般取0.3-0.5s即可[1]。

上述各参数是相互影响、相互关联的，通常需要综合调节各参数以达到最佳的焊接质量，例如针对焊接加工中焊缝挤出的问题，这通常是因为焊接振幅过大、焊接时间过长而使振动产生的热量超出熔融焊线所需的热量，导致焊线以外的材料熔化而从焊缝中挤出。当出现这种现象时，应适当降低焊接振幅与焊接时间，保证材料不被过多的熔化，其次也要降低焊接压力，避免材料挤出量过大。

焊接工艺优化主要是指焊接焊线的优化设计，焊接线的设计是影响产品焊接精度的一个重要因素，焊线设计不合理易使产品在焊接过程中因受力不均而发生滑移，造成焊接产品偏位或尺寸偏差。依据不同的焊接接口以及焊接材料特性，应选用不同的焊接线形式。超声波焊接中常使用的焊接线结构类型有三角形焊线、围边式焊线、峰谷式焊线和台阶式焊线，实际加工中可以根据需要进行优化选取[6]。

2.3 塑料材料对焊接质量的影响

塑料材料对焊接质量的影响主要分为塑料材料的可焊性与塑料材料表面状态对焊接质量的影响。

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

其中：

G――塑料材料的可焊性；K――焊件形状因子，取决于焊件的壁厚、尺寸大小及焊头的形状尺寸；E――塑料的弹性模量（ GN/m2 ）；λ――导热系数（ W/m・K）；μ――塑料的摩擦系数；ρ――塑料的密度（ kg / m3 ）；C――比热（J /kg・K）；t - 熔点（ K）。

从上式可以看出塑料材料的可焊性与其弹性模量、导热系数、摩擦系数成正比，而与其密度、比热容及熔点成反比。

正确选用塑料材料是保证焊接质量的首要条件，一些常见的各种同种塑料和异种塑料的可焊性分析表格在文献[1]中已有详细的介绍，这里就不再赘述。

塑料材料的表面状态则包括了材料的表面粗糙度，焊接搭接宽度及导能筋等对焊接质量的影响。塑料材料表面粗糙度越大越有利于降低声阻，提高表面能流密度，进而提高焊接质量。焊接搭接面越宽，其焊接接头强度越低，这是因为搭接宽度越大，焊接接头边缘应力集中越大，越易出现微裂纹，从而降低接头强度[6]。导能筋通常是一个铸在零件配合面的小三角形隆起，用于将焊接初始接触限制在一个非常小的区域内从而将超声波能量集中在三角形顶部，其次它还可以为熔融的塑料在温度和压力共同作用下铺展提供空间，避免应力集中，从而实现精密焊接，其三角形顶部角度是一个关键参数，常用的角度通常为90°或60°。

结语

塑料超声波焊接技术凭借其焊接速度快、焊缝强度高、焊缝质量好的优点而越来越受到广泛的应用，其应用前景也必将随着塑料材料的进一步推广使用而不断扩大，与此同时对其焊接质量的要求也必将越来越高。塑料超声波焊接焊接机理复杂，受到众多因素的影响，这包括焊接机设备、焊接工艺参数、焊接工艺及塑料材料特性等多个方面，理解并弄清上述各因素对焊接质量的影响是进行成功焊接的前提。

参考文献

1. 张胜玉. 塑料超声波焊接技术（上）[J]. 橡塑技术与装备， 2015（08）：50-54.

2. 冉茂杰. 热塑性塑料的超声波焊接[J]. 工程塑料应用， 1986（04）：36-36.

3. 陶永亮. 塑料焊接加工几种方法[J]. 塑料制造， 2011（12）：75-79.

4. 陈振伟. 超声波发生器的研究[D]. 浙江大学电气工程学院 浙江大学， 2007.

5. 王叶， 陈斌. 超声波焊接原理及其工艺研究[J]. 科技创业家， 2013（07）.

6. 陈源， 丁斌. 贯流风叶超声波焊接机的工艺优化[J]. 中国包装工业， 2015（Z1）：101-102.

基金项目

家电送风系统设计及制造的数字化、智能化技术研究与应用项目（2013CXTD01）；贯流风扇叶超声波焊接机器人研发及柔性生产线示范（2013AH100013）。

作者简介

篇3

关键词：钢结构防护密闭门；焊接质量；超声波无损检测

在建筑施工中，人们要应用到钢结构防护密闭门焊接的技术，如果钢结构防护密闭门焊接的质量出现问题，施工的整体质量就难以保证。做好钢结构防护密闭门焊接质量的检测有非常重要的意义，目前人们在做钢结构防护密闭门焊接质量检测的时候，一般应用超声波无损检测的方法。本次研究说明了钢结构防护密闭门焊接质量超声波无损检测的方法，应用这种方法检测钢结构防护密闭门焊接质量，人们便能了解焊接施工的成果，从而提高焊接施工的质量。

1 超声波无损检测的目标

钢结构防护密闭门焊接质量的无损检测方法有很多，超声波无损检测是较为常见的一种检测方法。超声波技术是人们发现大于20000赫总结经验上的声波频率，人的耳朵虽然听不见，然而却可以用特殊仪器接收的一种声音。这种声波作用在不同物理性质的物体上，声波反射回来的波形会不一样。人们应用发射超声波，接受超声波反馈回来的数据，这种方法可以了解一件事物的物理结构。超声波的原理被应用在钢结构防护密闭门焊接质量的无损检测中，即人们应用发射超声波和接受超声波反馈信息的方法了解钢结构防护密闭门材质是否产生了异样的变化。应用这种技术，人们能够了解钢材质经过焊接以后受到何种程度的物理损伤。这种检测方法成本低、适用性强、检测结构准确，目前被广泛的应用。

