第一篇：超聲波技術在食品行業中的應用

超聲波技術在食品行業中的應用

江玉龍，王歡，杜新剛，趙兵

北京弘祥隆生物技術股份有限公司，北京，100085

摘要：超聲波具有空化作用、機械效應以及熱效應等，作為輔助手段廣泛應用于食品行業，如超聲輔助提取、超聲滅菌、超聲乳化、超聲結晶、超聲干燥等。本文綜述了超聲波在食品行業中的應用現狀。

關鍵詞：超聲波，食品，超聲提取，超聲滅菌，超聲乳化，超聲結晶，超聲干燥

超聲波是頻率在20KHz以上的聲波，它不能引起人的聽覺，是一種機械振動在媒質中的傳播過程，具有聚束、定向、反射、透射等特性，它在媒質中主要產生兩種形式的振動即橫波和縱波，前者只能在固體中產生，而后者可在固、液、氣體中產生。作為一種物理能量形式，超聲波廣泛應用于金屬探傷、水下定位、醫學診斷與治療、藥學、工業、化學與化工過程、環境保護、食品工業、生物工程等方面。空化效應、熱效應和機械作用是超聲技術應用的理論依據。當大能量的超聲波作用于介質時，介質被撕裂成許多小空穴，這些小空穴瞬時閉合，并產生高達幾千個大氣壓的瞬間壓力，即空化現象。超聲波在食品加工的各個環節均有用武之地，本文就其目前的在食品行業中的應用現狀加以綜述。超聲波輔助提取

超聲波對各種成分的提取分離的強化作用主要源于空化作用和機械效應，超聲空化現象中微小氣泡的爆裂會產生極大的壓力，使植物細胞壁及整個生物體的破裂在瞬間完成，縮短了破碎時間，同時超聲波產生的振動作用加強了胞內物質的釋放、擴散和溶解，可顯著提高提取效率。與常規提取方法相比，超聲波輔助提取技術具有提取效率高、提取時間短、能耗低以及產品收率高等優點。在有效成分提取過程中，細胞的破壁、溶質的擴散和平衡速度等與單位面積的超聲功率相關，而且均會對提取效率和回收率產生影響，因此一般選用低頻大功率超聲。超聲輔助提取技術在食品工業中的應用已十分廣泛，特別是在實驗室中小規模的 研究。但由于超聲波的衰減現象嚴重，在一定程度上制約了超聲波的工業化應用。為解決超聲波工程放大的難題，人們進行了許多開發嘗試。在眾多解決方案中，北京弘祥隆生物技術股份有限公司開發的循環式超聲提取方法最為有效。該技術能使超聲波與物料充分接觸，超聲波利用率達到100%，所有物料循環通過超聲場的有效范圍，成功的解決了超聲提取工程放大的難題，大大拓寬了超聲波技術的應用范圍。該公司設備適用于各類有效成分的提取，特別是不穩定性成分的提取。以竹節三七為原料提取三七總皂苷，采用HF-2B循環超聲提取機在室溫下提取2次每次30min的提取得率為7.6%，高于80℃浸提3次每次1.5h的得率5.3%[1]。在大豆豆粕總皂苷的提取研究中，CTXNW-2B循環超聲提取機25℃提取15min的得率（4.3%）高于乙醇回流5h的產率（3.4%）[2]。從甘草中提取甘草多糖，在相同條件下（65℃，1h）循環超聲提取的得率（9.6%）為水浸提（3.0%）的3.2倍[3]。在沙棘總黃酮的研究中，循環超聲提取20min的得率（2.1%）高于索氏提取3h（1.9%）[4]。利用循環超聲提取技術從紫蘇籽中提取籽油，其45℃提取1.5h與75℃索氏提取6h的得率相當[5]。在藻藍蛋白的提取研究中，循環超聲20℃提取1.5h的得率為凍融提取2.5h的4.2倍[6]。2 超聲波殺菌

傳統的熱殺菌技術由于溫度過高，容易導致食品營養成分和風味的損失，而超聲波、高壓等非熱殺菌技術則不存在這樣的問題。當采用超聲波處理食品時，由于超聲波的空化作用，在介質中會產生縱波，即交替壓縮和膨脹的區域，壓力的變化會在介質中形成氣泡。這些氣泡在膨脹過程中有更大的表面積，增加了氣體的擴散，在這一過程中會使分子產生激烈碰撞，生產沖擊波，導致局部區域溫度和壓力的瞬間升高。這種內爆導致的壓力改變是超聲波殺菌的主要原因[7]。根據現有文獻報道，超聲波對如下微生物有殺傷效果：李斯物單胞菌、沙門氏菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草牙孢桿菌等[8]。在食品工業，單獨使用超聲波殺菌并不能完全滿足要求，將超聲與其他滅菌技術聯合使用時有更好的效果，特別是與熱處理和壓力處理等相結合[9]。3 超聲波乳化和均質

