超声波范文

超声波范文第1篇

超声波电冰箱：公司研制的这种超声波制冷电冰箱，它的制冷系统是由超声波发生器、电磁和振动音圈膜盒组成，同时使用氨气压缩膨胀散热的方法制冷。这种冰箱的耗电量经普通电冰箱低三分之二，而且运行时噪声很低。

超声波洗衣机：日本夏普公司开发出了在洗衣机的进口部分安装超声波洗净元件、对较脏衣物进行部分洗涤的全自动洗衣机。它通过“比从前洗衣机高约100倍的洗净力”的超声波发生装置――“L型真空超声波元件”与衣物的脏处接触，在几秒钟内洗干净包括领子、袖口的污迹，如留在衣服上的圆珠笔油、口红、油渍等。该装置可以节约30％的洗涤剂、10％的时间和水。

超声波电子驱虫器：国外市场上有一种超声波驱虫器家电产品，它能对蟑螂、跳蚤、蚊蝇等害虫能进行有效的驱赶和抑制，是人类抑制害虫的理想工具。电子驱虫器产生的超声波能有效扰乱害虫的听觉和神经系统，使之不能忍受生活在有刺激声波的环境里而四处逃窜。而驱虫器的超声频率范围超出人类和家庭宠物的听觉范围，因而人类和宠物是听小见的。故对人类和宠物是无害的。

超声波环保清洗机：日本昴星团株式会社研制出新型超声波清洗机，它克服了传统的超声波清洗机清洗效果不理想的缺点。原来，放置在超声波清洗槽底部的超声波发生器产生的很多气泡不断上升，一个大气泡变成两个小气泡，最后炸开来。传统的超声波清洗原理就是通过超声波在液体介质中传播产生气泡，再通过气泡爆炸产生的力量来起剑清洗物体表面的效果。然而因为气泡里有空气存在，爆炸产生的力量有限，因此清洗效果不理想。新研制的超声波清洗机，使气泡成为真空的气穴，从而纠正了长期以来人们对超声波清洗技术的误解。该装置还用水代替了以前超声波清洗常用的氟里昂等有毒、有害介质，向环保的目标更迈进了一步。该机中的清洗力数字计测器，可随时计测超声波的音压和气穴冲击力。从而将清洗机调整到最佳状态。

超声波助语器：德国一家公司发明了一种超声波助语器，能帮助聋哑孩子学习说话。只要把超声波助语器放在患者的下巴颏儿上，超声波就能在荧光屏上显示出他们的舌头讲话的动作。另外，利用这种方法也能把别人说话的动作，通过放录像示范给聋哑人模仿学习。

超声波洗澡器：日本研制出一种不需要水的超声波洗澡器。它通过超声波振动，使人体皮肤的污垢和油腻物自动分离脱落。据许多用过该洗澡器的人称，这种超声波洗澡器既节省水且又舒服，并具有活血化瘀和消除疲劳的功效。

超声波照相机：美国市场上出现了―种利用超声波调焦距的新型照相机。使用这种照相机时只要按动一下按钮，瞬间便可发出超声波，在不到1／3的时间内即会自动调好焦距，拍摄后还能马上取出色彩鲜艳、图像清晰的照片。

超声波加湿器：目前，我国研制的超声波加湿器是市场上新的主导产品，其工作原理是利用换能器(也叫震荡片)将电能转化成机械能，产生170万次，秒的高频震荡，将水雾化成≤5μm的超微粒子，通过风动装置，将水雾扩散到空气中。从而达到均匀加湿空气的目的。

超声波缝纫机：美同研制的这种缝纫机不用针和线，而是靠超声波作用来缝合衣服。这种缝纫机适用于化纤或混纺类衣料。把需缝合部位置于“针头”下，超声波便会往来振荡，产生摩擦热而将需缝合处“焊接”在一起。该机每分钟能缝合15米衣料，而且牢固美观。

超声波范文第2篇

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)。

超声波在被检测材料中传播时，材料的声学特性和内部组织的变化就会对超声波的传播产生一定的影响，通过对超声波受影响程度的分析可了解材料性能和结构变化情况。这样的技术称为超声检测技术。

超声波范文第3篇

关键词 超声波；采油技术；工艺水平；技术提升

中图分类号 TU4

文献标识码 A

文章编号 （2014）13-0129-01

引言：

早在上个世纪六十年代，当今国外的发达国家，如美国，就已经在实际石油采收工作当中，对超声波技术进行了广泛的应用，而我国直至近几年，才逐渐将超声波技术成功地应用到石油原油的采收工作当中。尽管我国对这方面的理论与原理进行了十分长久的研究，但是当将它们实际应用到石油原油的采收工作当中去时，却总是得不到十分良好的效果，石油原油的采收率也没有得到一定明显的提升。由此，为了使超声波技术能够更加有效地受到石油原油采收工作的运用，就需要相关学者对这一方面的技术水平进行更为深入地研究。

一、超声波采油技术的概念

通过产生一定的超声波，可以使这些所产生的超声波对油田内的岩层孔隙产生一定的作用力，然后使油田其中的原油得到更好的疏通与流动，这样就使得该油田在提升原油产量的同时，也使石油原油的采收率得到了很大程度上的提高。

二、超声波采油的技术特点分析

（一）使原油整体的粘性降低

在超声波的强力作用下，油田内部的烃类气体各分子之间，会产生一定的相对作用，使得烃类气体分子的惯性对其中的高分子化合物产生一定的推动作用，从而就使这些烃类气体中所含的高分子化合物得到了降解，成为了普通的分子。这样就可以使整个油田内石油原油液体的粘性得到降低，为石油原油采收工作的采收效率与质量水平提供了条件基础。

（二）使岩层结构得到保护

相关操作人员对油田进行石油采收工作的时候，总会要将保护油田内岩层结构列为施工过程中的一条注意事项。而利用超声波技术进行石油采收工作的时候，超声波对油田内部各不同物质所产生的作用力也会不同，这些不同的作用力碰撞在一起，就会产生耦合作用，进而使得会聚效应的出现。这种作用效应对岩层结构所产生的作用力，只会使得油田岩层结构中形成细小的裂缝，却不会使整个油田内岩层的结构遭到破坏，进而也就达到了保护油田内部岩层结构的目的。

（三）使堵塞的油层被疏通

在油田内部的岩层孔隙结构当中，极容易因为石油原油粘性过高的原因，而形成一定的附面层，如此长久下来，就会使油田内部的油层被堵住。在这种油田岩层被堵住的情况下，利用超声波技术来进行石油原油的采收工作，就可以帮助这些堵塞的住的油田岩层孔隙被疏通。这一解决方式的具体原因是超声波对油田内所产生的振动，可以得到人为的控制，当操作人员将这一振动强度与振动频率控制在对应范围内的时候，油田岩层中的气泡发生一定的变化，进而就会使油田内岩层上附着的附面层脱离岩层，使堵塞住的油田岩层孔隙被疏通。

（四）使原油的防蜡性得到提升

其中具体的作用过程主要就是由超声波所产生的声波，过渡到油田内的其他各类物质上，通过这些物质之间所产生的作用力，石油原油所含有的蜡晶之间受到了分散，就不容易结合在一起了，从而使原油采收工作当中，石油原油的防蜡性得到了一定程度的提升，为提升石油采收率提供了进一步的条件支持。

（五）使施工设备上的油垢得到有效的控制

原油采收工作所需要用到的施工设备，由于长期作业在油田环境当中，加上水分与矿物质的结合作用，这些结构就十分容易在施工设备上落户，而这一物质对采油施工设备的耐用寿命有着十分严重的消极影响。相比起其他的防垢技术而言，利用超声波技术来对采油施工设备进行防垢的效果更好，它不仅可以使施工设备出现结垢的时间得到推后，使整个抽泵被检查的日期得到更长，而且还能够使油田采油工作的正常进行得到确切保障，是一项更为科学合理的科学技术。