2 超声波无损检测的方法

脉冲反射法是目前比较常见的钢结构防护密闭门焊接质量超声波无损检测方法。这种检测方法根据埋设探头的不同分为直探头探伤法与横波斜探头探伤法。一般来说，横波斜探头探伤法常被应用于钢结构防护密闭门焊接质量超声波无损检测中，本次研究以此为例案，说明钢结构防护密闭门焊接质量超声波无损检测技术的应用方法。

2.1 应用条件分析

横波斜探头探伤法是将传感器埋在始脉冲与底脉冲之间，然后发射超声波，传感器接受了超声波传来的信息以后，将它反馈给计算机处理器，计算机将反馈的数据转换为数据波形，人们通过观察波形了解焊缝质量的一种检测方法。

横波斜探头探伤法中，探头发射的超声波与焊缝危险缺陷会存在夹角，为了调整检测的精确度，人们需要用低频发射超身波，探头的斜率需控制在K1.5-K2.5之间，埋射探头的耦合剂通常选用带有粘性的浆糊。

2.2 检测前的准备

钢结构防护密闭门焊接完毕以后，外表会有大量的杂物和不规则的深坑，在检测以前，需清除杂物，打磨深坑，以便超声波在检测时出现误差。施工人员在做钢结构防护密闭门焊接质量的超声波无损检测时，需先了解该次要检测的对象。比如施工材料的焊缝种类、坡口形式、材质的正面或背面等。施工人员在做检测时，将以这些对象作为指标，了解该次焊接施工的质量。施工人员在做焊接检测时，如果要准确的了解到超声波反馈信息，便要做好以下的准备工作：要控制检测的速度，一般来说，施工的速度要控制在每秒150毫米以下；焊接的检测通常会出现灵敏度的误差，施工人员要做好传感器的调整工作，做好灵敏度的补偿计算工作；施工人员在检测时，要在检测过程中应用宽度重叠的方式作检测，以锯齿型扫查的方式移动，这种检测方式能够更准确的得到检测的结果。在焊缝的两个边侧和焊缝中心则要用斜平行扫查的方式作移动。在做钢结构防护密闭门焊接质量超声波无损检测的时候，施工人员可应用这两种方法对检测的对象全方位的进行检测，以便准确的了解钢结构防护密闭门焊接质量。

2.3 检测应用方法

应用钢结构防护密闭门焊接质量超声波无损检测的时候，施工人员要全方位的扫查焊接的成果，以便详细的了解焊接的质量。人们通过计算传感器反馈的波形图就能够了解焊接的质量。

3 超声波无损检测的分级

为了描述钢结构防护密闭门焊接质量的超声波无损检测的结果，目前人们用分级的方法说明检测的质量。钢结构防护密闭门焊接质量的超声波无损检测的分级标准如表1所示。

钢结构防护密闭门焊接质量的超声波无损检测的检测缺陷可描述为如下：出现气孔，即施工人员在焊接的时候出现了气体，这些气体融合在钢材质中形成气孔；夹渣，即施工人员在焊接的时候，杂质混进了钢材质中；未焊透，即施工人员未通过高温将两种材质合二为一；未熔合，即施工人员未通过高温将两件钢材质结合起来，出现了较大的焊缝；裂缝，即施工人员焊接过度，破坏了钢材质。

施工检测的I级标准为焊接的结果达到施工的要求；IV级标准为焊接中出现了裂纹及未焊透的问题，即焊接质量不合格。

在进行钢结构防护密闭门焊接质量的超声波无损检测的时候，有时会出现检测结果不太精确的问题，这种检测结果不能反映结构防护密闭门焊接质量，此时施工人员需更换检测的方法、调整检测的参数、用多种角度进行检测。如果从这三个方面进行调整，施工人员就能得到较为准确的检测结果。

4 结束语

应用钢结构防护密闭门焊接质量的超声波无损检测的方法，人们可以在不影响钢材质焊接成果的前提下了解到钢结构防护密闭门焊接质量，这是一种较为先进的检测技术。本次研究从钢结构防护密闭门焊接质量的超声波无损检测的目标、方法、分级这三个方面说明了这种检测方法的应用。

参考文献

[1]喻海萍.小口径薄壁管分层缺陷的超声探伤[J].无损探伤，2007（3）.

篇4

压力容器被广泛应用于能源工业和科研领域，焊接检测方法也受到重视。本文以超声波探伤为例，论述了这一方法的检测原理和方法，提出了应用过程中应用注意的要点，以期提高检测工作效率和检测精度。

关键词：

压力容器；超声波探伤；检测方法；

压力容器包含承受压力的壳体、不同连接件和密封件，现已被广泛应用于石油化工、科研和军工行业，也对压力容器的质量提出了较高的要求，压力容器生产过程中必须严格遵循国家行业规定。焊接工作是压力容器的重要加工程序，压力容器的质量与焊接有着直接的关系，因此焊接质量的检测也成为重点。随着科学技术的发展和进步，超声波探伤方法在焊接检测中获得了广泛的应用[1]。超声波探伤方法可以检测较大厚度范围内的工件的内部缺陷，应用过程十分简便，成本较低，不会对人体造成危害，且检测的灵敏度较高，缺陷定位十分准确，至今已成为压力容器生产中的重要检测方法。

