超声波原理与现代应用探讨

超声波原理与现代应用探讨一、本文概述超声波是一种频率高于人耳听觉阈值的声波，其频率范围通常在20kHz至数十MHz之间。超声波因其在传播过程中的独特性质，如良好的方向性、强的穿透能力和易于聚焦等，被广泛应用于工业、医疗、军事等多个领域。本文旨在探讨超声波的基本原理、现代应用及其发展趋势，旨在为读者提供一个全面而深入的超声波知识体系，同时展望其未来的应用前景。本文将首先介绍超声波的基本物理特性和产生原理，包括其波动性质、传播特性以及超声波换能器的工作原理等。随后，我们将重点讨论超声波在各个领域的应用，包括但不限于医学诊断与治疗、工业检测与加工、环保监测与治理等。通过对这些应用案例的详细分析，我们可以更深入地理解超声波在现代社会中的重要性和价值。本文还将关注超声波技术的发展趋势和前沿动态，包括新型超声波换能器的研发、超声波成像技术的改进以及超声波与其他技术的融合应用等。这些新兴技术和方法将进一步拓展超声波的应用领域，提升其在实际应用中的性能和效果。本文还将对超声波技术的发展进行展望，探讨其在未来可能带来的新机遇和挑战。通过本文的论述，我们期望能够帮助读者更好地理解和应用超声波技术，为推动超声波技术的进一步发展贡献智慧和力量。二、超声波原理超声波，是指频率高于20,000赫兹的声波，其特性使得它在实际应用中具有独特的优势。超声波原理主要涉及波动传播、反射、折射、干涉、衍射以及非线性声学等现象。其传播过程遵循波动方程，声速、波长和频率之间的关系满足波动的基本规律。超声波的产生通常依赖于特定的换能器，也称为超声波发生器。这些设备通过电子振荡或者压电效应，将电能转换为机械能，进而产生超声波。换能器的设计和性能直接影响超声波的产生效率和特性。超声波的传播过程中，遇到不同介质界面时，会发生反射、折射和散射等现象。这些现象是超声波检测和成像技术的基础。例如，在医学超声波成像中，超声波在人体组织中的反射和散射信息被接收并处理，形成图像，从而揭示人体内部的结构和病变。超声波的非线性声学特性也使其在某些特殊应用中发挥了重要作用。例如，利用超声波的非线性效应，可以实现材料内部的微观结构分析、应力检测等。超声波原理是超声波技术应用的基础。对超声波原理的深入理解和研究，有助于我们更好地开发和应用超声波技术，从而推动科技进步和社会发展。三、超声波的产生超声波是指频率高于20,000赫兹的声波，它超出了人耳能够听到的声音范围。超声波的产生主要依赖于某些特定的物理现象和设备，包括压电效应、磁致伸缩效应和气体振动等。压电效应是超声波产生的主要方式之一。压电材料，如石英、钛酸钡等，在受到机械力作用时，会在其表面产生电荷。反之，当在这些材料的电极上施加电压时，它们会产生机械形变。利用这种特性，我们可以通过对压电材料施加交变电压来产生超声波。例如，在超声波换能器中，压电晶片在交变电压的作用下，会不断改变其形状，从而产生超声波。磁致伸缩效应是另一种产生超声波的方法。某些铁磁材料在磁场中会发生形变，这种形变与磁场强度成正比。通过快速改变磁场强度，可以使得这些材料快速伸缩，从而产生超声波。这种方法主要用于制造磁致伸缩超声波换能器。气体振动也可以产生超声波。例如，通过高频电火花放电或高频电磁场，可以使气体分子产生高频振动，从而产生超声波。这种方法常用于气体超声波发生器。超声波的产生方式多种多样，每种方式都有其独特的优点和应用场景。在超声波的实际应用中，我们需要根据具体需求选择合适的超声波产生方式。同时，随着科技的发展，新的超声波产生方式也在不断涌现，为超声波的应用提供了更广阔的空间。四、超声波的传播特性超声波的传播具有明显的方向性。由于超声波的频率高，波长短，因此在传播过程中能够保持良好的方向性。这使得超声波在探测、测距、成像等领域具有广泛的应用。超声波在介质中传播时，会受到介质吸收、散射和扩散等因素的影响，导致能量逐渐衰减。传播衰减的程度与介质的性质、超声波的频率和强度等因素密切相关。在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的超声波频率和介质，以保证超声波的有效传播。当超声波遇到不同介质的交界面时，会发生反射和折射现象。反射是指超声波在交界面上改变传播方向，而折射是指超声波在交界面上改变传播速度。这些现象使得超声波在介质中的传播路径变得复杂，但同时也为超声波的应用提供了更多的可能性。当超声波的强度足够高时，其传播过程会出现非线性效应。这主要表现为超声波在介质中传播时，会产生次声波和高频声波等非线性波。非线性传播的研究对于深入理解超声波与介质之间的相互作用机制具有重要意义。超声波的传播特性是一个复杂而丰富的领域。通过对超声波传播特性的深入研究，不仅可以为超声波的应用提供更多的理论依据，还可以推动超声波技术的发展和创新。五、超声波的接收与检测超声波的接收与检测是超声波技术中至关重要的环节，它关乎到超声波信号的有效获取以及对目标物体的准确识别。在这一部分，我们将探讨超声波的接收原理、常见的检测方法以及它们在现代应用中的重要作用。超声波的接收主要依赖于压电效应。压电材料在受到机械应力作用时，会产生电势差，这一特性使得压电材料成为超声波接收器的理想选择。当超声波作用于压电材料时，其振动会使材料内部产生应力变化，进而产生电信号，这个电信号就是超声波信号的载体。