三、提升超声波采油技术水平的可行途径

（一）以满足相应的油田要求为前提

一般而言，超声波技术所应用的油田要比较浅，由此才能确保超声波技术对原油采收工作所起到的实际效果。其次，质量高乘的套管、无明显的出砂现象、拥有一定的原油资源量以及岩层结构与孔隙被堵塞而导致的原油采收率减小等这些方面。都是应用超声波技术来进行原油采收工作的相应油田必须满足的几大条件与前提，只有满足了这些油田方面的要求，超声波技术在石油原油采收工作当中所起到的作用才能够得到明显的体现。

（二）确保施工参数的设计得到一定的满足

根据不同油田所进行的石油原油采收工作，其具体对施工参数设计的要求也会存在着不同。原油采收的工作间隔时长可作为其中的一项重要参数。另外，相关石油采收工作人员也可以将脉冲数作为一项重要的施工参数，这些施工参数的原定都能够为实际石油采收工作的施工提供更为优秀的试验结果，受到不同石油采收施工设备的影响，在声强方面的要求在平常情况下都会有一定的数值要求。

（三）相应施工设备需要达到标准要求

利用超声波技术来进行的石油原油采收工作，其所需要的施工设备有三大主要的不同类型部分。其中，产生超声波的仪器设备为一大部分，它可以产生相应需要的超声波来进行施工，其次，传输超声波的特殊电缆为另外一大部分，这一部分是确保超声波由地面上传输到地下油田内部的重要工具，另外，转换功率的机器为其中的最后一大部分，此部分是超声波采油技术中的关键部分，是对不同振动类型之间进行合理转换的施工设备，也是超声波技术在原油采收工作当中所起到的各种作用的前提支持。

（四）其他需要注意的细节问题

首先，在相关工作人员利用抽油机进行正式的原油采收工作之前，需要对设备的电源连通问题进行仔细检查，以确保抽油机设备能够正常地工作和运行。其次，进行超声波技术采油工作施工的现场，相应的油田井口附近不能够放置发出超声波的机器设备，而应该将它们这些机器设备放置在与油田井口有三十米至五十米距离的位置。另外，当相关操作人员完成利用超声波技术对油田岩层孔隙的疏通工作时，就要对该油田井口立即进行完井生产，并将抽油机或者抽油泵等设备下入到油田内部，进行石油原油的采收工作，且这个过程的中途不能有停止，要确保超声波对油田岩层的疏通作用得到全面地发挥。

四、结语

相比起其他类型的石油采收技术，利用超声波进行石油采收工作，有着多方面的优点。它所适用的范围广、所起到的作用多、所需的成本资金低等等方面。这些都是它在石油原油采收工作中得到广泛应用的基础。

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超声波范文第4篇

关键词： 超声波辅助钎焊； 液态钎料； 固态母材； 填充金属

中图分类号： TG457.11

Abstract： The development of two kinds of ultrasonicassisted soldering technique is summarized at home and broad， including ultrasonic on the liquid solder and ultrasonic on the solid base method. The method and feature of ultrasonicassisted iron soldering /ultrasonicassisted precoated brazing/ ultrasonicassisted salt bath brazing/highfrequency laser modulation ultrasonicassisted soldering are introduced. The case about different materials brazed with filler metal by ultrasonicassisted on solid base metal is analyzed emphatically. The characteristic and performance of different ultrasonicassisted soldering method are analyzed， finally the prospect of ultrasonicassisted soldering technique is forecast.

Key words： ultrasonicassisted soldering； liquid solder； solid base metal； filler metal

0前言

超声波为频率大于20 kHz的声波。当超声波强度超过一定数值时，作为一种能量形式，它可以与传播介质相互作用，改变传播介质的状态、性质及结构，超声波的主要作用形式是声空化和声流效应[1]，利用超声波在液体钎料中的振荡，在液态钎料中产生空化现象，空化泡崩溃后所形成的冲击波，能够破坏母材表面的氧化膜，从而实现钎料与母材的润湿结合，即超声波辅助钎焊。

从上世纪70年代至今，超声波辅助钎焊因其具有可以在非真空的条件下不采用钎剂就可实现钎焊的优点，一直被广泛应用于各种结构件和电子元器件的连接中[2-6]。超声波钎焊最早应用于铝合金的钎焊，发明目的是为了实现在大气条件下无钎剂的钎焊。根据超声波的加载方式可以将其分为超声波激励液态钎料钎焊和超声波激励固态母材钎焊[7]。

本文主要概述了超声波激励液态钎料钎焊和超声波激励固态母材钎焊两种形式的研究进展，并对后续超声波钎焊的研究发展方向进行了展望。

1超声波激励液态钎料钎焊

1.1超声波电烙铁钎焊

超声波电烙铁是最早借助超声波的物理效应进行焊接的形式。在20世纪30年代就开始有学者对其进行研究。Edison Welding Institute （EWI）[8]对超声波电烙铁钎焊进行了研究，认为其钎焊原理是当超声波工具头插入液态钎料中时，在超声工具头前端会产生大量的空化气泡，而空化气泡向固液界面运动，其近固液界面处发生崩溃对材料的表面产生破坏作用，使得钎料与母材发生作用从而实现界面的结合。Noltingk等[9]研制出了超声烙铁设备，用于铝合金及其它轻合金金属表面镀锡，如图1所示。

1.2超声波预涂覆钎焊

1976年Wendt[10]申请了一项关于便携式超声波辅助钎焊设备的美国专利，其主要内容是将待焊管件表面超声镀覆上一层钎料金属，超声作用于管件上，管件另一侧浸入熔融的钎料之中，超声通过管件传入钎料产生空化效应从而破除管件表面的氧化膜。日本的Naka等[11-13]将SiC、A12O3陶瓷浸入超声波作用下的液态钎料池中，预涂覆一层金属钎料，所用钎料以Zn-Al、Zn-Al-Cu和Zn-Sn为主。然后在超声波辅助作用下实现了铜合金与SiC、A12O3陶瓷材料的钎焊连接，如图2所示。超声波对整个焊接过程的影响主要有：液态钎料与陶瓷界面处的气体借助超声波空化效应移除；液体束流冲击陶瓷表面；陶瓷表面与液体钎料之间存在一定的摩擦作用。正是上述这些影响才使得陶瓷与钎料在超声波的作用下实现有效结合。超声波作用时间对接头强度影响较大。图2超声波预涂覆A12O3/Cu钎焊

过程及钎焊接头示意图[13]

1.3超声波盐浴钎焊

1970～1980年间，在空调热交换器生产过程中为了节省成本，常常采用铝管代替铜管，但是常规钎焊时，不可避免地要使用钎剂，焊接后残留的钎剂难于清理，因此采用超声盐浴钎焊来代替常规钎焊，提高了生产效率和焊接接头的可靠性。焊接时将超声工具头作用于钎料池上，通过钎料池传递到熔融钎料中，同时在熔融钎料中产生空化效应，达到去除铝合金基体表面氧化膜的目的。Graff[14]将热交换器中U形弯管浸入超声池中进行超声波盐浴钎焊，Gunkel[5]指出，接头浸入钎料池中的深度、超声波时间、预热温度和钎料化学成分等对润湿结合均有影响。

1.4高频激光调制超声波钎焊

哈尔滨工业大学李明雨等[4]采用超声波频率的脉冲激光对钎料进行加热使其熔化，熔化后的液体钎料球受到高频的间断性加热时，其表面温度场发生交变震荡，而由于热胀冷缩的作用，钎料液滴表面温度的高频震荡影响产生高频的往复机械振动，该机械振动会以疏密波的形式传递进入钎料内部，并可在液滴内部产生空化效应，从而促进钎料与母材基板的润湿结合。该方法比较适用于电子行业中电路板封装的焊接。