1压力容器

压力容器主要借助焊接工艺组装，焊接工作成为压力容器生产过程中的重要环节，压力容器中的受压部件和承载压力的壳体部分焊接过程中应用全焊透的对接接头。针对压力容器内部缺陷而言，主要包含裂纹、气孔、夹渣、未熔合、未焊透几种。裂纹一般分为热裂纹和冷裂纹，主要是在熔焊冷却过程中因为应力变化产生，会严重影响到压力容器的静拉力和冲击载荷；气孔主要分为密集气孔、单一气孔和链状气孔几种，主要形成原因是在焊接过程中由于气体没有及时溢出，金属内部和表面形成空穴，气孔问题将会减少焊缝的有效工作截面，降低接头强度；夹渣问题主要分为非金属夹渣和金属夹渣两种，主要形成原因是在冷凝过程中没有及时排出熔渣，一部分熔渣留在焊缝中形成夹渣，严重影响到压力容器的力学性能，夹渣的数量越多，影响程度越大；未焊透问题主要分为根部未焊透和中间部分未焊透问题，主要原因是在焊接过程中母材之间存在局部未熔合问题，该类问题对应力集中分布十分敏感，影响压力容器的强度和疲劳。

2超声波探伤

2.1探伤原理和主要设备在均匀的材料中如果存在缺陷，将导致材料不连续，不连续材料将会导致声阻抗出现较大的差异，结合反射定理可以知道，超声波在不同声阻抗接触的交界面上发生反射，反射回的能量大小和交界面的声阻抗大小有着直接的联系，因此可以应用超声波反射回的能量大小判断出材料中的缺陷位置。检测方法应用过程中主要应用超声波探伤仪，该种设备主要是应用超声波的传播原理、声电转换原理和无线电原理设计制作，超声波探头是其中最重要的部分之一。超声波探头可以实现声信号与电信号之间的转换，一般也被称为超声波换能器。应用超声波方法探伤，探伤仪及时发出超声波频率的电振荡脉冲，探头会将电振荡脉冲转换为机械振动，将振动信号以超声波的形式发射出去，被检测工件会接收振动信号，之后工件及时将信号反射回去，探头将反射的振动信号转换为电信号，电信号经过超声波探伤仪的放大器放大，及时将信号显示出来，便于判断工件焊接中的问题[2]。

2.2应用过程

2.2.1探伤准备第一，修正探测面。及时清除探测面上的氧化皮、油垢和焊接飞溅，探头移动区域内检测面应有良好的声耦合，一次反射波法的检测宽度为2.5KT，直射波法为1.5KT，其中K表示探头的斜率，T表示母材厚度。第二，测定斜探头的入射点和斜率。在对接焊缝内部缺陷检测的过程中一般应用斜探头，先必须测出斜探头的入射点和斜率K。斜探头的入射点一般为声束轴线和探头楔块底面的交点，斜探头的斜率K一般为声束与板中折射角的正切值。检测过程中对缺陷的定位精度直接受到斜探头的入射点和斜率影响，由于制造和磨损的原因，标称值与实际值之间可能存在一定的误差，因此必须在每次焊缝检测之前都要进行测定。第三，绘制距离和波幅曲线。距离-波幅曲线应用的探头和设备需要以材料上的实测数据为基础，曲线中主要包含评定线、判废线和定量线等信息。

2.2.2现场探伤被检工件的焊缝和表面经过外观检查合格后可以应用超声波探伤检测方法，探伤检测之前，工作人员明确被检工件的材质、曲率、厚度、焊缝类型和焊接方法等，如果试块表面的耦合损失和材质衰减情况与被检工件不同，需要相应对探伤的灵敏度进行补偿。

2.3超声波探伤操作要点

2.3.1探头的应用在焊缝两侧涂刷耦合剂，工程检测中常用的耦合剂有甘油、浆糊、水等。在检测过程中，要保持探头在工件表面平稳移动及耦合良好，所以在手持探头时，在上部要有一定的压力使其贴合，同时夹持探头移动进行扫查。扫查速度与探头的有效直径及仪器的重复频率有关，焊缝的手工检测，扫查速度一般在150mm/s以下，相邻探头的移动区域需要保证有15%以上的覆盖区域[3]。

2.3.2扫查过程在检测缺陷的过程中，保证斜探头与焊缝中心线检测面垂直，之后进行锯齿形扫查，同时保证焊接接头的截面在探头前后移动的范围内，在探头垂直移动的过程中还需要做出10~15°的左右转动，图1为扫描轨迹示意。为了便于及时观察材料缺陷的动态波形，分辨出缺陷信号，确定工件的缺陷位置和形状，一般将左右扫查方式、转角扫查方式和环绕扫查方式结合起来[4]。在扫查过程中，由于探头的前后移动和左右移动导致探头在被测工件表面的运动轨迹为锯齿形，探头前后移动和左右移动的距离必须在相同方向覆盖区域的10%~20%。在初步扫查发现可能存在缺陷后，先用前后、左右扫查找到缺陷的最大回波，以此作为一个基准点，然后用前后扫查确定缺陷水平距离或深度，用左右扫查确定缺陷沿焊缝方向的长度，用转角扫查推断缺陷方向，用环绕扫查大致推断缺陷形状。

3结束语

随着科学技术的发展，超声波探伤技术在压力容器制造、使用中的应用越来越广泛，提高了生产效率和设备的安全性。在检测过程中重点是根据不同的材料、焊缝型式、厚度等参数，选择合适的检测面、仪器、探头和扫查方法。在检测中，要从人员、设备器材、技术文件、检测程序、检测环境几方面加强质量控制，保证产品质量和安全性能。

参考文献：

[1]夏智.对厚壁压力容器超声波周向检测工艺的分析[J].压力容器,2015,25(9):161.

[2]徐丽洁,高小青,徐时恩等.大型压力容器的超声波无损检测[J].中国科技纵横,2015,26(16):192.

[3]王辉.钢制压力容器焊缝内裂纹的超声波检测技术[J].焊接,2014,12(4):130.