在接收到超声波信号后，需要通过一系列的处理和检测手段来提取有用的信息。常见的超声波检测方法包括幅度检测、相位检测和多普勒检测等。幅度检测主要关注超声波信号的强弱，常用于距离测量和物体识别相位检测则关注超声波信号的传播时间，可用于物体的定位和速度测量多普勒检测则利用超声波与运动物体之间的频率变化来测量物体的速度，广泛应用于血流测速和物体速度测量等领域。在现代应用中，超声波的接收与检测技术发挥着举足轻重的作用。在医学领域，超声波成像技术如B超、彩超等，通过接收和检测人体内部的超声波信号，实现对器官和组织结构的可视化，为医生提供了有力的诊断依据。在工业领域，超声波检测技术可用于材料的无损检测、液位测量和焊接质量检测等，大大提高了生产效率和产品质量。在环境科学、生物学等领域，超声波的接收与检测技术也发挥着重要作用，为科研工作者提供了丰富的实验手段和数据分析依据。超声波的接收与检测是超声波技术中的关键环节，其原理和应用已经渗透到我们生活的方方面面。随着科技的不断发展，我们有理由相信，超声波的接收与检测技术将在未来发挥更加重要的作用，为人类的生产和生活带来更多的便利和创新。六、超声波的现代应用超声波因其独特的物理特性，在现代科技中得到了广泛的应用。随着技术的不断进步，超声波的应用领域也在不断扩大，涵盖了医疗、工业、军事、环保等多个方面。在医疗领域，超声波的应用尤为突出。现代医学中，超声波被广泛应用于诊断领域，如B超、彩超等设备，能够实时观察人体内部器官的结构和功能，对于许多疾病的早期发现和治疗具有重要意义。超声波在手术治疗中也发挥着重要作用，如超声波碎石、超声波刀等，它们通过聚焦超声波的高能量，实现非侵入式或微创式的手术治疗。在工业领域，超声波的应用同样广泛。超声波可以用于材料内部的缺陷检测，如金属、塑料等制品的无损检测。超声波在清洗领域也有广泛的应用，如超声波清洗机，能够有效地去除物品表面的污垢和油脂，提高产品的清洁度和质量。军事领域也是超声波应用的重要场所。超声波可用于探测水下目标，如潜艇、水下武器等，具有很高的隐蔽性和准确性。同时，超声波还可以用于水下通信和导航，为军事行动提供有力的支持。在环保领域，超声波的应用也在逐渐增多。例如，超声波可以用于废水处理，通过产生的高能振动和空化效应，能够有效地分解废水中的有害物质，提高废水处理的效果。超声波还可以用于噪声控制和空气净化等方面，为环境保护做出了贡献。超声波在现代科技中的应用已经深入到各个领域，为人类的生产和生活带来了极大的便利和效益。随着科技的不断发展，超声波的应用前景将更加广阔。七、医学领域的应用超声波在医学领域的应用，可谓是现代科技与医学结合的典范。其独特的物理特性使得超声波在医学诊断和治疗中发挥了不可替代的作用。在医学影像领域，超声波被广泛用于胎儿的观察、心脏、腹部、血管和肌肉等部位的成像，形成了独具特色的超声诊断学。超声成像技术以其无创、实时、动态、便携等优点，在临床医学中占据了重要的地位。超声波不仅用于诊断，还广泛应用于治疗领域。例如，高强度聚焦超声（HIFU）技术，能够利用超声波的聚焦能量，对特定组织进行精确治疗，如肿瘤消融、子宫肌瘤等。超声波还被用于药物输送、碎石术、疼痛管理等众多治疗领域，展现了其在医学治疗中的广阔应用前景。近年来，随着技术的进步，超声波在医学领域的应用也在不断创新和拓展。例如，利用超声波引导的微创手术，可以实现更精确、更安全的手术操作超声造影技术的发展，为疾病的早期发现和治疗提供了有力支持超声弹性成像技术则能够评估组织的硬度，为肿瘤的诊断提供了新的手段。超声波在医学领域的应用不仅丰富了医学诊断手段，也为疾病的治疗提供了新的途径。未来，随着超声波技术的进一步发展和完善，其在医学领域的应用将更加广泛和深入，为人类的健康事业做出更大的贡献。八、工业领域的应用超声波在工业领域的应用广泛而深入，其独特的物理特性使得它在众多工业过程中发挥着不可或缺的作用。从材料科学到环境监控，从食品加工到能源管理，超声波都在推动工业技术的革新与升级。在材料科学领域，超声波的应用主要体现在无损检测、焊接和粉体处理等方面。无损检测是利用超声波在材料内部传播时遇到缺陷会产生反射或散射的特性，来检测材料的内部结构和缺陷，从而评估材料的质量和性能。超声波焊接则利用高频振动产生的热量，使接触面迅速熔化并结合，广泛应用于塑料、金属等材料的连接。在粉体处理中，超声波能够有效地破碎团聚的颗粒，提高粉体的分散性和流动性。超声波在环境监控领域也发挥着重要作用。例如，在污水处理过程中，超声波可以加速污染物的分解和去除，提高污水处理的效率和质量。超声波还可以用于气体泄漏检测和空气质量监测，为环境保护提供有力的技术支持。在食品加工领域，超声波的应用主要体现在杀菌、乳化、提取等方面。超声波的高频振动和空化作用能够有效地杀灭细菌和病毒，保障食品的安全卫生。同时，超声波还能促进油脂和水的乳化作用，改善食品的口感和质地。在提取过程中，超声波能够破坏植物细胞壁，提高提取物的产量和质量。在能源管理领域，超声波也发挥着重要作用。例如，在石油和天然气开采过程中，超声波可以用于测井和油藏评估，帮助确定油气资源的分布和储量。超声波还可以用于提高燃油的燃烧效率和减少排放，为节能减排做出贡献。