乳化是一種液體以極微小液滴均勻地分散在互不相溶的另一種液體中，形成乳濁液的過程。超聲乳化是利用超聲的空化作用和機械效應，剪切大分子或液體 2 中的分散相，使其均質達到乳化的效果；此外，超聲波的作用還能夠使一些不溶于水的物質活性增加，從而在水中分散均勻或溶解，在幾乎不使用穩定劑的情況下保持乳濁體系的穩定[10]。與其他方法相比，超聲乳化具有許多優點：(1)所形成的乳液平均液滴尺寸小(0.2?2μm)，液滴尺寸分布范圍窄(0.1?10μm)；(2)濃度高，所形成的乳液更加穩定，純乳液濃度可超過30％，外加乳化劑可高達70％；(3)可以控制乳狀液的類型，在超聲作用下O/W(水包油)和W/O(油包水)型乳液都可制備；(4)生產乳液所需功率小[11]。新鮮牛奶中含有大量粒度大小不等的脂肪球，其上浮會在牛奶表面形成奶油層，使牛奶產生分層現象。牛奶的均質處理就是要擊碎牛奶中的脂肪球，使脂肪球的大小顯著降低，由2.79～3.08μm降至0.57～0.95μm，使上浮力減小甚至消失，從而防止牛奶的分層，達到使牛奶均一化的效果。當超聲波頻率為40 kHz，功率0.8W／cm2時，超聲波對牛奶的乳化效果最為理想[12]。4 超聲波結晶

超聲波能夠強化晶體生長，加速起晶過程。與其他刺激起晶法和投晶種法相比，超聲起晶所要求的過飽合度較低，晶體生長速度快，所得晶體均勻、完整，成品晶體尺寸分布范圍小。在制藥行業中為了得到細小而且均勻的顆粒，已將超聲用于生產口服液或注射液。超聲強化結晶也是改變許多食品特性的有效工具，如膳食脂肪、巧克力、冰淇淋的特性修飾等[13]。此外，超聲結晶技術還可以用于控制速凍食品冰晶的形成[14]。超聲波可以加快熱量傳導，使食品冷凍速度加快，并有效防止由于冰晶生長而造成的細胞組織破裂，避免解凍后的組織結構軟化和細胞液外流[15]。超聲波還能防止在結晶過程中晶體在管路上過度沉積，是一種最佳的綠色防垢技術。趙茜等[16]以葡萄糖為例，研究了超聲波用于不同異構體結晶成條件，給出了超聲波用于食品結晶成核的一般結論。李文釗等研究了超聲波對核黃素結晶的影響，結果表明超聲波能促進球狀核黃素結晶的形成，并使產品流散性提高[17]。杭方學等[18]研究了引入超聲后對穿心蓮內酯溶析結晶過程的影響，結果表明，超聲波顯著降低了結晶誘導期，誘導期隨著超聲功率的增加而縮短。5 超聲波干燥

由于傳統干燥技術需要采用高溫，容易使食品變形、老化，風味喪失，使保 3 健食品和功能食品的有效成分損失。超聲干燥技術解決了上述難題。其通過超聲本身所具有的空化作用、機械效應、熱效應等影響物料本身的結構，降低水分轉移阻力，有效去除結合水，從而加速水分的去除，降低水含量，干燥食品[19]。Garcia Perez JV.等[20]通過對干燥過程進行微波強化、紅外線強化、射頻強化和超聲波強化后效果的比較，發現超聲波更適用于低溫干燥，它不會引起產品溫度的顯著升高。超聲用于食品干燥常與熱風干燥相偶聯，通過超聲作用將物料內部的結合水轉移到物料表面，再熱風帶走，可顯著提高干燥速度，縮短干燥時間，如在55℃下干燥胡蘿卜，干燥到原來重量的10％，使用超聲波只需要50 min，而不使用超聲波需要2 h；在55℃下干燥蘑菇，干燥到相同的含水量，所需的時間只是熱風單獨干燥的1/3；在55℃下干燥蘋果，干燥到原來重量的6％，使用超聲波是不使用超聲波所用時間的40％[19]。此外，超聲技術也與噴霧干燥、冷凍干燥等干燥技術相偶聯。6 結論