2超声波激励固态母材钎焊

超声波激励固态母材钎焊是将超声波振动工具头直接作用待焊位置附近的工件表面，而不与液态钎料形成直接接触，超声波振动通过工件传递进入液态钎料，利用超声波效应使液态钎料在工件的表面上发生铺展润湿并与母材工件形成结合。

2.1大气环境下超声波激励固态母材钎焊

在大气环境下，利用超声波的去膜效应，国内外不少专家学者利用Sn基、Al基、Sn-Al、Sn-Zn等固态钎料实现了铝合金、铝基复合材料、钛合金、陶瓷、钛合金与铝合金、陶瓷与钛合金等材料的超声波钎焊。

Wielage等[15]采用超声波钎焊的方法连接了A12O3颗粒增强的铝基复合材料，选用Sn作为钎料，如图3所示，将钎料箔放置于母材间的水平缝隙中并加热至熔化，垂直于该缝隙面将超声波振动施加于母材上板，并在一定的压力下完成钎焊连接，作者认为空化效应和摩擦作用使得母材表面氧化膜去除，实现了钎料与母材的润湿结合。

Nagaoka等[16]采用如图4所示的超声波辅助钎焊装置，并采用Al基钎料实现了大气条件下Ti/Ti以及Ti/SS（不锈钢）的钎焊连接。Al基钎料为Al-2.5Mg-0.3Cr （ 质量分数，%），钎焊温度为670 ℃，超声波作用6 s即可实现完整无缺陷的接头。

在许志武[17]研究的复合材料表面氧化膜的去除机制（潜流辅助破除机制和直接破除机制）的基础上，赵维巍等[18]采用如图5方式进行了Al18B4O33/Al基复合材料的超声波辅助钎焊。发现在超声波作用下液态Zn-Al钎料能够快速地填充整个钎缝间隙，这是一种非润湿填缝行为，并认为间隙内外的声压差是导致液态钎料毛细填缝的主要驱动力；采用甘油-水混合物代替钎料时，铝合金表面被空化效应所破坏，深度可达300 nm，远超过氧化膜厚度，因此提出空化破膜为液态钎料溶解母材表层提供通道。

张洋等[19]采用超声波辅助毛细填缝和预置中间层两种钎焊方法实现了高体积分数55vol.%SiCp/A356复合材料的钎焊连接。发现与复合材料基体合金相比，液态Zn-A1钎料润湿复合材料表面SiC颗粒所需超声波作用时间相对较长，且Zn-Al与SiC陶瓷形成电子型结合界面。当适当提高焊接温度并施加超声波作用足够长时，钎料能够对复合材料基体形成大量溶解，使得SiC颗粒进入焊缝，从而形成了SiC颗粒增强的复合焊缝。

李远星等[20]采用Sn-Zn钎料实现了2024铝合金的超声波钎焊连接。发现与纯Sn相比，采用Sn-4Zn钎料的接头强度可提高4倍以上。采用纯Sn的接头断裂发生于界面处，而采用Sn-4Zn的接头断裂发生于钎缝内部。在Sn-4Zn/2024A1界面处存在一层非晶过渡层，强化了界面结合，而非晶层的形成被认为是超声波空化效应造成的。

马志鹏[21]采用直接超声波钎焊工艺和超声波预涂覆钎焊工艺实现了TC4钛合金和2A12铝合金以及55%SiCp/ZL101A铝基复合材料的非真空钎焊。钎焊前780 ℃TC4浸纯铝4 min后又在超声波作用下420 ℃浸钎料2 min。研究发现浸ZnAl钎料时界面处形成块状的TiAl3化合物；而当浸ZnA10.8Si时，界面处的TiAl3化合物转变为条状的Ti7A15Si12化合物。研究发现超声作用除了能够去除母材氧化膜，还提高了液态原子的扩散速率，并降低了化合物的反应温度和时间。

陈晓光[7]采用超声波钎焊工艺实现了SiC陶瓷和Ti-6A1-4V钛合金的钎焊，采用Al-12Si作为钎料，界面结合良好，但由于接头残余应力较大，SiC陶瓷内部发生开裂。通过将Sn、Zn、Mg等元素加入A1-12Si钎料中制备了A1-15.5Sn-9.5Si-4.5Zn-0.5Mg钎料，该钎料的凝固温度降低至186℃，但熔化温度仍高达561℃。采用该钎料超声波钎焊连接SiC和Ti-6A1-4V，界面均实现了良好结合，且未发生SiC陶瓷开裂现象。

魏晶慧[22]采用超声波钎焊工艺实现了 Fe36Ni合金与55%SiCp/A356复合材料异种材料的钎焊。当采用ZnA1Si作为钎料，合适工艺为Fe36Ni在下，铝基复合材料在上，超声加载在下板，最高接头剪切强度可达到114 MPa，断裂位置位于Fe36Ni合金侧界面。当采用Sn20Zn钎料时，Fe36Ni合金侧界面由自身连接时的FeZn化合物转变为Fe3A12（SiO4）3 ，并且在焊接温度300～360 ℃，超声作用1～3 s，保温时间0～60 min时，厚度和形貌不随工艺参数的变化而变化。剪切强度稳定在75 MPa，断裂位置位于Fe36Ni侧界面的SnZn钎料中。

2.2超声波辅助真空钎焊

以上的研究都是针对大气环境下超声波钎焊的研究，目前国内外对于真空环境下超声波辅助钎焊的研究较少，这主要是由于大气环境下利用超声空化作用就可以代替钎剂去除氧化膜，即可实现接头性能优良的超声波钎焊，通常无需抽真空，大大降低了制造成本。但大气环境下的超声波钎焊不能在钎焊之前保护已经清洁的表面，也不能降低钎料本身的表面张力，对于一些抗高温氧化能力较差的被焊母材和活性钎料，还有一些对性能要求较高的钎焊产品，在真空环境下进行超声波钎焊还是有必要的。宋晓国[23]等人采用了超声波辅助真空钎焊分别对2014铝合金和55%SiCp/A356复合材料进行搭接焊接，均实现了良好的界面结合，获得良好的接头强度。

3结束语

超声波钎焊由于其无需钎剂的性能，被广泛应用于电子元器件的焊接中。目前超声波钎焊的研究主要集中在对各种材料的焊接接头力学性能和微观组织的研究、氧化膜的破碎机理的研究，而在超声波对于钎料润湿影响、超声波钎焊机理的研究还不多，建议今后对于超声波钎焊研究的重点在于：①继续新型材料以及新型连接材料的超声波钎焊焊接工艺研究；②超声波钎焊机理研究：钎料的润湿及铺展动力学、超声波在焊件以及钎料中的传播机制。

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收稿日期： 2015-01-30

超声波范文第5篇

【关键词】单片机;超声波;测距

1.引言

随着社会的发展，机动车的数量日益增长，由于驾驶员的技术和对障碍物远近的主观判断失误引起的交通事故占很大的比例，所以倒车雷达的作用越来越重要，研究倒车雷达也是现在比较热门的一项技术，而倒车雷达中最重要的指标是测距的精度。本文所设计的超声波测距系统采用的是以STC89C52RC单片机为主控的超声波测距倒车雷达系统，当车子进入警戒区域时，能够实时的报警提醒驾驶员，提高驾驶的安全性。

2.超声波测距系统设计

超声波测距系统主要由单片机控制模块、超声波测距收发模块、LCD显示模块、报警模块组成，能够测量（2cm～4m）范围内的障碍物，超声波测距系统框图如图1所示。

图1 超声波测距系统框图

工作时，NE555芯片产生40kHz频率供给超声波测距接收模块，然后由主控模块单片机STC89C52RC芯片对数据进行分析处理计算出具体的距离，并传送到LCD12864液晶屏显示测量的结果，共同组成一个倒车雷达系统。

2.1 单片机控制模块的设计

STC89C52RC是STC公司生产的一种高性能、低功耗的CMOS 8位微控制器，它在经典的MCS-51内核做了很多改进，芯片内部具有 8K 在系统可编程Flash存储器。具有传统的51单片机所不具备的功能。