超声波在工业领域的应用具有广阔的前景和巨大的潜力。随着科技的不断进步和创新，相信超声波将在更多领域发挥重要作用，推动工业技术的持续发展和升级。九、环保领域的应用超声波在环保领域的应用日益广泛，其独特的物理特性使其成为环保科技中不可或缺的一部分。超声波在环保领域的应用主要体现在水处理、空气净化和废物处理等方面。在水处理方面，超声波能够产生强烈的空化效应，有效地分解水中的有机污染物，提高废水的可生化性，从而实现废水的深度处理。超声波还可以用于水的消毒，其高频振动能够破坏细菌的细胞壁，从而达到杀菌的目的。这种物理消毒方法相比传统的化学消毒方法，具有环保、无二次污染等优点。在空气净化方面，超声波可以产生微细的气泡，这些气泡在破裂时会产生强烈的冲击波，能够有效地去除空气中的颗粒物，如尘埃、花粉等。同时，超声波还可以促进空气中的氧气分子与水分子结合生成负氧离子，有利于改善空气质量，提高人们的生活环境。在废物处理方面，超声波能够促进有机废物的分解和转化，加速其生物降解过程。超声波还可以用于处理危险废物，如医疗废物、化工废物等。通过超声波的处理，可以有效地破坏废物中的有害物质，降低其对环境的污染程度。超声波在环保领域的应用具有广阔的前景和巨大的潜力。随着科技的不断进步和环保需求的日益迫切，相信超声波将在未来的环保领域中发挥更加重要的作用。十、军事领域的应用超声波在军事领域的应用是其多元化用途中的一项重要内容。由于超声波具有传播速度快、方向性好、穿透能力强等特点，它在军事领域中发挥着不可或缺的作用。超声波在军事探测中扮演着重要角色。例如，通过利用超声波雷达，军事人员能够准确地探测到敌方目标的距离、速度和方向。这种非接触式的探测方式，不仅提高了探测的精度，而且在一定程度上减少了被敌方发现的风险。在复杂的战场环境中，传统的无线电通讯可能受到干扰或限制。而超声波通讯作为一种备选方案，能够在短距离内实现高速、稳定的数据传输。这种通讯方式对于保障战场指挥系统的顺畅运作至关重要。超声波在精确制导武器中发挥着关键作用。通过利用超声波传感器，武器系统能够更准确地锁定目标，提高打击的精确度和效果。这种技术不仅提高了武器的作战效能，也减少了对无辜平民的潜在伤害。超声波在军事伪装和隐身技术中也发挥着重要作用。通过利用超声波的特殊性质，军事装备和人员可以在一定程度上实现隐身，降低被敌方发现的概率。这种技术对于提高军事行动的隐蔽性和成功率具有重要意义。超声波在军事领域的应用广泛而重要。随着科技的不断进步和创新，相信未来超声波在军事领域的应用将会更加深入和广泛。同时，我们也应该关注到其可能带来的伦理和安全问题，确保科技的应用始终符合人类的道德和利益。十一、其他领域的应用环保领域：超声波在环保领域中的应用主要体现在污水处理和废物处理两个方面。通过超声波的振动作用，可以有效地加速污水中的污染物分解，提高污水处理的效率。同时，超声波也可以用于处理固体废物，通过其高频振动，可以使废物中的有机物分解，从而达到减少废物体积和降低污染的目的。农业领域：超声波在农业中的应用主要表现在提高作物产量和品质，以及促进植物生长等方面。研究表明，适当强度的超声波可以刺激植物细胞的生长，提高植物的光合作用效率，从而增加作物的产量和品质。食品工业：超声波在食品工业中的应用主要体现在食品加工和保鲜两个方面。通过超声波的振动作用，可以加速食品的烹饪过程，提高食品的加工效率。同时，超声波还可以用于食品的保鲜，通过其高频振动，可以破坏食品中的微生物细胞，从而达到延长食品保质期的目的。军事领域：超声波在军事领域中的应用主要表现在声纳探测和反潜战等方面。通过发射超声波并接收其反射信号，可以实现对水下目标的探测和定位，为军事行动提供重要的情报支持。考古学：超声波在考古学中的应用主要表现在对古物的无损检测和鉴定方面。通过超声波的穿透作用，可以获取古物内部的结构信息，从而实现对古物的无损检测和鉴定。超声波的原理和现代应用已经渗透到各个领域，其独特的物理特性使得它在众多领域中都有着广泛的应用前景。随着科技的进步和研究的深入，相信超声波在未来的应用将会更加广泛和深入。十二、超声波技术的挑战与未来展望超声波技术作为一种重要的物理手段，已经在众多领域展现出其独特的优势和应用潜力。随着科技的发展和应用的深入，超声波技术也面临着一些挑战，并期待着未来的进一步发展。超声波技术在应用中需要解决的主要挑战之一是能量损耗问题。超声波在传播过程中，由于介质的吸收、散射和反射，会导致能量的损失，从而影响其应用效果。如何减少超声波的能量损耗，提高其传播效率，是超声波技术面临的重要问题。超声波的精确控制也是一大挑战。超声波的生成、传播和接收都需要精确的控制技术，以实现其精确的定位和高效的应用。目前，虽然超声波的控制技术已经取得了一定的进展，但在某些复杂环境下，如何实现超声波的精确控制仍然是一个难题。再次，超声波技术的安全性问题也不容忽视。在某些应用中，如医学超声诊断和治疗，超声波的安全性问题尤为突出。过高的超声波强度可能会对人体组织产生损伤，如何在保证超声波应用效果的同时，确保其安全性，是超声波技术面临的又一挑战。尽管面临这些挑战，超声波技术的未来仍然充满了希望。随着科技的进步，我们有理由相信，这些问题都将得到逐步解决。未来，超声波技术可能会在以下几个方面取得突破：一是新材料的研发。