篇5

关键词:钢结构 T型角焊缝 超声波 检测

0 引言

火力发电厂的主厂房钢结构，承受着重达万吨至几万吨的静载荷和锅炉启停机热胀冷缩等原因形成的动载荷，有时甚至要受到地震等自然灾害的影响，因此钢结构焊接质量的好坏，对机组能否安全可靠的运行关系重大。而超声波探伤是够有效的检验其内部缺陷的可靠手段，对准确评价钢结构的质量、可靠性以至于运行寿命有很重要的现实意义。

1 钢结构T型焊缝的超声波

1.1 简介:“T”型焊缝结构:主厂房钢结构“T”型焊缝由翼板和腹板焊接而成，焊缝分为非熔透型和熔透型两种。非熔透型焊缝分无坡口和“V”形坡口，现场主厂房钢结构以熔透型焊缝分“K”形坡口为主的T型接头。

1.2 探测基本条件选择

1.2.1 探头的选择:

①探头折射角的选择:为了保证探头主声速能够扫查到整个主厂房钢结构焊缝截面，及主声速中心与危险性缺陷垂直，并且有足够的探伤灵敏度。在腹板上探伤的探头折射角根据腹板厚度来选择。(见表1)

② 探头频率的选择:根据主厂房钢结构焊缝腹板厚度较小的实际情况，宜采用较高频率，一般选择2.5MHz。

③ 探头晶片尺寸的选择:为了确保探头检验效率，一般选择晶片尺寸为13×13。

1.2.2 耦合剂的选择:在主厂房钢结构焊缝探伤中，选择流动性、透声性、粘度适宜，附着力较好，探测结束后易清洗，并且对人体无害的耦合剂，一般选用化学浆糊即可。

1.2.3 探测面的选择:根据现场的实际情况，选用在腹板上进行斜角扫查的方式，腹板应经修磨合格。

1.2.4 仪器、试块的选择:使用PXUT—280B型全数字智能超声波探伤仪，用CSK—1A试块进行探头前沿及声速校验、折射角的校验，使用RB—3试块进行DAC曲线制作。

1.2.5 探测面的修磨:使用手动砂轮机清除焊缝腹板表面的飞溅、油漆、氧化皮。修磨宽度由腹板厚度而确定，修磨宽度为:P≥2TK+50。

1.2.6 灵敏度的补偿:现场探伤中，当用试块调灵敏度对焊缝进行探伤时，为了保证在焊缝中发现规定大小的缺陷，对测定试块与焊缝声能传输损失差，进行适当补偿，实际探测中灵敏度的补偿为:+2dB。

2 DAC曲线制作

2.1 测声速:选择声波方式为横波，试块一次声程输入50mm，二次声程输入100mm，确定后将探头在CSK—1A试块移动，使R50的最高回波出现在进波门时，下降至60%时，稳定探头不动，确定;再使R100的回波，下降至60%时稳定探头不动，再次按确定，测量出探头前端至R50的水平距离L=41mm，输入仪器。仪器自动计算声速:3241m/s，探头前沿:10mm。

2.2 测K值(测折射角):输入反射体深度:40mm，反射体直径:Φ3mm，探头K值:2.5，确定后将探头在RB-3试块移动，使深度:40mm的最高回波出现在进波门时确定。仪器自动计算K值(测折射角):K=2.57(β=68.7°)。

2.3 制作DAC曲线 输入最大探测深度为:60mm，反射体直径:Φ3mm，反射体长度:40mm，确定后将探头在RB-3试块移动，调节增益使深度为10mm孔最高回波在80%时按确定，再移动探头，依次找到20mm，30mm，40mm，60mm的孔的最高回波，将几个波高储存后，DAC母线完成。依次输入判废偏移-4dB，定量偏移-10dB，测长偏移-16dB并按确定后，DAC曲线制作完成。

3 现场实际探测分析

将调试和设置好的仪器带到现场，打开仪器选择好通道，调节增益、DAC门，探头1在腹板的A面以前后、左右、环绕、转角等方式探测，在焊缝端点至400mm处，用一次波发现一个缺陷波，位于判废线以上，用6dB测长法进行测长，记录缺陷波数据，如下:

3.1 探头前沿至翼板缺陷的水平距离:L1=33mm

3.2 缺陷至腹板A面的深度:H1=13mm

3.3 缺陷长度:F=22mm

3.4 缺陷当量Φ3×40+6dB 转贴于

探头2在腹板的B面以前后、左右、环绕、转角等方式探测，在焊缝端点至400mm处，用二次波发现有一个缺陷波，位于判废线以上。

4 缺陷判定

根据《钢熔化焊T形接头角焊缝超声波检验方法及质量分级 DL/T542—94》要求，缺陷波位于Ⅲ区，并指示长度22mm>15mm，该焊缝级别Ⅳ级，属于超标缺陷，进行返修处理，返修的结果证实此缺陷是危险性缺陷未熔合。

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关键词：不等厚焊缝；缺陷；板波；超声检测

在工程上，有时需要将两段不同厚度的薄壁圆筒对焊在一起，由于多种焊接因素的影响，在焊接过程中可能会在焊接区域形成各种焊接缺陷，因此在焊接之后，需要对焊接区域的焊接缺陷进行定性、定量、定位的检测。对于大批量生产的焊接件，这种检测需要在线自动完成。