单片机控制模块是一个单片机最小系统，由电源电路、时钟电路和复位电路组成。单片机最小系统电路图如图2所示：

图2 单片机最小系统电路

2.2 超声波发射模块

当超声波利用声波的传送来测量距离时，需要一个40KHz的频率，来使超声波测距工作。40KHz的频率可以用单片机产生，也可以用NE555产生。NE555产生的频率稳定控制方便。如图3所示，当SW1开关拨到VCC端时，NE555连续发射频率;当接到KZ端时，由单片机来控制是否发射频率，RST为高电平时发射，低电平时不发射。40KHZ_SEND将产生占空比约为1：2的40kHz的频率，40KHZ_SEND接到超声波测距收发模块。

图3 超声波发射模块

2.3 超声波接收模块

集成电路芯片CX20106A是一款专用于检波接收的，可以对超声波信号进行放大、限幅、带通滤波、峰值检波、整形、比较等功能，具有很强的灵敏性和抗干扰能力。当CX20106A接收到40kHZ的信号时，会在芯片第7脚产生一个低电平下降沿脉冲，这个信号可以接到单片机的外部中断引脚，作为中断信号输入，也可以利用它制作超声波接收电路。超声波接收模块如图4所示。

图4 超声波接收模块

2.4 显示模块

显示模块选用的是性价比较高，编程比较容易的LCD12864液晶模块。它具有多种串行和并行多种接口模式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵液晶显示模块;显示分辨率为128×64，可显示8×4 行16×16 点 阵的汉字. 也可完成图形显示。

3.软件设计

超声波测距的原理为超声波发生器T在某一时刻发出一个超声波信号，当这个超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器R所接收到。这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器反射物体的距离。距离的计算公式为：

d=s/2=（c×t）/2

其中，d为被测物与测距仪的距离，s为声波的来回的路程，c为声速，t为声波来回所用的时间。

在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器T0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在INT0或INT1端产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离，显示结果，和给定的警戒距离进行比对，如果小于警戒距离开始报警。超声波测距系统流程图如图5所示。

图5 超声波测距系统流程图

4.结束语

经过实验测试，在4米之内，角度小于15°的情况下，超声波测距系统的显示结果相对比较准确，但不足之处是当距离比较远，角度比较大时，超声波测距系统的显示结果误差还是挺大的，还需要继续改进。

参考文献

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[4]张景路.51单片机项目教程[M].人民邮电出版社，2010.

超声波范文第6篇

功率超声波是一种频率高于2000赫兹，能在介质中传播的弹性波，具有波长短、能量集中的特点。超声波能量可让物体或物性发生某些状态变化，实现空间最大化赢利，并可用于除固体之外的一切物质，使功率超声波具有如同智能手机一样的多功能，在各行各业中实现意想不到的效果，因而他成为一门炙手可热、为美国和俄罗斯独享的杀手锏技术，对外一直秘而不宣。

我国曾在20世纪60年代尝试将超声波用于采油领域，但由于送入土层的超声波能量随土层增厚而削弱，无法达到目标而停滞。上世纪90年代初开始，我国将大功率超声波采油技术研究列入了“863”攻关计划，作为项目的负责人赵树山率领团队展开了长达10年的攻坚克难研究。

作为我国恢复高考后第一届大学生，赵树山有着与同届学子相似的经历，为实现“数学家”的梦想，他没日没夜“恶”补下乡两年中耽误的功课，母亲心疼地劝慰他：“考个中专就很好了，不必吃那么多苦”，然而他有股“咬定青松不放松”的执着。最终，他被哈尔滨工业大学力学师资班录取。

他只是简简单单地想，“我是一块砖，哪里需要哪里搬”“为祖国做点事就好”，正是这份初心引领他在未知的领域中攻克了一个个难关。

作为国家能源战略中一项关键环节，利用大功率超声波增产石油采掘不是一项简单的运用，其中的关键是，如何将地面上的电能转变为机械能。将380伏50赫兹的电能转化为2000多伏几万赫兹的电源，又是这项技术的重中之重。在没有任何经验参考的情况下，为解决这个难题，他带领团队一面从极少的资料中寻找答案，一面跑遍大江南北。在濒临绝望的境地，他们不等不靠，联合哈工大强电、弱电、力学、石油工程、控制工程等12个专业的专家，历经10年研发，最终解决了包括电源在内的5个技术关键性问题。获得了4项关键技术成果、5项国家专利，使我国成为当前国际上第三个掌握该项技术的国家。

同时，赵树山这个名字在业界声名鹊起，美国也向他发出邀请，希望就该技术进行合作，共同开发美国页岩油项目。从技术封锁到技术邀请，预示着他们研发的功率超声油井增油技术不仅实现了自主知识产权，而且达到国际一流水平，超越了美国和俄罗斯。

1998年开始，他们与哈尔滨兰德超声设备公司合作，将大功率超声波采油技术试用于延长油田杏子川采油厂，使采油厂的性能、功率等得到极大提升。为进一步推进这项技术在采油行业的发展空间，他们先后在大庆、长庆、胜利、辽河等油田的120至130口油井使用该技术，受到了油田好评。

“科研是把钱变成知识，创新是把知识变成钱”。赵树山精简诠释了科研与创新的内涵。作为一名科研工作者，他不仅让研发技术走在前沿，并且创造了良好的社会效益。“只有造福社会的技术才能具有长久生命力，才会产生长远的经济效益”。

追求精益求精是他和团队不懈努力的目标，在不断完善功率超声波驱油技术的基础上，赵树山说，自己还想做的是环保，让电厂污水脱硫、过滤碳等有毒杂质，摆脱过去化学方法或物理过滤中的二次污染。他希望，能在铸造行业中让功率超声波大展拳脚，使生产出来的建材更加密实耐用。

超声波范文第7篇

【关键词】超声波探伤；缺陷识别

1.超声波探伤技术缺陷识别的意义

超声波探伤技术是当前应用最为广泛的无损探伤方式之一，其应用具有灵敏度高、穿透性超强、探测速度快、使用便携方便且对人体无损害等一系列优点。超声波探伤在建筑方面的应用中，对于钢材料的穿透能力具有十分大的优势，主要应用与探测厚度较大的钢板和焊缝。对于钢板平面上的缺陷，尽管有些缺陷深度大，但是只要超声波能直射到缺陷界面就能得到十分清晰的缺陷波。因此，超声波探伤技术在压力容器焊缝探伤和未焊透裂纹等危险性较高的缺陷检测中具有十分重要的应用意义。

2.超声波探伤缺陷的识别

2.1平面状缺陷的探测识别

对于平面状的缺陷类型，在不同方向上的探测，其缺陷回波的高度也具有明显的不同，在缺陷垂直方向进行探测时，其缺陷回波较高；而在平行面上进行缺陷探测时，其缺陷回波较低，有些情况甚至没有缺陷回波。所以针对裂纹类的缺陷类型来说，在超声波探伤识别中通常会出现较大的回波高度，且波幅宽，波峰较多。将探头进行平移，会出现反射波连续的现象，且波幅也随之变动；将探头转动会发现波峰有上下错动的现象出现，这些都可以作为检测平面状缺陷识别的依据。

2.2点状缺陷的探测识别

点状缺陷的探测识别在方向上，缺陷回波不会出现显著的变化，其波形稳定，不同方向探测的反射波高度也大致相同，但是在实际的检测中一旦移动探头，回波就可能消失。根据不同材质内含物阻抗的不同，超声波探伤检测的表现形式也有所不同。气孔内通常含有气体，其声阻抗较小，反射率较高，波形呈陡直尖锐状；而金属夹渣或者非金属夹渣类型的缺陷类型的声阻抗较大，反射波也会更低一些，夹渣面较粗糙的情况，其波形较宽，呈锯齿形状；气孔较为密集的反射波的波高会随着气孔的大小不一而表现出不同的高度，当探头进行定点转动检测时，波高就会呈现出此起彼落的现象。