超聲技術具有高效、節能等其他技術無可比擬的優勢，現已在食品行業中廣泛應用。但相關設備的研發相對滯后，尤其是超聲結晶、超聲乳化、超聲滅菌國內尚無生產型設備，且現有設備成本高，自動化程度低，因此，新設備的研制必將成為該領域新的熱點。

參考文獻

[1] 汪忠波, 沈建林.竹節三七齊墩果酸型皂甙的超聲提取工藝研究 [J].湖北中醫雜志, 2010, 32(12): 78-79 [2] 丁軻, 管勝楠, 張晨輝.大豆豆粕中總皂苷提取工藝的優化與比較 [J].中國食品學報, 2009, 9(5): 124-129 [3] 張琳, 樊金玲, 朱文學, 等.響應面法優化超聲波輔助提取甘草多糖工藝 [J].食品科學, 2010, 31(16): 67-71 [4] 楊喜花，陳敏，朱蕾，等.超聲循環提取沙棘葉中總黃酮的研究 [J].農業機械學報, 2006, 37(3): 58-60 [5] 劉希夷，陳均志，吳永彥，等.超聲波萃取法提取紫蘇籽油的研究 [J].糧油加工, 2008,(3): 17-19 4 [6] 曲文娟，馬海樂，張厚森.鈍頂螺旋藻藻藍蛋白的脈沖超聲輔助提取技術 [J].食品科技, 2007,(5): 111-114 [7] Piyasena P., Mohareb E., Mckellar RC.Inactivation of microbes using ultrasound [J].International Journal of Food microbiology, 2003, 87(3): 207-216 [8] 舒國偉, 陳合, 呂嘉櫪, 王旭.超聲波在食品滅菌中的研究進展 [J].中國調味品, 333(11): 11-16 [9] 劉東紅, 孟瑞鋒, 唐佳妮.超聲技術在食品殺菌及廢水處理中應用的研究進展 [J].農產品加工, 2009,(10): 18-21 [10] 趙峰, 楊江帆, 林河通.超聲波技術在食品加工中的應用 [J].武夷學院學報, 2010, 29(2): 21-27 [11] 雷德柱, 高大維, 干淑娟.超聲波在食品技術中的應用 [J].應用聲學, 2000, 19(5): 44-48 [12] 王靜, 韓濤, 李麗萍.超聲波的生物效應及其在食品工業中的應用 [J].北京農學院學報, 2006, 21(1): 68-75 [13] 胡愛軍, 丘泰球, 閻杰.超聲場強化溶液結晶研究進展[J].應用聲學, 2002, 21(4): 44-48 [14] Chow R., Blindt R., Chivers R., Povey M.The sonocrystallization of ice in sucrose solutions: primary and secondary nucleation [J].Ultrasonics, 2003(41): 595-604 [15] Zheng LY., Sun DW.Innovative applications of power ultrasond during food freezing processes-a review [J].Trends in Food Science & Technology, 2006(17): 16-23 [16] 趙茜, 高大維, 秦貫豐.在食品結晶成核中應用超聲探討 [J].食品工業科技, 1997,(5): 71-72 [17] 李文釗, 王芙蓉, 趙學明.超聲處理對核黃素溶析結晶影響研究 [J].食品工業科技, 2007, 28(7): 109-111 [18] 杭方學, 丘泰球.超聲對穿心蓮內酯溶析結晶的影響 [J].高校化學工程學報, 2008, 22(4): 585-590 [19] 曾麗芬.超聲波在食品干燥中的作用 [J].廣東化工, 2008, 35(2): 49-51 [20] Garcia Perez JV., Carcel JA., Benedito J., Mulet A.Power ultrasound mass transfer enhancement in food drying [J].Food and Bioproducets processing, 2007, 85(c3): 247-254 6

第二篇：超聲波檢測技術及應用

超聲波檢測技術及應用

劉贛

（青島濱海學院，山東省青島市經濟開發區266000）

摘 要：無損檢測(nondestructive test)簡稱 NDT。無損檢測就是不破壞和不損傷受檢物體，對它的性能、質量、有無內部缺陷進行檢測的一種技術。本文主要講的是超聲波檢測（UT）的工作原理以及在現在工業中的應用和發展。