新型材料的出现可能会为超声波的传播和控制提供新的可能，如具有优异声学性能的材料，可能会大大提高超声波的应用效果。二是新技术的出现。随着科技的进步，可能会出现新的超声波生成、传播和接收技术，从而提高超声波的精确控制能力和应用效果。三是跨学科的应用。超声波技术可能会与其他领域的技术相结合，如与人工智能、生物医学工程等领域的结合，可能会开发出更加智能、高效的超声波应用方式。虽然超声波技术面临着一些挑战，但其未来的发展前景仍然广阔。我们期待在科技的不断进步下，超声波技术能够为社会的发展做出更大的贡献。十三、结论随着科技的飞速发展，超声波技术已经深入到了我们生活的各个角落，从医疗诊断到工业检测，从环保监测到军事应用，其独特的物理特性和广泛的应用前景使得超声波原理及其现代应用成为了研究的热点。超声波作为一种高频声波，其独特的传播特性使得它在许多领域具有独特的优势。在医学领域，超声波以其无创、实时、便捷的特点广泛应用于疾病的诊断和治疗，如超声心动图、胎儿监测、肿瘤诊断等。在工业领域，超声波以其穿透性强、能量集中、定位准确等特点，被广泛应用于材料检测、焊接、清洗等领域。超声波还在环保监测、军事应用等领域发挥着重要作用。超声波的应用也面临着一些挑战和限制。例如，超声波在传播过程中会受到介质的影响，产生衰减和散射，影响其传播效果。同时，超声波设备的成本和维护费用较高，也在一定程度上限制了其应用范围。我们需要深入研究超声波的传播机理，探索新的超声波材料和器件，以提高超声波的应用效果，降低其应用成本。超声波原理及其现代应用是一个充满挑战和机遇的领域。随着科技的不断进步，我们有理由相信，超声波技术将在更多领域发挥其独特优势，为人类的科技进步和生活质量的提升做出更大的贡献。参考资料：无损探伤是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下，对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种测试手段。无损检测：NondestructiveTesting（缩写NDT）据美国国家宇航局调研分析，认为无损检测方法可分为六大类约70余种。但在实际应用中比较常见的有以下几种：－射线检测RadiographicTesting（缩写RT）；－磁粉检测MagneticparticleTesting（缩写MT）；－渗透检验PenetrantTesting（缩写PT）；－涡流检测EddycurrentTesting（缩写ET）；探伤仪种类繁多，但在实际的探伤过程，脉冲反射式超声波探伤仪应用的最为广泛。一般在均匀的材料中，缺陷的存在将造成材料的不连续，这种不连续往往又造成声阻抗的不一致，由反射定理我们知道，超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将会发生反射，反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。脉冲反射式超声波探伤仪就是根据这个原理设计的。所谓A扫描显示方式即显示器的横坐标是超声波在被检测材料中的传播时间或者传播距离，纵坐标是超声波反射波的幅值。在一个钢工件中存在一个缺陷，由于这个缺陷的存在，造成了缺陷和钢材料之间形成了一个不同介质之间的交界面，交界面之间的声阻抗不同，当发射的超声波遇到这个界面之后，就会发生反射,反射回来的能量又被探头接受到，在显示屏幕中横坐标的一定的位置就会显示出来一个反射波的波形，横坐标的这个位置就是缺陷在被检测材料中的深度。这个反射波的高度和形状因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性质。具体技术指标见（表1）。超声波探伤比射线探伤具有较高的探伤灵敏度、周期短、成本低、灵活方便、效率高，对人体无害等优点；缺点是对工作表面要求平滑、要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类、对缺陷没有直观性；超声波探伤适合于厚度较大的零件检验（1）超声波在介质中传播时，在不同质界面上具有反射的特性，如遇到缺陷，缺陷的尺寸等于或大于超声波波长时，则超声波在缺陷上反射回来，探伤仪可将反射波显示出来；如缺陷的尺寸甚至小于波长时，声波将绕过缺陷而不能反射；（2）波声的方向性好，频率越高，方向性越好，以很窄的波束向介质中辐射，易于确定缺陷的位置.（3）超声波的传播能量大，如频率为1MHZ（1兆赫兹）的超声波所传播的能量，相当于振幅相同而频率为1000HZ（赫兹）的声波的100万倍.超探仪是一种便携式工业无损探伤仪器，它能够快速便捷、无损伤、精确地进行工件内部多种缺陷（焊缝、裂纹、夹杂、折叠、气孔、砂眼等）的检测、定位、评估和诊断。既可以用于实验室，也可以用于工程现场。本仪器能够广泛地应用在制造业、钢铁冶金业、金属加工业、化工业等需要缺陷检测和质量控制的领域，也广泛应用于航空航天、铁路交通、锅炉压力容器等领域的在役安全检查与寿命评估。它是无损检测行业的必备。无损检测的常规方法有直接用肉眼检查的宏观检验和用射线照相探伤、超声探伤仪、磁粉探伤仪、渗透探伤、涡流探伤等仪器检测。