2.3咬边缺陷的探测识别

咬边缺陷的超声波探测识别主要表现在反射波上，通常情况下这种缺陷类型的反射波会出现在一次与二次波的前面。在探测过程中当探头在焊缝两侧进行探伤时，都能发现这种现象，当探头移动到能够出现最高反射波信号时，固定探头，可以适当降低仪器的检测灵敏度。用手指沾一些油对焊缝边缘咬边出进行轻轻敲打，对反射信号进行观察，当反射信号有明显的跳动情况时，则说明是咬边反射信号，证明该缺陷类型为咬边缺陷。

2.4裂纹缺陷类型的探测识别

通常情况下，裂纹的回波高度都比较大，波幅较宽，其具有多峰现象。将超声波探头进行平移，观察反射波以连续形式出现，波幅会有一定的变动；将探头进行转动检测时，波峰出现上下错动的现象。此外，裂纹缺陷也比较容易出现的焊缝热影响区，且裂纹多数情况下垂直于焊缝，进行探测时，应该在平行于焊缝的方向上进行检测，这样比较容易使超声波直射到裂纹，便于发现裂缝缺陷。

2.5未焊透缺陷的探测识别

未焊透缺陷类型主要是由于焊缝金属没有填到接头根部的原因造成的。这种缺陷类型主要分布在焊根部分，且两端较钝，具有一定的长度，也是平面缺陷类型的一种。将探头进行平移检测时，会发现未焊透缺陷的反射波的波形比较稳定；在焊缝两侧进行探伤检测时，基本上都能得到反射波幅一致性较好的反射波，从而能够判断识别出缺陷的类型。

2.6未熔合熔焊缺陷类型的探测识别

所谓的未熔合熔焊缺陷类型主要是指焊道与母材之间或者焊道与焊道之间在焊接过程中未完全熔化结合而形成的缺陷。当使用超声波进行探伤检测时，超声波可以通过垂直射到其表面的方式，得到波峰较高的回波。但是，在实际的探测过程中如果探伤方式和折射角的选择不合理，也可能造成漏检的问题。对于未熔合熔焊的缺陷的检测识别判断依据的特征有：当探头进行平移检测时，波形呈现比较稳定；进行两侧的探测时，反射波的波幅会产生变化，且存在只能在一侧能探测到的情况。

3.伪缺陷类型的识别

3.1仪器杂波类伪缺陷波类型

这种伪缺陷波通常是在不接探头的情况下，由于设备仪器性能不良以及探头灵敏度调节过高等原因引起的，在荧光屏上表现的单峰或者多峰的波形。当接上探头进行工作时，该波形在荧光屏上的位置维持不变，通过降低探头灵敏度的方法，可以消除这类伪缺陷波。

3.2焊缝表面沟槽引起的伪缺陷波

焊缝表面沟槽的缺陷波类型主要集中表现在反射波方面，使用超声波探测焊缝表面时，会因为其表面的沟槽而产生沟槽反射波。这种波形一般会出现在一次或者二次波偏后的位置，波形表现不强烈，较为平缓、迟钝。

3.3焊缝交错位置引起的伪缺陷波

在钢材料进行加工坡口工作中，由于上下刨的不对称或者焊接过程中的偏移都会形成焊缝错位的问题，由于上下焊缝焊偏，在进行超声波探伤检测时，焊角的反射波同焊缝缺陷波十分相似，但是，通过转移到另一侧进行探伤时，其一次波前不会出现反射波，以此可以最为避免误判的标准。

4.结语

综上所述，造成缺陷的原因较多，且缺陷类型众多，不同的缺陷类型在超声波探伤识别过程中的表现也有所不同，但是也不排除个别有类似的情况，因此，在实际的超声波探伤技术应用过程中，要不断积累经验，且在实际探测中还要熟悉各种缺陷类型的不同探测方式、回波类型以及反射波特征，最终判断识别出正确的缺陷类型，为采取相应的有效处理措施提供指导。

【参考文献】

[1]李政，罗飞路，邹毅.基于PC机的多通道超声波探伤系统[J].无损检测，2009（01）.

[2]张海燕，周全，夏金东.超声缺陷回波信号的小波包降噪及特征提取[J].仪器仪表学报，2006（01）.

超声波范文第8篇

爸爸的剃须刀里，妈妈的梳子缝中，奶奶的老花镜边，总有些让人无法清洗干净的缝隙灰尘，不仅影响了美观，还限制了使用。这该怎么办？

超声波清洗器的发明解决了这一难题，只要把剃须刀架、眼镜、梳子放入超声波清洗器中，加上水，打开清洗器的电源开关，它就会将缝隙里的灰尘洗得干干静静。

咦？这是怎么回事呢？

原来，超生波清洗器是将水与超声波反应巧妙地结合，利用水无孔不入的特性，使水与细小缝隙中的油污充分接触，然后再启动超声波。

知道超声波吗？它是频率高于20000赫兹的声波，声音方向集中，不易扩散，穿透能力强。而超声波清洗器通过超声波，让水震动，震动的水就像一双双小手，把灰尘从细缝“拉”出来，“撕”碎了，让灰尘在水中变得无影无踪，把东西变得干干净净。

当然，不用担心超声波会对你造成伤害，因为这种清洗器产生的超声波要比飞机飞行时的超声波小很多，它只能震碎灰尘，只要你远离它，就不会对你的身体造成影响。

2、保洁机器人

相信大家还记得电影《变形金刚》里的机器人吧，他们有的变成人，有的变成汽车，有的甚至变成电脑，帮助人类解决各种难题。可电影毕竟是电影，生活中并没有能帮助我们的人形机器出现。

但那些不像人的机器人一样可以帮助我们的生活哦。看，一款新发明的保洁机器人就帮了人们的大忙！

这种保洁机器人不到10厘米高，样子像一个圆圆的碟子，在它小小的外壳里，安装着成百上千的芯片，可以使保洁机器人像人类一样完成家中的清扫任务。

在它的底部，有一个力量很大的吸尘口，旁边还有毛刷子，能自动清扫地板上遇到的垃圾，吸入垃圾。保洁机器人能够记忆和独立设计清扫路线，不放过任何角落，像沙发底下、床下都是小菜一碟。

同时，外部的感应系统可以在遇到楼梯和台阶时自动回避，不用担心掉下去发生损坏，最有意思的是，你可以利用红外装置设置虚拟墙，让它远离卫生间、厕所等有水的地方。

另外我们还可以设置清扫时间，让它在晚上保洁，不影响我们的睡眠。这样，当我们早上睁开眼时，家里已经被打扫干净了。

3、水陆两栖船

法国发明家日前制造了一艘名为“Iguana 29”的水陆两栖船，这个集船只和汽车于一身的两栖交通工具，采用可伸缩的卡特皮勒履带，用于进出水面。

这艘水陆两栖船最多可容纳10人，在水中行驶时，动力来自一台300马力的发动机，速度可达35海里。而在陆地上时，它会自动换成一台40马力的内燃机，船的底部会伸出两条履带，帮助船在陆地上平稳行驶。

这种履带不像坦克、装甲车那样对地面产生很大破坏，

它对地面施加的压力，还不及一个人的脚印。当然，速度也很慢，时速只有8公里。

4、发光的地砖

回收的旧汽车轮胎可以干什么？把它作为新汽车轮胎的原料？还是直接丢进垃圾场？如果你这么想，那就太out了。

英国一家公司近日推出的一项发明改变了我们对废物利用的观点，他们利用回收的旧汽车轮胎，制作了一款能发光的地砖！

这种地砖铺在城市的人行道上，只要有人踩踏上去，踩踏产生的能量，5%被收集起来，用于点亮地砖中央的一个灯，剩余的能量则被收集储存在地砖的一块蓄电池中。

这块蓄电池最多能将电能储存三天，这些电还可以用作别的用途。

超声波范文第9篇

关键词：火车车轮 超声波探伤 C扫描

中图分类号：U26 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（c）-0062-02

常规车轮检测主要是以A扫描为主，A扫描探伤是基本的探伤方式，其采用脉冲反射幅度法检测缺陷。A扫描只能反应基本信息且与技术人员的经验有极大关系。常规超声波检验主要分为在线检测和离线检测两种。