關鍵詞：超聲波檢測；縱波；工業應用；無損檢測

1.超聲波檢測介紹 1.1超聲波的發展史

聲學作為物理學的一個分支, 是研究聲波的發生、傳播、接收和效應的一門科學。在1940 年以前只有單晶壓電材料, 使得超聲波未能得到廣泛應用。20 世紀70 年代, 人們又研制出了PLZT 透明壓電陶瓷, 壓電材料的發展大大地促進了超聲波領域的發展。聲波的全部頻率為10-4Hz～1014Hz, 通常把頻率為2×104Hz～2×109Hz 的聲波稱為超聲波。超聲波作為聲波的一部分, 遵循聲波傳播的基本定律, 1.2超聲波的性質

1）超聲波在液體介質中傳播時，達到一定程度的聲功率就可在液體中的物體界面上產生強烈的沖擊（基于“空化現象”）。從而引出了“功率超聲應用技術“例如“超聲波清洗”、“超聲波鉆孔”、“超聲波去毛刺”（統稱“超聲波加工”）等。

2）超聲波具有良好的指向性

3）超聲波只能在彈性介質中傳播，不能再真空中傳播。一般檢測中通常把空氣介質作為真空處理，所以認為超聲波也不能通過空氣進行傳播。4）超聲波可以在異質界面透射、反射、折射和波型轉化。5）超聲波具有可穿透物質和在物質中衰減的特性。

6）利用強功率超聲波的振動作用，還可用于例如塑料等材料的“超聲波焊接”。1.2超聲波的產生與接收

超聲波的產生和接收是利用超聲波探頭中壓電晶體片的壓電效應來說實現的。由超聲波探傷儀產生的電振蕩，以高頻電壓形式加載于探頭中壓電晶體片的兩面電極上時，由于逆壓電效應的結果，壓電晶體片會在厚度方向上產生持續的伸縮變形，形成了機械振動。弱壓電晶體片與焊件表面有良好的耦合時，機械振動就以超聲波形式傳播進入被檢工件，這就是超聲波的產生。反之，當壓電晶體片收到超聲波作用而發生伸縮變形時，正壓電效應的結果會使壓電晶體片兩面產生不同極性的電荷，形成超聲頻率的高頻電壓，以回波電信號的形勢經探傷儀顯示，這就是超聲波的接收。1.3超聲波無損檢測的原理

超聲波探傷儀的種類繁多，但在實際的探傷過程，脈沖反射式超聲波探傷儀應用的最為廣泛。一般在均勻的材料中，缺陷的存在將造成材料的不連續，這種不連續往往又造成聲阻抗的不一致，由反射定理我們知道，超聲波在兩種不同聲阻抗的介質的交界面上將會發生反射，反射回來的能量的大小與交界面兩邊介質聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關。脈沖反射式超聲波探傷儀就是根據這個原理設計的。

目前便攜式的脈沖反射式超聲波探傷儀大部分是A掃描方式的，所謂A掃描顯示方式即顯示器的橫坐標是超聲波在被檢測材料中的傳播時間或者傳播距離，縱坐標是超聲波反射波的幅值。譬如，在一個鋼工件中存在一個缺陷，由于這個缺陷的存在，造成了缺陷和鋼材料之間形成了一個不同介質之間的交界面，交界面之間的聲阻抗不同，當發射的超聲波遇到這個界面之后，就會發生反射，反射回來的能量又被探頭接受到，在顯示屏幕中橫坐標的一定的位置就會顯示出來一個反射波的波形，橫坐標的這個位置就是缺陷在被檢測材料中的深度。這個反射波的高度和形狀因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性質。1.4超聲波無損檢測的優缺點 優點：

1）探傷速度快，效率高

2）設備簡單輕巧，機動性強，野外及高空作業方便，實用

3）探測結果不受焊接接頭形式的影響，除對焊接縫外，還能檢查T形接頭及所有角焊縫。

4）對焊縫內危險性缺陷（包括裂縫、未焊透、未熔合）檢測靈敏度高 5）易耗品極少，檢查成本低 缺點：

1）若工件表面粗糙，需磨平，人工多

2）探測結果判定困難，操作人員需經專門培訓并經考核幾個 3）缺陷定型及定量困難

4）探測結果的正確評定收人為思想束縛的影響較大 5）探測結果不能直接記錄存檔

6）對于形狀復雜、表面粗糙、內部存在粗晶組織與奧氏體焊縫，探傷困難

2.超聲波檢測的應用 2.1陶瓷的無損檢測 2.1.1陶瓷氣孔率的檢測

陶瓷的強度、彈性模量、密度等直接和氣孔率有關, 有些構件的氣孔率決定了它能否使用。陶瓷中超聲波的傳遞速度v和氣孔率（或密度）之間也存在某種關系, 可以通過實測得到v, 再利用式（1）、式（2）求出陶瓷的氣孔率: v?v0(1?p?)???????????（1）v0?E0(1?v)????????（2）