1 不等厚对接焊接缝特点

在不等厚薄壁筒对接焊缝进行自动检测探伤中，该焊缝结构特点如下：

（1）筒体的壁厚较小，通常为1.6mm，而筒底焊接区厚度为

2.6mm。

（2）焊缝为不等厚对焊，筒底向左方厚度逐渐增大，几何形状复杂，焊道外侧表面粗糙，残留明显的车削刀纹。

（3）筒体和筒底以及焊道金属的化学成分不同。常见的焊缝缺陷有气孔，夹渣，裂纹，未焊透，焊偏等形式，其中未焊透和裂纹是焊缝中危险性缺陷，它们大多与基体表面呈垂直状态形成。文章的目的就是要解决这种不等厚薄壁筒对焊缺陷的无损检测技术，进而利用这种技术探讨钢质药筒焊缝缺陷在线检测问题。对于焊缝的探伤，目前已有多种检测手段，比较常见的有：射线检测、涡流检测，磁粉探伤和超声检测等技术。但对于这种薄壁不等厚对接的焊接方式，还没有一种成熟的技术可供在线检测使用。针对这种不等厚薄壁筒焊接情况进行了原理探索，在理论分析和实践的基础上，提出了一种水浸正交超声检测法。这一原理的关键在于针对轴向敏感缺陷采用轴向板波检测，针对周向敏感缺陷采用周向板波检测，从而达到对焊缝实施定性、定量和定位的在线检测的目的。

2 试验数据分析

2.1 测试结果

为验证理论分析结果，分别用厚度30mm和50mm的碳钢板制作两组试块进行试验，每组四块试样，加工成倾角分别为10°，12°，14°和16°。按照上述方法进行试验，在每块试样上测定两个点，不同试块上两测试点距倾斜面起始点的距离相同，试验结果见表1。

表1可见，随着试块厚度的增加，测试误差逐渐减小；同一组试块，随着试块倾斜面角度的增加，测试误差逐渐减小。其原因主要是随着试块厚度和倾斜面角度的增加，减小了近场区内反射对最高反射波定位的影响及人为因素的影响。

3 误差分析

表1理论计算与实际测量间存在一定误差，原因主要有以下几个方面：

3.1 与缺陷形状、长度和方向有关

有些缺陷是有一定体积与形状的，某一方向与波束垂直，波峰最高时并不一定代表缺陷在焊缝中的最深深度，所以以最高波定位时，往往存在一定误差，但误差不太大，而且通常在焊工返修时都能排除。例如本试验中编号为4b总长1mm的未熔合缺陷，与坡口有一定角度，且超声波主声束呈圆锥状，此时要根据声束分辨出1mm的深度太难，加上人眼的分辨力影响，所以只能得到一个最高波峰值。

3.2 与仪器的精度、量具和操作人员有关

由于仪器和使用量具的精度，以及操作人员的经验存在一定差异，不可能与理论计算的数据达到100%吻合。但从数据来看，误差值均较小，可忽略不计。

4 缺陷波判定

4.1 缺陷波

当使用二次波探伤时，如反射波位于一次波声程和二次波声程之间，则测量探头前沿至反射体的水平距离，若声束二次波在管子内壁上的转折点在焊缝外位于探头一侧，反射于焊缝或热影响区内，则该反射体初步判定为缺陷。

另外，还可以按以下情况来判定缺陷波：

（1）当从焊缝两侧探伤都可发现反射波，且从两侧对反射体进行水平定位都在焊缝中心附近同一位置，则可判定为缺陷波。

（2）当从焊缝两侧探伤都可发现反射波，且从两侧对反射体进行水平定位都在靠近探头一侧的焊缝中，则可判定为缺陷波。

（3）一次波标记点附近出现的反射波，只要一侧定位在靠近探头侧的焊缝中，或两侧定位都在焊缝中心线上，都可判定为缺陷波。

4.2 伪缺陷波

除以上各方法初步判定为缺陷波的反射波外，其余各种情况的反射波均可作为伪缺陷波处理。

另外因管线焊接的特殊性，以下几种特殊情况产生的伪缺陷波较为常见，分析如下：

4.2.1 焊缝根部成形不良

焊接时，当根部余高过大或成形不规则时，易形成与未焊透根部缺陷相似的反射波形，判断方法为：

（1）根部成形不良的反射波的声程要略微大于一次波标记点，

而根部缺陷的反射波声程在一次波标记点内。

（2）根部成形不良的反射波水平定位在偏离焊缝中心线远离探头一侧，而根部缺陷的反射波水平定位在焊缝中心线上或靠近探头一侧。

4.2.2 错口引起的反射波

野外管道焊接时因管子本身椭圆度及对口的问题，错口存在较多，判断方法为：

（1）当错口出现且声束和错边方位合适就会出现

错边反射波，此时应从焊缝另一侧进行探测，由于声束与错边方位不合适，将不会有反射信号。

（2）错口处多数除产生横波反射外，还可能因余高的存在而产生变型纵波，既显示为山字波，此时可用沾有耦合剂的手指拍打相应的余高处，则山字波的后面两个波将跳动，即可确认为错口引起的反射波。

以上操作可分辨缺陷波和伪缺陷波，但仍不能对缺陷进行定性。缺陷的定性需了解各种缺陷的成因及其典型波形，结合大量的实际经验方可进行，在这里简要介绍各种缺陷的成因及其典型波形。

参考文献

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关键词：地质录井设备；超声波传感器；技术改进

一、靶式流量传感器在钻井液出口流量检测中的弊端

现场流量传感器均采用靶式流量传感器，该传感器测量原理是依据出口钻井液流量大小的变化使得出口流量管内钻井液液面的高低起伏变化，从而带动靶式流量传感器的摆动把一起摆动，摆把带动紧固在其根部的圆形滑动变阻丝不断滑动，使滑动变阻器的输出电阻发生瞬时变化，传感器将可变电阻的输出电阻的变化转化成输出电流的变化，在仪器上通过标定反映出所要测量出口流量的大小变化，从而实现定量检测出口流量大小的目的。由于出口流量的变化加之架空槽坡度较大，使得出口流量液面起伏较大，所以靶式流量传感器不停摆动，这样传感器电阻滑动圈由于频繁不断的来回滑动很容易损坏， 再者就是由于把手不断摆动使得机械转动部分容易磨损损坏，以及容易产生把手与滑动轴承之间松动而出现变阻丝不滑动等情况，加之传感器安装在高空流量管线上，这会给现场维护、维修和更换流量传感器带来很大的麻烦。