自动车轮探伤工序如图1所示。设备采用耦合接触法超声波探伤，车轮内侧面和踏面分别布置一组组合式耦合接触式双晶探头，声束覆盖各扫查面宽度。工件经过抛丸处理后由辊道进入检测托辊，稳定后工件转动，实现探头对工件轴向和径向的扫查，检测人员观察屏幕及各通道指示灯，发现有缺陷红灯指示时切换屏幕显示，转动工件仔细确认缺陷，并填写检验结果，检查完毕，车轮经辊道进入下一检测工序。

1 车轮超声C扫描探伤

C扫描实现了材料检测的自动化，使检测结果呈直观的图像显示；超声C扫描具有良好的穿透性，对缺陷具有较高的灵敏度和可靠性；C扫描可以获得材质内部缺陷、损伤的大量信息，甚至可以对工件的整体品质做一定的质量评估[1～2]。1956年在美国的加里福尼亚的派拉蒙研究出世界上第一台超声波C扫描检测仪器，C扫描技术很快推广应用到材料内部缺陷的检测上。

超声波C扫描提取垂直于声束指定截面（即横向截面像）的回波信息合成二维图像，可获取不同截面的信息，因此被广泛应用[3～4]，超声C扫描过程如图2所示。在水浸式C扫描成像中，超声探头得移动是二维扫描即要沿x方向扫描，又要沿z方向扫描。为获得某一与声束轴线垂直的断面在y=y0的图像，扫描声束应聚焦与该平面，并从换能器接收到的散射信号中选取对应于y=y0处的信号幅度，调制图像中与物体坐标（x，z）相应像素的亮度，以获得y=y0截面的图像。改变扫描声束聚焦的平面，即可获得物体不同深度的C扫描截面图像[5]。

超声C扫描技术是将超声检测与电脑控制系统相连接，利用电脑进行数据采集、存贮、处理、图像显示集合在一起的技术。超声波C扫描系统使用电脑控制探头在工件上扫查，把工件内部C扫描的反射波强度作为辉度变化并连续显示出来，可绘制工件内部缺陷的横截面图形。超声波C扫描系统由机械传动机构、C扫描控制器、超声波C扫描检测仪以及PC微机系统四部分组成。检测时数据的获取、处理、存贮与评价都是在每一次扫描的同时，由电脑在线实时进行。共有两个信号输入计算机处理：一个是探头所处位置的信号，一个是来自超声波检测仪描述超声波振幅的模拟信号。这两个信号经过A/D转换，模拟信号转化为数字信号后输入电脑，然后由扫描模式产生一个确定其尺寸的数据阵列，图形显示这个区域范围内数据阵列里每个点在显示器上显示为一个像素。图形可以有多种颜色分级显示，代表不同的dB数，在每次扫描结束时，计算机可通过软件自动完成对每一种颜色和显示的面积的像素数的统计。对显示的扫描图像作相应的解释，对缺陷进行评定[6～7]。

超声波C扫描是记录来自“A扫描”的数据和信息的二维平面图。在C扫描上所示的所有信息首先在示波器上显示，而后由C扫描显示器上显示出来。在示波器上有控制输出信号的闸门电路，检测人员确定采集所需信号，可转化成为衡量材料质量的信息，并将其显示在C扫描记录上[8]。

超声波C扫描检测系统，其系统配置主要包括以下四个模块：（1）机械扫查结构；（2）运动控制硬件和软件；（3）数据采集分析硬件和软件；（4）其他相关仪器。

超声波C扫描检测系统主要由传感器、检测仪、机械扫描机构、信号采集单元、控制系统以及成像显示单元组成，如图3所示。

其工作原理是：当被检物体内部的均匀性发生变化时（例如车轮内部存在夹杂等缺陷），声波将会改变其原有的传播规律，这种变化被换能器接收，其信号以回波形式通过A/D转换成为数字信号。通过提取其中与缺陷有关的特征参量，建立缺陷识别模式，将被检测部分的检测结果以不同颜色显示出来。超声波自动C扫描成像检测通过设计专门的扫描机构，在控制系统的作用下，自动地完成对被检测材料或绩构上每二点的覆盖扫描、同时以波形和图像实时显示被检测结构的内部质量[9]。

超声波C扫描探伤技术，由于其具有自动化程度高，检测结果直观可靠，检测结果便于永久保存，这都为缺陷的定量、定性、定位的最终判定提供了有利的判定依据。利用高频超声波具有波长短、方向性好及分辨率高等特点对车轮进行C扫描实验，可对微小缺陷（例如非金属夹杂物）进行检测。利用A扫描中缺陷波的深度位置及C扫描中缺陷距试样边界距离进行定位，同时，C扫描图像可再现单个大颗粒夹杂物或小夹杂物团重叠的形貌。此外，利用超声波C扫描功能可获得车轮试样的超声层析成像，进而获得缺陷的具体形状和精确尺寸，这就为车轮的安全评定，寿命评估和有限元应力计算等提供了准确的预测依据。

对于车轮探伤，在扫描方式上选择水浸式，这样与超声波C扫描技术有利的结合起来。超声波探伤有很多方法，按耦合方式分类可分为：直接接触法与水浸法两种。其中直接接触法是最为常见的探伤方法，其具有方便灵活、耦合层薄、声能损失少等优点。然而，实际探伤时由于探头上所施加压力大小、耦合层厚度、接触面积大小、工件表面情况均难以控制，因此，它们的综合影响难以估量；再则，直接接触法使探头容易磨损，检测速度慢，因此对于诸如车轮，宜采用水浸法探伤。其有如下几点优势：

（1）探头和试件不接触，超声波的发射和接收都比较稳定。试块表面粗糙度的影响在水浸法中也存在，但粗糙表面引起的声能损失比接触法小的多。

（2）通过调节探头角度，可方便地改变探头发射的超声束的方向，从而很容易地实现斜射声束检测，以及沿曲面或不规则表面进行的扫查，对于获得不同取向缺陷的最大回波高度也是有利的。

（3）由于表面回波宽度比发射脉冲宽度窄，可缩小检测盲区，从而可检测较薄的试件。

（4）由于探头不直接接触试件，探头损坏的可能性较小，探头寿命较长。

（5）便于实现聚焦声束检测，满足高灵敏度、高分辨率检测的需要。

（6）探头可以在机械系统驱动下运行，便于实现自动检测，减少影响检测可靠性的人为因素。

2 车轮探伤方法的比较

就当前国内的常规车轮超声波探伤技术应用情况来看，常规超声波无损检测技术虽然己经被广泛地应用于车轮检测，对质量控制和在线实时检测都具有重要的作用和影响；但是常规波形检测结果对检测人员的依赖性都还很强，并且都还存在着一些难以克服的困难和缺陷，例如：