?0(1?v)(1?2v)式中:

v0——陶瓷的氣孔率為零時的理論聲速;p?——陶瓷的氣孔率;E0——陶瓷的彈性模量;?0 ——陶瓷的密度。

將氣孔簡化為隨機取向的橢球, 均勻分布在各向同性的基體中, 用復合微觀力學模型計算聲速并和實測值進行比較, 由式（1）計算得到氣孔率。

當陶瓷材料的理論密度已知時, 氣孔率可由體密度計算而來。體密度的測量方法很多, 常用的有阿基米德法。陶瓷的內部缺陷也可以采用水浸探傷法來檢測, 以水浸縱波垂直探傷法檢測缺陷時, 波束路程可以直接讀出。要檢出微小缺陷時, 可以改用較低頻率的探頭。2.1.2陶瓷表面缺陷檢測

對于陶瓷而言, 同一形狀和尺寸的表面缺陷比內部缺陷更容易引起破壞, 因此表面缺陷的檢測特別重要。通常用水浸表面波法檢測陶瓷的表面缺陷, 其原理見圖1。將超聲波(縱波)傾斜入射到浸入水中的被檢物表面, 當入射角?c大于第二臨界角?n時, 折射聲波全部沿著工件表面傳播, 形成表面波, 表示為: ?c?arcsin(Cl1/Cr2)??n???????（3）式中:

Cl1——水中的縱波聲速;Cr2——工件水浸表面波聲速。

圖1 水浸表面波法原理

表面波波長比橫波波長短, 衰減也大于橫波。同時, 它僅沿表面傳播, 遇到尖銳轉角或棱角時將有強烈反射回波, 曲率越大反射越強。水浸表面波在試塊表面傳播時, 能量可泄漏到水中, 故僅僅傳播數毫米后, 水浸表面波的反射波高度就顯著降低。鑒于反射波傳遞距離較小的振幅特性, 應盡可能使探頭靠近缺陷處。

2.2鉆孔灌注樁的無損檢測 2.2.1檢測原理

采用超聲脈沖檢測混凝土缺陷的基本依據是，利用脈沖波在技術條件相同（指混凝土的原材料、配合比、齡期和測試距離一致）的混凝土中傳播的時間（或速度）、接收波的振幅和頻率等聲學參數的相對變化來判定混凝土的缺陷。

超聲脈沖波在混凝土中傳播速度的快慢，與混凝土的密實度有直接關系，對于原材料、配合比、齡期及測試距離一定的混凝土來說，聲速高則混凝土密實，相反則混凝土不密實。當有空洞或裂縫存在時，便破壞了混凝土的整體性，超聲脈沖波只能繞過空洞或裂縫傳播到接收換能器，因此傳播的路程增大，測得的聲時必然偏長或聲速降低。另外，由于空氣的聲阻抗率遠小于混凝土的聲阻抗率，脈沖波在混凝土中傳播時，遇到蜂窩、空洞或裂縫等缺陷，便在缺陷界面發生反射和散射，聲能被衰減，其中頻率較高的成分衰減更快，因此接收信號的波幅明顯降低，頻率明顯減小或頻率譜中高頻成分明顯減少。再者經過缺陷反射或繞過缺陷傳播的脈沖波信號與直達波信號之間存在聲程和相位差，疊加后互相干擾，致使接收信號的波形發生畸變。

根據上述原理，可以利用混凝土聲學參數測量值和相對變化綜合分析，判別其缺陷的位置和范圍，或估算缺陷的尺寸。2.2.2適用范圍

基樁超聲波檢測法是一種檢測混凝土灌注樁完整性的有效手段，它是利用聲波的透射原理對樁身混凝土介質狀況進行檢測，因此僅適用于在灌注成型過程中已經埋了兩根或兩根以上聲測管的基樁。

在樁身預埋一定數量的聲測管，通過水的耦合，超聲波從一根聲測管中發射，在另一根聲測管中接收，可以測出被測混凝土介質的聲學參數。由于超聲波在混凝土中遇到缺陷時會產生繞射、反射和折射，因而到達接收換能器的聲時、波幅及主頻發生改變。超聲波法就是利用這些聲波特征參數來判別樁身的完整性。

對跨孔透射法，當樁徑較小時，聲測管間距也較小，其測試誤差相對較大，同時預埋聲測管可能引起附加的灌注樁施工質量問題。因此，超聲波檢測方法適用于檢測直徑不小于 800mm 的混凝土灌注樁的完整性。