二、超声波体积传感器在钻井液出口流量检测中的实践分析

超声波体积传感器是利用传感器发射和接受超声波的时间差来计算钻井液池液面高度的原理来设计的，使用超声波体积传感器来测量出口架空槽内钻井液液面的高度变化，能反应出口流量的大小变化。超声波传感器测量反应灵敏，精度高，不易损坏，加之安装位置灵活，可以选择在方便维护的位置安装，极大地降低流量传感器的维修次数和频率，减小操作人员工作量，降低流量传感器成本，提高录井资料的质量。

靶式流量传感器测量原理就是依据出口流量的变化导致出口管内钻井液液面高低发生变化，从而带动流量传感器靶手上下摆动，形成传感器输出电阻变化，进而转化成传感器的输出电路的变化，所以反映出了流量大小。通过分析不难看出，钻井液流量大小变化实质上是管内液面高度的变化，而靶式流量传感器问题之多、寿命之短能不能找个替代传感器来取代现用的传感器，通过上面分析，出口流量的变化其实质是出口流量管内液面高度的变化，超声波体积传感器就是通过传感器检测池内液面高度的变化来实现测量池体积的变化。因此，可以使用超声波体积传感器来替代靶式流量传感器来测量出口流量的变化。

超声波体积传感器其测量池体积原理是利用传感器发射和接受超声波的时间差来计算钻井液池液面距离传感器探头之间的高度的原理来设计的，进而根据液面高度与池体积的关系来反映出钻井液池体积的变化来。依据这个原理，使用超声波体积传感器来测量出口架空槽内钻井液液面的高度变化，也就是反应出口流量的大小变化。而且，超声波传感器反应灵敏，测量精度高，不易损坏，加之安装位置灵活，可以选择在方便维护的位置安装，这样极大地降低流量传感器的维修次数和频率，大大减轻现场设备操作人员的传感器维护保养强度，降低流量传感器成本，提高录井资料的质量。

三、超声波体积传感器安装与应用

超声波体积传感器主要是改造安装传感器的固定支架是能否用超声波体积传感器替代传统靶式流量传感器的关键所在。首先要做好安装前的超声波支架改造工作。支架焊接需要注意四面的加高铁板一定要焊垂直，否则会影响使用后的测量效果，一旦焊接不正，很有可能造成传感器信号不是和液面垂直，而是有一定的角度，这就会造成测量数据波动，甚至跳动，从而出现假的“流量波动信号”，给正确判断出口流量变化造成不必要的麻烦。所以这一点一定要把握好，确保超声波流量传感器信号的质量。再就是开口不能太小，至少20cm*20cm，否则超声波流量传感器容易受到四壁的铁板干扰而造成测量值跳动，给超声波流量传感器正常使用带来很大的麻烦。另外超声波流量传感器安装要求垂直于液面，并与四壁平行，确保超声波流量传感器使用不受干扰，其信号只反映液面高度的变化。

为确保超声波流量传感器固定支架改造、安装的标准规范，要求录井技术人员首先要准备好图纸，在图上标注好相关材料的大小尺寸和技术要求，最好采用标准的三维可视图，把空间尺寸和关系交代清楚，并标上尺寸大小，和技术要求。图纸要求规范准确，三视图必须准确。做好图纸后，要求反复审核，确保无误后交付井队施工焊接技术人员准备开始施工。在整个施工过程中，要求录井技术人员全程协助并监督井队焊接技术人员，从取材、四块加高开口的铁板割取、焊接、以及加高后焊接传感器固定支架的平面方板，均要为工程提供准确的尺寸和技术标准。并协助钻井焊接技术人员完成相关工作。确保超声波流量传感器安装支架焊割质量、焊接质量，通过控制安装质量来控制超声波流量传感器工作质量，从而尽量避免超声波流量传感器信号干扰，提高超声波流量传感器的测量准度。

在超声波流量传感器支架改造完成后，首先录井技术人员进行检查审核支架焊接的技术标准是否达到了录井技术要求，如果发现焊接技术标准达不到录井技术标准，立即请钻井焊接技术人员重新整改，确保超声波流量传感器能够正常的工作。安装后，仔细观察该传感器工作是否正常，是否有干扰，以及可能存在的需要下次进一步完善的缺陷，并做好相关记录，详细记录各方面的实际检测数据，为分析改进超声波传感器在出口流量参数检测中作用提供数据方面的详实改进依据。

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关键词：钻杆；超声波；探伤；自动化；研究

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.21.192

0 前言

石油钻杆是钻井时用于传递动力、输送泥浆的主要工具，需要承受各种复杂交变的载荷，如拉、压、扭、弯曲等应力，因此要求钻杆具有良好的力学性能以承载钻井过程中的各种内外应力，而其中工具接头与管体对焊的质量更是其中的重中之重。目前国内钻杆厂家多采用摩擦焊接的方式完成工具接头与管体的对焊，后经过热处理来满足焊区的机械性能。通过磁粉探伤及超声波探伤完成焊区及其热影响区的质量检验，其中超声波探伤更是焊区内部焊接质量的重要检测手段，对整个石油钻杆的生产加工具有重要意义。

1 超声波检测原理及国内钻杆行业的应用现状

目前国内主要钻杆生产厂家均采用摩擦焊接的方式完成工具接头和管体的焊接，焊接面高速摩擦并在压力的作用下与待焊接面接触，其界面及附近温度升高，界面的氧化膜破裂，材料呈塑性状态，通过界面的扩散和再结晶反应而实现固态焊接。焊接后通过内外飞边的去除及焊区热处理完成钻杆的生产过程。而在这一过程中产生的钻杆焊区缺陷主要由以下几种类型：