肉眼宏观检测可以不使用任何仪器和设备，但肉眼不能穿透工件来检查工件内部缺陷，而射线照相等方法则可以通过各种各样的仪器或设备来进行检测，既可以检查肉眼不能检查的工件内部缺陷，也可以大大提高检测的准确性和可靠性。至于用什么方法来进行无损检测，这需根据工件的情况和检测的目的来确定。那么什么又叫超声波呢？声波频率超过人耳听觉，频率比20千赫兹高的声波叫超声波。用于探伤的超声波，频率为4-25兆赫兹，其中用得最多的是1-5兆赫兹。利用声音来检测物体的好坏，这种方法早已被人们所采用。例如，用手拍拍西瓜听听是否熟了；医生敲敲病人的胸部，检验内脏是否正常；用手敲敲瓷碗，看看瓷碗是否坏了等等。但这些依靠人的听觉来判断声响的检测法，比声响法要客观和准确，而且也比较容易作出定量的表示。由于超声波探伤具有探测距离大，探伤装置体积小，重量轻，便于携带到现场探伤，检测速度快，而且探伤中只消耗耦合剂和磨损探头，总的检测费用较低等特点，建筑业市场主要采用此种方法进行检测。接到探伤任务后，首先要了解图纸对焊接质量的技术要求。钢结构的验收标准是依据GB50205-95《钢结构工程施工及验收规范》来执行的。标准规定：对于图纸要求焊缝焊接质量等级为一级时评定等级为Ⅱ级时规范规定要求做100%超声波探伤；对于图纸要求焊缝焊接质量等级为二级时评定等级为Ⅲ级时规范规定要求做20%超声波探伤；对于图纸要求焊缝焊接质量等级为三级时不做超声波内部缺陷检查。在此值得注意的是超声波探伤用于全熔透焊缝，其探伤比例按每条焊缝长度的百分数计算，并且不小于200mm。对于局部探伤的焊缝如果发现有不允许的缺陷时，应在该缺陷两端的延伸部位增加探伤长度，增加长度不应小于该焊缝长度的10%且不应小于200mm，当仍有不允许的缺陷时，应对该焊缝进行100%的探伤检查，其次应该清楚探伤时机，碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度后、低合金结构钢在焊接完成24小时以后方可进行焊缝探伤检验。另外还应该知道待测工件母材厚度、接头型式及坡口型式。至今为止我在实际工作中接触到的要求探伤的绝大多数焊缝都是中板对接焊缝的接头型式，所以我下面主要就对焊缝探伤的操作做针对性的总结。一般地母材厚度在8-16mm之间，坡口型式有I型、单V型、型等几种形式。在弄清楚以上这此东西后才可以进行探伤前的准备工作。在每次探伤操作前都必须利用标准试块（CSK-IA、CSK-ⅢA）校准仪器的综合性能，校准面板曲线，以保证探伤结果的准确性。探测面的修整：应清除焊接工作表面飞溅物、氧化皮、凹坑及锈蚀等，光洁度一般低于▽4。焊缝两侧探伤面的修整宽度一般为大于等于2KT+50mm，（K:探头K值，T：工件厚度）。一般的根据焊件母材选择K值为5探头。例如：待测工件母材厚度为10mm,那么就应在焊缝两侧各修磨100mm。耦合剂的选择应考虑到粘度、流动性、附着力、对工件表面无腐蚀、易清洗，而且经济，综合以上因素选择浆糊作为耦合剂。在探伤操作过程中采用粗探伤和精探伤。为了大概了解缺陷的有无和分布状态、定量、定位就是精探伤。使用锯齿形扫查、左右扫查、前后扫查、转角扫查、环绕扫查等几种扫查方式以便于发现各种不同的缺陷并且判断缺陷性质。对探测结果进行记录，如发现内部缺陷对其进行评定分析。焊接对头内部缺陷分级应符合现行国家标准GB11345-89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》的规定，来评判该焊否合格。如果发现有超标缺陷，向车间下达整改通知书，令其整改后进行复验直至合格。一般的焊缝中常见的缺陷有：气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹，至今还没有一个成熟的方法对缺陷的性质进行准确的评判，只是根据荧光屏上得到的缺陷波的形状和反射波高度的变化结合缺陷的位置和焊接工艺对缺陷进行综合估判。对于内部缺陷的性质的估判以及缺陷的产生的原因和防止措施大体总结了以下几点：单个气孔回波高度低，波形为单峰，较稳定。从各个方向探测，反射波大体相同，但稍一动探头就消失，密集气孔会出现一簇反射波，波高随气孔大小而不同，当探头作定点转动时，会出现此起彼落的现象。产生这类缺陷的原因主要是焊材未按规定温度烘干，焊条药皮变质脱落、焊芯锈蚀，焊丝清理不干净，手工焊时电流过大，电弧过长；埋弧焊时电压过高或网络电压波动太大；气体保护焊时保护气体纯度低等。如果焊缝中存在着气孔，既破坏了焊缝金属的致密性，又使得焊缝有效截面积减少，降低了机械性能，特别是存链状气孔时，对弯曲和冲击韧性会有比较明显降低。防止这类缺陷防止的措施有：不使用药皮开裂、剥落、变质及焊芯锈蚀的焊条，生锈的焊丝必须除锈后才能使用。所用焊接材料应按规定温度烘干，坡口及其两侧清理干净，并要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度等。点状夹渣回波信号与点状气孔相似，条状夹渣回波信号多呈锯齿状波幅不高，波形多呈树枝状，主峰边上有小峰，探头平移波幅有变动，从各个方向探测时反射波幅不相同。这类缺陷产生的原因有：焊接电流过小，速度过快，熔渣来不及浮起，被焊边缘和各层焊缝清理不干净，其本金属和焊接材料化学成分不当，含硫、磷较多等。