3.超聲波檢測的發展前景

無損檢測與評價技術在我國日常產品質量檢驗和大量在用工業和民用設備的檢驗中發揮了十分重要的作用。從統計結果看，我國擁有近17萬無損檢測人員和2000多家無損檢測機構，2007年無損檢測儀器的銷售額達10億元人民幣左右，大專院校每年培養近千名無損檢測專業的大專、本科和研究生。我國不僅對常規無損檢測設備、器材和服務有著巨大的需求，而且對先進的無損檢測儀器、技術和服務也有大量的需求。我國已成為一個無損檢測儀器、技術和服務的巨大市場。我國的無損檢測工作者已經在許多技術和領域進行了大量的研究、開發和成功的應用。

第三篇：超聲波探傷技術在鋼結構檢測中的應用

超聲波探傷技術在鋼結構檢測中的應用

摘 要：隨著當代建筑技術日新月異的發展，鋼結構在當代建筑中使用率越來越高。采用無損探傷的手段對焊縫進行質量檢驗是確保鋼結構工程質量的重要環節。本文從規范規定的焊縫等級、相應檢測的類別、評判標準及缺陷特性等方面對鋼結構超聲波無損探傷做了初步探討。

關鍵詞：鋼結構 檢測 焊縫 超聲波無損探傷 焊縫等級

隨著當代建筑技術日新月異的發展，建筑結構體系的種類不斷的朝輕質、高強的方向發展，鋼管混凝土結構、鋼結構在當代建筑中使用率越來越高。尤其是在廠房建設及設備安裝中更是大量使用鋼結構。而焊接作為鋼結構的主要連接方式之一，直接影響鋼結構的施工質量，采用無損探傷的手段對焊縫進行質量檢驗是確保鋼結構工程質量的重要環節。

鋼結構無損探傷包括超聲檢測（UT）、射線檢測（RT）、磁粉檢測（MT）、滲透檢測（PT）和渦流檢測（ET）等五種檢測方法。超聲檢測是目前應用最廣泛的探傷方法之一。超聲波的波長很短、穿透力強，傳播過程中遇不同介質的分界面會產生反射、折射、繞射和波形轉換。超聲波像光波一樣具有良好的方向性，可以定向發射，猶如一束手電筒燈光可以在黑暗中尋找目標一樣，能在被檢材料中發現缺陷。超聲波探傷能探測到的最小缺陷尺寸約為波長的一半。超聲波探傷又可分為反射法和穿透法。穿透法的靈敏度不如反射法，因而在實際探傷中一般采用反射法來進行鋼材缺陷探傷和焊縫探傷，即根據缺陷反射回波聲壓的高低來評價缺陷的大小。

從焊縫本身來說決定焊縫質量的因素主要有3方面，分別是焊縫內部缺陷、焊縫外觀表面缺陷以及焊縫尺寸。因此，焊縫質量等級就存在著兩重含義，其一是針對焊縫內部缺陷檢驗，其二是針對焊縫外觀表面缺陷檢驗。但目前絕大部分情況是設計者只進行籠統的規定，如“該焊縫質量等級為二級”，此時正確的理解是“焊縫內部缺陷按二級檢驗，外觀缺陷也按二級檢驗。”對于需要進行疲勞驗算的構件如吊車梁，其中某些部位的角焊縫，雖然不進行內部缺陷的超聲波探傷（三級焊縫），但其外觀表面質量等級應為二級，所以籠統地說“角焊縫都是三級焊縫”就有失全面。下面就超聲波無損探傷在鋼結構鑒定檢測中的應用，結合相關規范作以下初步探討：

一、檢測資料及檢測報告的種類

在房屋具備相關資料的情況下，我們進行鑒定檢測就應結合相關資料及檢測數據對其進行綜合評價。委托單位提供的相關資料往往包括施工單位自檢、見證檢測及第三方檢測三種。針對以上三種資料，其相應的要求通常可歸納為表一所列：

如果以下檢測資料審查不合格或現場抽樣檢查不達標的情況下，就應結合可靠性鑒定標準、鋼結構工程施工質量驗收規范等國家相關規范，對該項目進行進一步的檢測。

二、焊縫無損檢測的檢驗等級：

根據《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》GB11345-89規定，超聲波檢驗等級分為A、B、C三個級別： A級檢驗采用一種角度的探頭在焊縫的單面單側進行檢驗，只對允許掃查到的焊縫截面進行探測。一般不要求作橫向缺陷的檢驗。母材厚度〉50mm時，不得采用A級檢驗。