（1）摩擦焊形成的“灰斑”缺陷，主要是因两个摩擦焊接表面间异常区域存在很薄的平面夹馍，其存在会导致焊接表面金属结合不良所产生。

（2）冲切内飞边所导致的工艺缺口，主要是由于冲切内飞边技术及工装的缺陷导致对管体内表面的划伤，可视作内表面裂纹。

（3）热处理所致裂纹，钻杆热处理过程由于退火和回火温度较低，很少出现缺陷，而淬火调质过程中温度高，出现淬火裂纹的可能性较大，且主要在焊缝及热影响区出现。

在上述缺陷的检测及解剖验证中，发现这些缺陷多属于面状、片状，多与钻杆表面相垂直，适合采用超声波探伤完成其焊区及热影响区的探伤检测。

超声波探伤是无损检验的一种，其中脉冲反射式超声波探伤仪应用的最为广泛。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，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，可以通过反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异进行缺陷大小位置的判定。探伤仪在主电路接通后，发射电路受触发产生高频电脉冲加至探头，通过探头中压电晶片的逆压电效应，激励压电晶片振动，发射超声波。超声波在管材中传播，遇缺陷发生反射，返回探头时，又被压电晶片的正压电效应转变为电信号，经接收电路放大和调理并显示出来。

目前国内大部分钻杆生产厂家主要采用人工手探的方式进行钻杆焊区及其热影响区的超声波探伤。在探伤过程中钻杆进行匀速的轴向旋转，人工手持探伤仪探头完成钻杆焊区的探伤作业。首先人工探伤无法保证探伤区域可以覆盖整个焊区，其次人工探伤的效果必然受到探伤工的影响，从而导致探伤效果的不确定性，进而影响到钻杆的整体质量检验效果，对钻杆井上作业也产生了不良影响。

2 相控阵技术在钻杆探伤的应用

自20世纪90年代中期起，超声波相控阵技术就开始在欧、美、日用于压力容器和压力管道熔化焊缝的质量检测，也用于一些重要机电设备如汽轮机叶片（根部）和涡轮圆盘等内部缺陷的检测。

相控阵超声波探伤法有四大特点：（1）可用计算机软件控制声束角度、聚焦距离和 焦点尺寸；（2）可用单个小型的电控多元探头在同一位置作多角度检测；（3）可对复杂的几何形状进行检测，其机动、灵活性较大；（4）配置机械夹具，可对整个试件作高速、全面扫查。相控阵靠相控阵探头的电子扫描， 可使超声波束任意设定偏向角和聚焦深度， 能使探伤条件最佳化，而且由于探伤图像可视化，有实时检出缺陷、评定缺陷的优点。

用相控阵探头对焊缝作横波斜探伤时，无需像普通单探头那样在焊缝两侧频繁地来回前后移动，而是进行焊缝长度方向的全体积扫查。其探伤范围可以根据产品需要进行调整，以达到完美覆盖探伤区域的目的。但相控阵技术在国内钻杆行业使用较少，设备价格及维护费用较高，目前仅上海宝钢的钻杆厂家使用该种方式进行焊区超声波探伤。

3 伺服系统在超声波探伤中的应用

随着电机理论、永磁材料、电力电子技术、控制理论和计算机技术的惊人发展，交流伺服系统的研究和应用，自20世纪70年代末以来，取得了举世瞩目的进展，已具备有宽调速范围、高稳速精度、快动态响应及四象限运行等良好的技术性能。通过螺旋、曲柄连杆、肘杆或其它机构将电机的旋转运动转化为滑块所需的直线运动。不但可以保持机械驱动的种种优点，而且改变了其工作特性不可调的缺点，使机械驱动的成形装备也具有了柔性化、智能化的特点，工作性能和工艺适应性大大提高。

利用伺服系统完成超声波探伤探头行走的控制，可以完成探头行走的速度、距离控制，以达到完成整个探伤过程的全控制。同时利用伺服系统的柔性化特点，可以使得探头行走更加平稳，大大提高了探伤效果。

4 基于伺服系统的超声波探伤设备优点及发展前景

4.1 探伤全面覆盖焊区

通过伺服系统的控制，可以实现探头在探伤过程中匀速行走，同时具备调整探头行走速度的功能，通过速度调整结合钻杆自身轴向旋转速度，计算出探头行驶的最佳速度，保证探伤区域的全覆盖。同时利用伺服系统可以完美控制探伤行走距离，适应各种规格钻杆的焊区超声波探伤。

4.2 生产流程自动化

利用伺服系统，可以完成钻杆超声波探伤的自动化设计，大大提高了生产效率，大幅降低了因人为因素导致的漏检、误判等情况。

4.3 提高探伤效果

利用伺服系统控制柔性化的特点，使探头行走匀速平稳，同时利用辅助的减震系统，大大降低了钻杆旋转过程中产生的震动对探伤检测的影响。提高了探伤效果，

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【关键词】超声波；传感；控制

一、超声波的特性

超声波是一种机械波，是机械振动在介质中的传播过程。超声波的频率是20KHZ至50KHZ，而应用于材料检测的超声波频率在0.5MHZ至25MHZ之间，应用于金属材料检测的超声波频率为1MHZ至5MHZ。超声波因为频率高，波长短，指向性强，因此在传播过程中有一些应用性较高的特性。指向性：声源发出的超声波在一定区域定向辐射，超声波在传播时具有束射性，这种特性就是指向性。（1）直线性：超声波的波长在毫米数量级，波长较短，所以在介质中能沿直线传播，而且对固定介质来说传播速度为常数。（2）反射、折射与波形转换：超声波在传播时，如果遇到不同的介质界面，因为介质弹性差异大，在界面上会产生反射。如果超声波倾斜入射到不同介质的界面，进入介质的声波将发生折射，且在一定条件下会产生波形转换。穿透能力强：在多数介质尤其是金属介质中，超声波的传输损失少，传播的距离远，穿透能力很强。