（1）通常要有熟练的技术技能，对结果做出说明及解释。因此，在相互关系未经证明的情况下，可能存在不同人员对结果看法不统一。

（2）外界环境的温度、湿度、粉尘、振动、噪音以及磁、电场和仪器本身内部的各种干扰都会对检测结果产生影响。

（3）超声无损检测还大部分是采用常规的A型脉冲反射法技术，存在不直观、判伤难、无记录、人为因素影响大等缺点，严重影响着超声检测结果的可靠性。

通过上面对不同车轮超声探伤方法的介绍，不难看出超声波C扫描检测技术巨大技术优势，较之常规超声探伤技术，高频超声波C扫描检测技术的优点可总结如下：

（1）采用水浸式探伤方式，大大提到了自动化检测的程度，其检测的精度、检测的效率也大幅提高。

（2）利用高频超声波波长短、方向性好及分辨率高等特点，可更好的再现缺陷的形貌以及缺陷在车轮中的分布情况。

（3）调节探头入射角度，可实现对车轮关键部位的检测，避免了常规超声波探伤中的漏检。

3 车轮探伤技术存在问题

在以往火车车轮探伤过程中，技术人员想要了解车轮中的缺陷（如夹杂物）的情况，通常采取金相等有损检测办法，但是金相检验的办法是无法对车轮整体的缺陷情况进行检测判断，它的取样面积小，并且是在二维平面上进行检查，所以检查效率很低。采用超声波探伤技术来研究车轮缺陷是目前出现的较新的无损评价（NDE）技术，通过采用高频率聚焦超声C扫描，结合对车轮样品制备技术，在对车轮质量的无损评价方法相关的灵敏度校准和建立理想检测条件的试验基础上，对车轮质量检测的超声结果和金相解剖结果进行了分析和对比，来进行车轮质量的评估，具有极大意义。但同时超声检测技术也存在问题，具体问题如下：

（1）盲区的影响。不管是C扫描、S扫描，还是电磁超声都存在着波形盲区的影响

（2）试样表面质量的影响。试样表面质量及倾斜度都会影响超声波在介质中的传播，引起能量的衰减。超声C、S扫描需要耦合介质，试样的表面粗糙度和倾斜度对灵敏度的影响较大。电磁超声需要铁磁性介质，试样表面洁净度会产生一定影响。

（3）试样加工问题。超声无损探伤是一种对比探伤，是在一定标准试块的基础上探伤的。所谓的当量法就是要求所探缺陷与标准试块上的人工标准缺陷回波高度相同或者换算当量大小相同。车轮中的自然缺陷是不可知的，所以人工制造的缺陷也不能完全反应自然缺陷。

4 结论

（1）C扫描探伤的水浸法相对于直接接触法在探测不同取向缺陷、较薄试件、灵敏度、分辨率、探头寿命和可靠性方面具有较大优势。

（2）C扫描检测技术相对于A扫描探伤，其检测的精度、检测的效率和自动化检测的程度具有优势。

（3）车轮探伤在盲区的影响、试样表面质量和试样加工等方面存在较多问题。

参考文献

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[8] 邓延.先进复合材料超声C扫描检测技术研究[D].西安：西北工业大学，2007.

超声波范文第10篇

超声波具有以下四个基本特性[1]:第一,束射特性。超声波波长短,可以集中成一束射线;第二,吸收特性。超声波在空气、液体和固体中均会被吸收。空气中的吸收最强烈,固体中的吸收最微弱;第三,高功率。由于频率高,超声波的功率比声波大得多,它不仅能使所作用的介质产生急速运动,甚至会破坏其分子结构;第四,声压作用。声波振动使物质分子产生压缩和稀疏作用,这种由于声波振动引起的附加压力现象叫声压作用。超声波在提取冶金过程中应用的主要是功率超声。功率超声可以强化冶金过程的原因是:溶液中存在有溶解的一些气体,在超声波的作用下形成所谓的空化现象,当这些微小的气泡破裂时,产生瞬间的高温(>5000K)高压(>5×107Pa),形成所谓的“热点”,对化学反应起到非常明显的加速作用,同时高能超声形成的大量空化气泡在超过一定值的声压下发生崩溃并产生激波,将已结晶长大的晶粒打碎,使晶粒得到细化。另一方面超声波使液体出现湍流的力学特性,降低扩散阻力,同时对破坏边界层,加速传质、传热,促进微细颗粒的弥散起到了关键作用[2]。超声振动的高能量及其它的特殊效应,还可极大地提高振动对凝固的作用效果[3]。超声波在液体中传播时,液体分子受到周期变声场的作用,产生声空化、声流效应及力学机制,引起熔体中流动场、压力场和温度场的变化,从而产生一些特殊的效果。在高温操作中,高功率超声波可用于熔体金属的迅速脱气[4]。实际上超声波对于任何中等粘度的液体的脱气几乎都适用[3]。在含水系统中脱气效果特别迅速,它能除去溶解的任何气体,使水溶液中的气体降到很低的水平。超声波脱气对于要求迅速和受控制的除去系统中气体的场合,会得到很好的效果。根据上述机理,超声波可改善熔融液在冷却凝固时的流动性,能够提供有效的结晶体,从而也可改善金属熔体的质量。

2超声波在冶金中的主要应用

2.1强化浸出过程

李俊[5]论述了湿法冶金过程中常见的三种浸出情况,并对超声波用于硫酸浸出氧化铜的过程进行了探讨。在浸出过程中施加超声影响的实践中,引用奥罗夫(Orlov)做了带超声波和不带超声波机械搅拌硫酸浸出氧化铜的对比研究,结果表明,达到相同的浸出率时,不用超声的浸出时间约为用超声的浸出时间的12倍。K.SarveswaraRao等[6]作了相关的试验研究,结果表明,超声波对从氧化铜矿石中的氨浸有着正的效应。在温度298K、粒度-300～+150μm,氨浓度2.0mol/L,含固量10g/L的条件下,超声波可使铜浸出率从70%提高到90%。与机械搅拌浸出相比,使用超声波可使浸出时间缩短近5/6,同时也使试剂消耗减少。对于相同的颗粒矿石,超声波不仅强化了浸出速率,也提高了铜的浸出率。结果还表明,在其它条件相同时,间歇式超声波(脉冲超声波)的效果优于连续式超声波。范兴祥[7,8]等人研究超声波强化草酸浸出氧化锌精矿过程。在试验条件下,用超声波辐射浸出氧化锌精矿同机械搅拌相比,浸出率有很大的提高。机械搅拌20min,氧化锌精矿浸出率仅58.12%,超声波辐射20min,浸出率则达90.24%,提高了32.12%;锌浸出率随辐射时间延长而提高;超声波辐射强度提高,辐射时间一定时,浸出率提高,浸出率相同时,浸出时间缩短。刘彬等人[9]引入超声处理技术强化铁盐浸出黄铜矿这一新颖研究方法。在相同浸出条件下,用超声波处理后,铜的浸出率提高,平均提高幅度在5%～10%,不但有效地缩短浸出反应时间,而且显著的提高铜的浸出率。赵文焕[10]等利用超声波进行银精矿中金银的氰化浸出小型试验和扩大试验,结果表明超声波浸出法具有金银浸出率高、浸出时间短、氰化钠单耗低等优点,在最佳试验条件下,金银浸出率分别为97%～99%和95%～96%,浸出时间只是常规氰化浸出时间的1/2,氰化钠单耗降低10kg/t。王少芬[11]等人将超声波在硫化矿发电浸出过程中的应用进行了一定程度的研究。为了强化发电浸出过程,有效地提高输出电流、电压及金属离子的浸出率,将超声波引入到硫化矿与二氧化锰的同时发电浸出过程。在实验条件下,每次启动超声装置20min,直至浸出约10h。在超声场作用下,输出电流和电压都有明显上升,采用超声强化比未强化处理的浸出液,由于硫化矿浸出电极在超声条件下的极化程度减弱,获得了更大的输出电流和输出电压,从而获得了更高的浸出率。K.M.Swamy等[12]研究了在有超声和无超声的情况下,用尼日尔黑曲酶属菌种浸出印度奥里萨帮红土矿。在最佳工艺参数,如孢子浓度,葡萄糖用量,矿浆浓度,超声波降解时间条件下,无超声波时,浸出20d,镍的浸出率为92%;用43kHz,1.5W/cm2超声处理30min后,在孢子浓度为106个/mL和葡萄糖浓度为2%条件下浸出14d,镍的浸出率高达95%。并且在超声波作用下,镍的浸出效果比铁的浸出效果好。