防止措施有：正确选用焊接电流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必须把坡口清理干净，多层焊时必须层层清除焊渣；并合理选择运条角度焊接速度等。反射率高，波幅也较高，探头平移时，波形较稳定，在焊缝两侧探伤时均能得到大致相同的反射波幅。这类缺陷不仅降低了焊接接头的机械性能，而且在未焊透处的缺口和端部形成应力集中点，承载后往往会引起裂纹，是一种危险性缺陷。其产生原因一般是：坡口纯边间隙太小，焊接电流太小或运条速度过快，坡口角度小，运条角度不对以及电弧偏吹等。探头平移时，波形较稳定，两侧探测时，反射波幅不同，有时只能从一侧探到。其产生的原因：坡口不干净，焊速太快，电流过小或过大，焊条角度不对，电弧偏吹等。防止措施：正确选用坡口和电流，坡口清理干净，正确操作防止焊偏等。回波高度较大，波幅宽，会出现多峰，探头平移时反射波连续出现波幅有变动，探头转时，波峰有上下错动现象。裂纹是一种危险性最大的缺陷，它除降低焊接接头的强度外，还因裂纹的末端呈尖销的缺口，焊件承载后，引起应力集中，成为结构断裂的起源。裂纹分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹三种。热裂纹产生的原因是：焊接时熔池的冷却速度很快，造成偏析；焊缝受热不均匀产生拉应力。防止措施：限制母材和焊接材料中易偏析元素和有害杂质的含量，主要限制硫含量，提高锰含量；提高焊条或焊剂的碱度，以降低杂质含量，改善偏析程度；改进焊接结构形式，采用合理的焊接顺序，提高焊缝收缩时的自由度。冷裂纹产生的原因：被焊材料淬透性较大在冷却过程中受到人的焊接拉力作用时易裂开；焊接时冷却速度很快氢来不及逸出而残留在焊缝中，氢原子结合成氢分子，以气体状态进到金属的细微孔隙中，并造成很大的压力，使局部金属产生很大的压力而形成冷裂纹；焊接应力拉应力并与氢的析集中和淬火脆化同时发生时易形成冷裂纹。防止措施：焊前预热，焊后缓慢冷却，使热影响区的奥氏体分解能在足够的温度区间内进行，避免淬硬组织的产生，同时有减少焊接应力的作用；焊接后及时进行低温退火，去氢处理，消除焊接时产生的应力，并使氢及时扩散到外界去；选用低氢型焊条和碱性焊剂或奥氏体不锈钢焊条焊丝等，焊材按规定烘干，并严格清理坡口；加强焊接时的保护和被焊处表面的清理，避免氢的侵入；选用合理的焊接规范，采用合理的装焊顺序，以改善焊件的应力状态。超声波清洗技术是一种以超声波能量为动力源的清洗方式，其原理基于超声波在介质中的传播特性。当超声波在液体中传播时，会产生一种叫做“空化效应”的现象，即液体内部产生大量的气泡，这些气泡在超声波的作用下迅速产生、生长、崩溃，并在崩溃的瞬间释放出巨大的能量。这种能量可以剥离和清洗附着在物体表面的污物和杂质，从而达到清洗的目的。超声波清洗技术因其高效、环保、无损伤的特点，被广泛应用于各种领域。在工业生产中，超声波清洗被用于清洗机械零件、电子元件、光学器件等，可以有效地去除表面的油污、锈迹、杂质等，提高产品的质量和可靠性。在医疗领域，超声波清洗被用于清洗手术器械、牙科工具等，其高效的清洗效果和无损伤的特点得到了广泛认可。超声波清洗还被广泛应用于珠宝首饰、钟表、乐器等行业的清洗和保养。超声波清洗工艺的优势在于其清洗效果好、效率高、环保无污染。与传统的清洗方式相比，超声波清洗可以在短时间内完成大面积的清洗工作，而且对被清洗物体的表面无损伤。超声波清洗还可以针对不同的清洗需求，选择适当的超声波频率和清洗剂，以达到最佳的清洗效果。超声波清洗工艺也存在一定的局限性。对于一些具有复杂形状或深孔的物体，超声波的清洗效果可能会受到限制。由于超声波清洗需要使用清洗剂，对于一些特殊材料或对化学物质敏感的物体，可能会受到一定的影响。超声波清洗设备的成本较高，也限制了其在某些领域的应用。随着科技的不断发展，超声波清洗技术也在不断进步和完善。未来，超声波清洗工艺将朝着更加高效、智能、环保的方向发展。例如，通过改进超声波的频率和功率，可以提高清洗效果和效率；通过引入智能控制技术，可以实现自动化和智能化的清洗；通过使用环保型的清洗剂，可以实现绿色清洗，减少对环境的污染。超声波清洗工艺作为一种高效、环保的清洗方式，在许多领域都有着广泛的应用前景。随着技术的不断进步，相信其在未来的发展中将会发挥更加重要的作用。超声波是声波的一部分，是人耳听不见、频率高于20KHZ的声波，它和声波有共同之处，即都是由物质振动而产生的，并且只能在介质中传播。同时，它也广泛地存在于自然界，许多动物都能发射和接收超声波，其中以蝙蝠最为突出，它能利用微弱的超声回波在黑暗中飞行并捕捉食物。但超声波还有它的特殊性质，如具有较高的频率与较短的波长，所以，它也与波长很短的光波有相似之处。超声波是弹性机械振动波，它与可听声相比还有一些特点，传播的方向较强，可聚集成定向狭小的线束；在传播介质质点振动的加速度非常之大；在液体介质中当超声强度达到一定值后便会发生空化现象。从声源发出的声波向某一方向（其他方向甚弱）定向地传播，称之为束射。超声波由于它的波长较短，当它通过小孔（大于波长的孔）时，会呈现出集中的一束射线向一定方向前进。又由于超声方向性强，所以可定向采集信息。