二、超声波产生的原理

声波是物体机械振动状态或能量的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动形式。超声波是指振动频率大于20000HZ以上的，其每秒的振动次数甚高，超出人耳听觉上限的声波。如图1。

三、超声波的产生方法

声波的主要产生方法有热学方法、电动方法、磁致伸缩法（用于焊接、检测）、机械法（高压气流经过小孔）、压电法（用于测控）。其中压电法最常用。

四、超声波传感器

超声波传感器是由压电陶瓷晶片、锥形辐射喇叭、引线、金属外壳、金属网以及底座构成。超声波传感器是利用压电效应工作的，振子用压电陶瓷制成，共振锥形辐射喇叭可以提高灵敏度，当处于发射状态时，外加共振频率的激励电压能产生产生超声波；当处于接受状态时，能很灵敏的探测到共振的超声波。

五、超声波控制技术

超声波遥感 超声波遥控系统由超声波发射电路和超声波接受电路组成。发射电路又分为由555时基电路构成的发射电路和由专用电路NYRKD40T构成的发射电路；超声波接受电路由分立元件构成的超声波接收电路和有专用的集成电路构成的超声波接收电路构成。超声波遥控开关 超声波控制电路时不受电场的干扰，也不会干扰其他的无线电设备。简单的单通道超生遥控开关由发射机和接收机两部分组成。发射机发出超声波被接收机接收后，进行放大，然后推动继电器工作，达到遥控目的。超声波数字测距仪 超声波数字测距仪由时钟电路、微分整形电路、超声波发射电路、接收放大电路、RS触发器以及计数与显示电路组成。时钟电路向整个测距仪提供基准始终，调节各部分工作。超声波发射电路发射超声波频率为40KHZ，每次发射包含10个脉冲。超声波数字测距仪的工作原理：当发出第一个超声波脉冲时，RS触发器置位，RS触发器使计数显示电路开始计数，在检测到第一个返回脉冲时，RS触发器复位，计数器停止计数，并将计数器记录的脉冲换算成长度显示出来。一般的超声波数字测距仪能测量的距离为0～5米。精确度约为2%。

六、总结

近年来，超声波技术的发展迅速， 超声波技术的应用领域越来越广泛，超声波传感控制技术的应用不仅解决了很多技术上的难题，而且缓解了原来生产技术带来的环境压力。超声波超声波传感技术有很好的发展前景。

参考文献

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根据声波的振动频率。声波可分为次声波、可听声和超声波(如图1)_我们把频率高于20000Hz的声波叫做超声波，频率低于20Hz的声波叫做次声波，下面我们一起认识一下神奇的超声波。

科学家们通过研究发现，蝙蝠是利用超声波来定位的，蝙蝠在飞行的方向上发出短促的超声波，如遇到障碍物或昆虫，超声波就会被反射回来，蝙蝠的耳朵接受到这些回波后，进行判别，就能躲避障碍物或捕捉小昆虫了(如图2)，在自然界除了蝙蝠能发出和听到超声波外，还有海豚、蟋蟀、蚂蚱、老鼠等也有这样的“本领”，

由于超声波的频率高。因此它具有以下特点及应用：

1，方向性好，几乎沿直线传播，在碰到杂质或介质分界面时会有显著的反射，这是因为超声波的频率高，波长短，能量较为集中，根据回声到来的方位和时间，可以确定目标的位置和距离，声呐就是利用了超声波的这一特性，声呐向水中发射各种形式的声信号，碰到需要定位的目标时产生反射波，接收反射波后进行信号分析与处理，排除干扰。从而显示出目标所在的方位和距离，利用声呐可以进行水中测量与观察，利用声呐还可以发现潜艇和鱼群。测绘海底形状等。

2，穿透能力强，超声波能穿透许多电磁渡所不能穿透的物质，在一些不透明的固体中能穿透几十米的厚度，在液体和固体中传播时衰减很小，这就使得超声波成了探伤、定位的重要工具、把超声波射入人体，可根据人体组织对趣声波的传导和反射能力的变化来判断有无异常，如医院里常用B超、A超、M超对病人进行检查，这种检查对人体无损伤、无放射性。操作也很简单方便。

3，易于获得较集中的声能。超声波由于频率高，因而能量大，而且又因为它的衍射小，所以很容易会聚，使能量非常密集，这样，超声波可用来对硬质材料作切削、凿孔加工以及用来清洗、焊接等，超声波能使工件表面的污垢微粒受到剧烈振动而自动脱离工件。达到清洗的目的，如超声波清洗机，超声波还能使塑料膜之间摩擦生热，粘合在一起，如超声波焊接器，利用超声波的巨大能量还能把人体内的结石击碎。

超声波除了以上这些特点与应用外。人们还利用超声波制成了超声波速度测定器、超声波金属探伤仪和超声波加湿器，

1842年。物理学家多普勒带着女儿在铁道旁散步时发现：如果声源一直在移动，那么，在声源前方的声波会被“挤压”而变密，而在声源后方的声波会被“拉长”而变疏，当声波变密时，引起鼓膜每秒振动的次数增多，你就会感到音调变高；反之则音调变低，人们把这一现象叫做多普勒效应。

利用超声波的多普勒效应，可制成速度测定器(目前交警多数是利用红外线产生的多普勒效应测定车辆速度的)。