2.2提高单元操作速率

严伟[13]等人主要介绍了超声波在协助萃取领域内的发展和应用情况。在相同传质领域里,用超声波强化最多的是液固萃取。高频和低频都能强化萃取,但低频时达到同样的强化程度小于高频。超声波产生的脉动和控制的空化作用可以大大增加湍流强度及相接触面积,从而强化传质。BatricPesic[14]等在用Kelex100溶剂萃取镓并用超声波处理人工合成溶液和工厂的实际溶液时发现,超声波的作用使镓的萃取速率提高了15倍,所采用的超声波频率为20kHz,声强为19W/cm2。试验发现,在超声波作用下,温度对镓的萃取速率没有影响,而通常的萃取过程中,温度升高对提高萃取速率是有利的。赵洪力[15]采用自行设计的实验装置进行了用超声波技术处理含“薄膜铁”天然硅砂的试验,结果证明,在处理10min时,除铁率一般可达46%～70%,与同样条件下机械擦洗相比高出15%～45%;处理时间只需1～5min即可达到机械擦洗10～15min所达到的效果,处理时间可缩短2/3以上。Romanteen[16]等研究了在600～800℃范围内CO还原PbO的动力学。当声压升至15.8Pa,600℃时,PbO的还原速率增加了15%～25%,升至800℃时还原速率增加了2倍;同时还发现声波频率<6.6kHz时对PbO的还原速率没有影响。

2.3在复合材料制备中的应用

冯海阔[2]等人讨论了超声波在颗粒增强金属基复合材料制备过程中的应用。超声波在此过程中的主要作用,是改善颗粒与合金液润湿性及颗粒分散的均匀性。通过总结超声分离技术的机理及研究现状,提出一种很有发展潜力的采用超声分离技术制备颗粒增强金属基表面复合材料的新方法。王俊等[17]采用高能超声复合法制备了致密度高、增强颗粒均匀分散的SiC颗粒/ZA22复合材料,其内部没有气孔或颗粒偏聚等缺陷。认为在试验所用高能超声处理条件下,熔液中产生的瞬时局部高温、高压的声空化效应与具有高的速度和加速度的声流效应的协同作用,是改善增强颗粒与基体合金润湿性、并使颗粒在合金中均匀弥散分布的主要原因。潘进等[18]用功率超声波施加于金属熔体中,可以在极短时间内实现纤维与金属的复合,制备出了高性能复合材料。液态金属在超声作用下能渗入颗粒预制件中或与颗粒均匀混合。超声浸镀可以实现钢丝镀锌、镀铝。方孝春[19]结合超声波理论和作用及高速电镀理论,对铁基粉末冶金件镀镍的传统工艺与新工艺进行了试验对比。经过超声波清洗的镀件基体与镍层结合力明显提高;封孔处理可降低镀层孔隙,耐蚀性能提高;镀层封闭剂R处理后可有效填充和封闭镀层孔隙,阻挡腐蚀电池的产生,从而提高单层镀镍层的防护性能和品质。

2.4细化晶粒

孟丽华[20]研究了超声波处理时间对工业纯铝铸锭结晶组织的影响,分析了超声波对工业纯铝结晶组织影响的原因。研究结果表明,采用超声波方法处理熔体后,铸锭的细化率大幅度提高,可使整个铸锭断面均为微细化的等轴晶组织,过剩的超声波振动将导致铸锭细化率的下降。该实验从某种意义上证明了超声波振动的细化效果是来自于动态形核机制。胡松青[21]在熔融金属的冷却过程中导入超声波获得了较小的晶粒,并且在超声波的作用下,形成的晶核进入振动状态,从而加速生长过程。对碳钢的超声处理表明,它可使晶粒尺度从200μm减少到25～30μm,碳钢的延展性增加30%～40%,机械强度提高20%～30%。对金属锌冷却结晶的研究表明,超声处理可使其临界切变应力强度提高80%,而且,在频率为25kHz、强度为50W/cm2的超声波作用下,金属锌的晶形由圆柱形改变成均匀的六角形。Gomes等[22]认为,在NaOH溶液中,用超声波处理铝土矿可以提高微扰作用和提高矿石颗粒的溶解速率,然后再用超声波处理溶液,可使溶液中的固体颗粒沉降分离速度加快;用超声波处理加晶种的铝酸钠溶液可以提高分解速率和使晶体生长更均匀。赵忠兴[23]在铸造合金中导入超声波,并通过硬脂酸和丁二腈在凝固时施加超声波。结果认为:其周期性的空化和搅拌作用,使合金液的温度和成分均匀化,细化了铸造组织,减轻了铸造合金的宏观偏析倾向,提高了铸造组织的均匀性。他们还研究了超声波对铝合金结晶过程的影响[24],结果表明:对铝合金液施加超声波,以底部导入超声波为好,可避免氧化夹杂的生成;超声波施加于铝合金液,可使其显微组织明显细化;超声波在金属液内传导过程中,其声强度随传导距离的增加而衰减。

2.5超声脱气、去夹杂技术

用高声强的超声波处理液体可以明显减少液体中溶解的气体量[2]。该作用已经被用于熔融金属液的脱气过程,成为超声脱气技术。鲁曼里、艾斯玛赫和玻依奇[25]用超声波处理了含5%～7%镁的铝镁合金,结果表明,超声波对熔融金属中排出气体的作用很大。超声弹性振动在几分钟内可以使合金完全去气。白晓清[26]等研究了超声波对流动液体中夹杂物去除效果的实验,无超声波作用下,夹杂物会自然上浮至液体表面并且仅有少量的夹杂物粘附于容器的壁面和底部;在超声波作用下,夹杂物因凝聚在短时间内容易上浮至液体表面或粘附于容器的壁面和底部。在1.5s和30s时,可以明显观察到有超声波作用的液体更为清澈。SarukhanovR.G[27]等研究了在频率44kHz、振幅1μm的超声波作用下锡的结晶净化过程,结果表明,超声波改善了杂质元素的分离效果,使Cu、Au、Cr、Ni在锡中的分配系数降低了25%～45%,从而达到使锡精炼的目的。

2.6超声无损检测(NDT)技术

陈等[28]针对粉末冶金(PM)零件在制备过程中不可避免存在的缺陷(气孔或裂纹),采用NDT技术对其进行了初步研究。结果表明,超声无损检测散射波的波形可在一定程度上反映粉末冶金制品中孔隙的数量和状态。散射波不明显时,说明材料的孔隙很小,可能小于超声波的波长;散射信号杂乱且增强时,说明材料孔隙较多。但散射波与孔隙之间的量的对应关系,因所受影响因素众多,只能大概反映孔隙的状况。超声无损检测中声速和材料中的孔隙率有一定的线性关系,声速的减小代表了材料孔隙的增多,同时在一定程度上也反映了材料的性能。因此,可以用超声无损检测技术来评价PM材料的某些性能。从而达到对该类零件实现非破坏性的快速、全面检测的目的。李军[29]对不锈钢复合钢板超声波检测方法进行了阐述。在检测不锈钢复合钢板时,通常选用单晶直探头局部水浸法从复板一侧按照扫查灵敏度进行检测,一旦发现缺陷波的信号,先将其圈住,再用单晶直探头的直接接触法准确划出缺陷的边界(确定边界用缺陷波全波消失法),并按照生产合同技术要求的相关标准,对缺陷是否可以修复做出准确评判。

3结论

(1)超声波对许多冶金过程确实能起到有效的强化作用。从实际应用的角度来看,现在的超声波设备普遍存在功率小的问题,不能完全满足工业化生产的要求,尽快研究出大功率超声波设备是解决应用问题的当务之急。随着科技的进步,可以相信在不久的将来,功率超声在强化冶金过程、复合材料的制备、细化晶粒,脱气去杂质,检测等方面的应用将越来越广阔,发挥越来越重要的作用。

(2)超声波会导致固体和液体出现“空化现象”。虽然对生物体来说,产生瞬态空化作用时,靠近爆炸气泡附近的细胞会受到损伤,但一般说来,在人体内大多数器官和生物流体中,损伤少量细胞不会对人体产生危害。