B級檢驗原則上采用一種角度探頭在焊縫的單面雙側進行檢驗，對整個焊縫截面進行探測。母材厚度〉100mm時，采用雙面雙側檢驗。受幾何條件的限制可在焊縫的雙面單側采用兩種角度探頭進行探傷。條件允許時應作橫向缺陷的檢驗。

C級檢驗至少要采用兩種角度探頭在焊縫的單面雙側進行檢驗。同時要做兩個掃查方向和兩種探頭角度的橫向缺陷檢驗。母材厚度〉100mm時，采用雙面雙側檢驗。其他附加要求是：1．對接焊縫余高要磨平，以便探頭在焊縫上作平行掃查；2．焊縫兩側斜探頭掃查經過的母材部分要用直探頭作檢查；3．焊縫母材厚度≥100mm，窄間隙焊縫母材厚度≥40mm時，一般要增加串列式掃查。

三、建筑結構焊縫無損探傷檢驗具體要求：

1．設計要求全焊透的焊縫，其內部缺陷的檢驗應符合下列要求：

1)一級焊縫應進行100%的檢驗，其合格等級應為《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》GB11345-89中B級檢驗的Ⅱ級及Ⅱ級以上；

2)二級焊縫應進行抽檢，抽檢比例20%，其合格等級應為《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》GB11345-89中B級檢驗的Ⅲ級及Ⅲ級以上；

3)全焊透的三級焊縫可不進行無損檢測。

2．焊接球節點網架焊縫的超聲探傷及缺陷分級應符合《焊接球節點鋼網架焊縫超聲波探傷及質量分級法》JG/T3034.1-1996的規定。

3．螺栓球節點網架焊縫的超聲探傷及缺陷分級應符合《螺栓球節點鋼網架焊縫超聲波探傷及質量分級法》JG/T3034.2-1996的規定。

4．圓管T、K、Y節點焊縫的超聲波探傷方法及缺陷分級應符合《建筑鋼結構焊接技術規程》JGJ81-2002的規定。

四、焊縫缺陷的評定等級

缺陷的大小確定以后，要根據缺陷的性質和指示長度結合有關標準的規定評定焊縫的質量級別。

超聲波檢驗焊縫內部缺陷的評定等級分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級，其中Ⅰ級質量最高，Ⅳ級質量最低。

根據在標準試塊上繪制的距離波幅曲線，對比焊縫中缺陷最高回波的位置、和缺陷性質判斷焊縫等級。對于最大反射波幅不超過距離波幅曲線中評定線的缺陷，均評定為Ⅰ級；最大反射波幅超過評定線的缺陷檢驗者判定為裂紋等危害性缺陷時，無論其波幅和尺寸如何，均評定為Ⅳ級；反射波幅位于Ⅰ區的非裂紋性缺陷，均評定為Ⅰ級；反射波幅位于Ⅲ區的缺陷，無論其指示長度如何，均評定為Ⅳ級。最大反射波幅位于Ⅱ區的缺陷，跟具缺陷指示長度，具體分類見表二：

五、焊縫檢測記數規則及合格評定

1．焊縫內部缺陷無損檢測記數規則 一級焊縫探傷比例100%，即全數探傷；二級焊縫探傷比例20%，對于工廠制作焊縫，應按每條焊縫長度計算比例，且探傷長度≥200mm，當焊縫長度≤200mm時，應對整條焊縫進行探傷；對于現場安裝焊縫，應按同一類型、同一施焊條件的焊縫條數計算比例，探傷長度應≥200mm，并應不少于1條焊縫；三級焊縫不要求進行內部缺陷的無損探傷。

2．焊縫處數的記數方法 工廠制作焊縫長度≤1000mm時，每條焊縫為1處，長度>1000mm時，將其劃分為每300mm為1處，現場安裝焊縫每條焊縫為1處。

3．抽樣檢驗的合格判定 抽樣檢查的焊縫數如不合格率<2%時，該批驗收應定為合格；不合格率>5%時，應加倍抽檢，且必須在原不合格部位兩側的焊縫延長線各增加1處，如在所有抽檢焊縫中不合格率≤3%時，該批驗收應定為合格，>3%時,該批驗收應定為不合格。當批量驗收不合格時，應對該批余下焊縫的全數進行檢查。

六、焊縫中常見缺陷的類型及其在超聲探傷中的識別

焊縫中常見的缺陷主要有氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等幾種，他們各自的回波均有其特性。