同样当超声波传播的方向上有一障碍物的直径大于波长时，便会在障碍物后产生“声影”。这些犹如光线通过小孔和障碍物一样，所以超声波具有和光波相似的束射特性。超声波的束射性的好坏，一般用发散角的大小来衡量（习惯上用半发射角臼表示）。于声源的宜径(D)和声波的波长(λ)。由此看出，要使发声体发射出方向性有较好的超声波，必须使θ角尽量小，发射体（声源）的直径D必须很大或发射的频率f也必须很高才能得到，否则将适得其反。由于超声波的波长要比可听声的波长短，所以它就比可听声波有较好的束射特性，频率愈高的超声波，波长愈短，这种向一定方向传播的特性就愈显著。超声波在各种介质传播时，随着传播距离的增加，超声波强度会渐渐减弱，能量逐渐消耗，这种能量被介质吸收掉的特性，称之为声吸收。1845年斯托克斯(Stoke。G．G．)发现，当声波通过液体，因液体质点相对运动而产生的内摩擦（即粘滞作用）导致声吸收，因而导出了由介质的内摩擦或黏性引起的液体中声吸收公式。还有，当声波在液体介质中传播时，压缩区的温度将高于平均温度；相反，稀疏区的温度低于平均温度，由于热传导使声波的压缩和稀疏部分之间进行热交换，从而引起声波能量的减少1868年基尔霍夫(KirchhoffG.)导出了由热传导引起的声吸收公式。由此看出，吸收系数a与声波频率的平方成正比，当频率增加10倍，则吸收系数就增大100倍。即频率愈高，吸收愈大，因而声波传播的距离愈小。在气体中，1920年爱因斯坦提出了由声频散来确定缔合气体的反应率，从而促进了对气体分子热弛豫吸收机制延伸到液体的研究，得出了由于介质中的分子相互之间的碰撞引起分子热弛豫吸收。所以低频声波在空气中可以传播很远距离，而高频声波在空气中很快的衰减了。由以上看出引起不同介质对声吸收的原因很多，但主要原因是介质的粘滞性、热传导、介质的实际结构及介质的微观动力学过程中引起的弛豫效应等，这些介质中的声吸收都随着声的频率而变化。超声波是高频率的声波，在同一介质中传播时，随着频率的增大，被介质吸收的能量就愈大。例如频率为Hz的超声波在空气中被吸收的能量比频率为Hz的声波大100倍；对同一频率的超声波因传播的介质不同。如在气体、液体、固体中传播时，其吸收分别为最厉害、较弱、最小。所以超声波在空气中传播距离最短。超声波在均匀介质中传播时，由于介质的吸收，而影响声强度随距离的增加而减弱，这就是声波衰减。由此看出超声强度是以指数而衰减的。例如频率为106Hz的超声波在离开声源以后，在空气中经过5m距离，其强度就要减弱一半；在水中传播，要经过500m的距离后才使强度减弱一半，可看出在水中传播的距离相当于在空气中传播距离的1000倍。随着频率的增高，衰减越快。如频率为1011Hz的超声在空气中传播，当在离开声源的一刹那间就会全部消失得无影无踪。在粘度很大的液体中，超声被吸收得更快。例如在200C时，使频率为300kHz的超声的强度减至一半，只需4m厚的空气就够了，至于在水中就要经过440m，在变压器油中就要传播100m左右，而在石蜡中只需传播3m左右。粒度极大的物质（橡皮、胶木、沥青）则是超声波良好的绝缘体。超声波传播的能量比可听声大得多。因为当声波到达某一物质时，由于声波的作用使物质中的分子也跟着振动，振动的频率和声波频率一样，所以分子振动频率决定了分子振动的速度，频率越高速度越大。从而物质的分子由振动而获得了能量，其能量除了与分子的质量有关外，还与分子的振动速度的平方成正比，而振动速度又与分子振动的频率有关，所以声波的频率越高，也就是物质分子得到的能量越高。超声波的频率比声波的频率可高得多，所以超声波可使物质分子获得更大的能量。由此说明超声波本身可以供给物质足够大的能量。平常人耳能听到的声波频率低、能量小。如高声谈话声约等于50uW/cm2的强度。但超声波所具有的能量就比声波大得多。例如频率为Hz的超声振动所具有的能量，比振幅相同而频率为Hz的声波振动的能量要大100万倍，因为声波的能量与频率的平方成正比。由此看出，主要是超声波的巨大机械能量使物质质点产生了极大的加速度。在一般工作中，正常响度的扬声器的声强为W/cm2；炮的射击声的声强为W/cm2；中等响度的声音使水的质点所获得的加速度只有重力加速度（980cm/s2）的百分之几，所以不会对水产生影响。然而如果把超声作用于水中，使水质点所达到的加速度可能比重力加速度大几十万倍甚至几百万倍，所以就会使水质点产生急速运动。它在超声提取中有着极其重要的作用。空化现象是液体中常见的一种物理现象。在液体中由于涡流或超声波等物理作用，致使液体的某些地方形成局部的负压区，从而引起液体或液体一固体界面的断裂，形成微小的空泡或气泡。液体中产生的这些空泡或气泡处于非稳定状态，有初生、发育、随后迅速闭合的过程，当它们迅速闭合破灭时，会产生一种微激波，使局部区域有很大的压强。这种空泡或气泡在液体中形成和随后迅速闭合的现象，称为空化现象。关于空化基本过程以及空化与沸腾的区别简述如下：当液体在恒压下加热或在恒温下用静力或动力方法减压时，可达到茌液体中有蒸气空泡或充满气体的空泡（或空穴）开始出现并发育，随后又闭合。这一状态若由温度升高所引起，称之为“沸腾”；若温度基本不变而由局部压力下降所引起，称之为“空化”。由以上空化基本过程看出空化有以下特征：空化是一种液体中出现的现象，在任何正常环境下，固体或气体都不会发生空化；空化是液体减压的结果，因此大体上可由控制减压程度来控制空化现象；空化是一种动力学现象，它涉及空泡的发育与闭合。超声空化是强超声在液体中传播时，引起的一种特有的物理现象，也是引起液体中空腔的产生、长大、压缩、闭合、反跳快速重复性运动的特有的物理过程。在空泡崩溃闭合时产生局部高压、高温，由于声场中的频率、声强和液体的表面张力、粘度以及周围环境的温度和压力等影响，液体中的微小气核在声场的作用下响应可能是缓和的，也可能是强烈的。故人们将声空化分为稳态和瞬态两种空化类型。稳态空化主要是指那些内含气体和蒸气的空化泡的动力学行为，是一种较长寿命的气泡振动。这种空化过程一般在小于1W/cm2声强时产生，空化气泡振动时间长，且持续几个声波周期。在声场中这种振动气泡，由于在膨胀时气泡的表面积比压缩时大，使膨胀时扩散到泡内的气体比压缩时扩散到泡外的多，而使气泡在振动过程中增大。当振动振幅足够大时，会使气泡由稳态转变为瞬态空化，继而发生崩溃。瞬态空化一般指在大于1W/cm2的声强时所产生的空化气泡，振动只在一个声周期内完成。这种在声场中振动的气泡，当声强足够高、声压为负半周时，液体受到大的拉力，气泡核迅速胀大，可达到原来尺寸的数倍；继而在声压正半周时，气泡受到压缩因突然崩溃而裂解成许多小气泡，以构成新的空化核。在气泡迅速收缩时，泡内的气体或蒸气被压缩，而在空化泡崩溃的极短时间，泡内产生约5000K的高温，类似太阳表面的温度；局部产生约500大气压的高压，相当于深海底的压力；温度变化率高达109K/s；并伴随产生强烈的冲击波和时速达400km的射流、发光现象，也可听到小的爆裂声。可见空化所提供的能量，使局部产生高压、高温、高梯度流动，为药材中难以提取的成分提供了一种新的提取途径。对超声空化的研究，始于20世纪30年代，在Monnesco和Frenzel等发现声发光(SL)后，由追索发光起因引起的对超声空化气泡运动的研究及对其基本效应的测量。他们采用对液体中超声空化群体气泡进行测量，研究了“多泡空化”；到20世纪60年代中国科学院汪承灏、张德俊等在应崇福院士指导下，研究了用动力式方法产生的单一空化气泡的完整运动过程，并实验证明了空化的光辐射和电磁辐射均发生于气泡闭合时刻，他们还研究了空化的乳化作用及机械效应。20世纪80年代美国Gaitan和Crum等人，采用声悬浮技术将单一气泡“囚禁”在容器的驻波场波腹处，使之与外加超声场同步产生周期性的空化过程，并进行了测量。这些成果都为超声在工农业、医学等方面的应用提供了理论基础，也为超声空化的测量提供了条件。根据报导，超声空化强度还没有一种绝对的测定方法，但超声在实际中的应用效果在某些方面是与空化强度有着直接关系，所以想方设法测量空化强度在实际应用中有着重要的意义。而空化强度不但和空化泡闭合时所产生的压力大小、单位体积中的空化泡数量有关，还与各种类型的空化泡有关，所以只能测量相对强度。主要是从超声清洗的角度研究，以直接衡量超声清洗的效果，其方法有：将厚度约20um的铝、锡或铅箔置于声场中一定距离上受空化腐蚀，在一定的时间内取出，称出腐蚀样的重量，以衡量相对的空化强度，这种方法称之为腐蚀法。这种方法可测量由液体表面到不同深度的相对空化强度。测量的方法是要求金属样品表面光洁度一致，进行多次测量，以求出平均值。将碘化钠置于四氯化碳中，在声空化作用下以释放出碘的多少，来衡量相对的空化强度，这种方法称为化学法。这种方法是用分光光度计或者放射性示踪方法作释放碘的定量测定。因为在超声强度5~30W/cm2，处理1min，碘的释放量随声强的增加而增加，故以释放量的大小，测定其空化强度。用带有放射性污物的工件作为清洗样品，用超声清洗后，定量测量污物除去的数量，以此衡量超声清洗的效果或相对的空化强度，这种方法称之为清除污物法。在实际应用中还有测量空化噪声的方法等，在此不多述了。由于声空化现象产生气泡的非线性振动以及它们破灭时产生爆破压力，所以伴随空化现象能产生许多物理和化学效应。这些效应有消极方面的作用，但也有在工程技术中得到应用的方面。如舰船用的高速旋转的螺旋桨桨叶的表面，常受到空化产生的压力打击作用，“腐蚀”成一些斑痕。空化严重时，大量气泡的出现会影响螺旋桨的推力。在民用工业中，空化“腐蚀”会损坏管道和器件。利用空化产生的激波打击作用，或气泡闭合的局部高温可以在工业中得到有益的利用。如超声清洗，就是利用声波复杂构造异形的孔道，借助超声空化能对放在洗涤剂中的机件微型机件清洗；也可在锅炉中进行超声除垢和防水垢沉积；还可利用空化对药剂生产过程进行乳化，在工业上制备油一水之类混合溶液的乳剂；进行超声焊接（破坏金属表面氧化层，促金属焊接）；利用超声空化促进某些化学反应过程；打破植物细壁，促进化学成分向溶剂中溶解，提高化学成分提出率等应用。一超声原理概述超声波清洗的原理是发生器产的高频振荡电信号。通过换能器转换成高频的机械振动，传播到清洗液中，对工件实施高效的清洗。其工作机理是运用空化作用成倍或十几倍地提高清洗效果。当把液体放入清洗机内，施加超声波后，由于超声波在清洗液中是一种疏密相间，辐射传播的高频波，从而使液体高速往复振动。在振动的负压区由于周围的液体来不及补充，形成无数的微小真空气泡，而在正压区，微小气泡在压力下突然闭合，在闭合过程中