1．氣孔

氣孔是在焊接過程中焊接熔池高溫時吸收了過量的氣體或冶金反應產生的氣體，在冷卻凝固之前來不及逸出而殘留在焊縫金屬內所形成的空穴，多呈球形或橢球形。氣孔可分為單個氣孔和密集氣孔。單個氣孔回波高度低，波形較穩定。從各個方向探測，反射波高大致相同，但稍一移動探頭就消失。密集氣孔為一簇反射波，其波高隨氣孔的大小而不同，當探頭作定點轉動時，會出現此起彼落的現象。

2．夾渣

夾渣是指焊后殘留在焊縫金屬內的熔渣或非金屬夾雜物，夾渣表面不規則。夾渣分點狀夾渣和條狀夾渣。點狀夾渣的回波信號與點狀氣孔相似。條狀夾渣回波信號多呈鋸齒狀。它的反射率低，一般波幅不高，波形常呈樹枝狀，主峰邊上有小峰。探頭平移時，波幅有變動，從各個方向探測，反射波幅不相同。

3．未焊透

未焊透是指焊接接頭部分金屬未完全熔透的現象。一般位于焊縫中心線上，有一定的長度。探傷中探頭平移時，未焊透波形較穩定，焊縫兩側探傷時，均能得到大致相同的反射波幅。

4．未熔合

未熔合主要是指填充金屬與母材之間沒有熔合在一起或填充金屬層之間沒有熔合在一起。未熔合反射波的特征是：探頭平移時，波形較穩定。兩側探測時，反射波幅不同，有時只能從一側探到。

5．裂紋

裂紋是指在焊接過程中或焊后，在焊縫或母材的熱影響區局部破裂的縫隙。一般來說，裂紋的回波高度較大，波幅寬，會出現多峰。探頭平移時，反射波連續出現，波幅有變動；探頭轉動時，波峰有上、下錯動現象。

以上是個人在超聲波無損檢測中結合相關規范總結的一些看法，寫出來與大家共同探討，不當之處還望各位同行不吝賜教。參考文獻

［1］北京鋼鐵設計研究院.GB50017-2003 鋼結構設計規范 中國計劃出版社.2003.［2］中冶集團建筑研究總院.GB11345-89鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級中國標準出版社.1990 ［3］全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會.JB/T4730.1～4730.6-2005 承壓設備無損檢測新華出版社.2005 ［4］中冶集團建筑研究總院 GB50205-2001 鋼結構工程施工質量驗收規范中國計劃出版社

第四篇：超聲波探傷儀在焊接中的應用

超聲波探傷儀在焊接中的應用

一、無損檢測的方法: 無損檢測的常規方法有直接用肉眼檢查的宏觀檢驗和用射線照相探傷、超聲波探傷、磁粉探傷、滲透探傷、渦流探傷等儀器檢測。肉眼宏觀檢測可以不使用任何儀器和設備，但肉眼不能穿透工件來檢查工件內部缺陷，而射線照相等方法則可以通過各種各樣的儀器或設備來進行檢測，既可以檢查肉眼不能檢查的工件內部缺陷，也可以大大進步檢測的正確性和可靠性。至于用什么方法來進行無損檢測，這需根據工件的情況和檢測的目的來確定。

二、超聲波的常識: 超聲波頻率超過人耳聽覺，頻率比20千赫茲高的聲波叫超聲波。用于探傷的超聲波，頻率為0.4-25兆赫茲，其中用得最多的是1-5兆赫茲。利用聲音來檢測物體的好壞，這種方法早已被人們所采用。例如，用手拍拍西瓜聽聽是否熟了；醫生敲敲病人的胸部，檢驗內臟是否正常；用手敲敲瓷碗，看看瓷碗是否壞了等等。但這些依靠人的聽覺來判定聲響的檢測法，比聲響法要客觀和正確，而且也比較輕易作出定量的表示。由于超聲波探傷具有探測間隔大，探傷裝置體積小，重量輕，便于攜帶到現場探傷，檢測速度快，而且探傷中只消耗耦合劑和磨損探頭，總的檢測用度較低等特點，目前建筑業市場主要采用此種方法進行檢測。

三、超聲波探傷在焊接中的應用: 首先要了解圖紙對焊接質量的技術要求。目前鋼結構的驗收標準是依據GB50205-95《鋼結構工程施工及驗收規范》來執行的。標準規定：對于圖紙要求焊縫焊接質量等級為一級時評定等級為Ⅱ級時規范規定要求做100%超聲波焊接；對于圖紙要求焊縫焊接質量等級為二級時評定等級為Ⅲ級時規范規定要求做20%超聲波探傷；對于圖紙要求焊縫焊接質量等級為三級時不做超聲波內部缺陷檢查。在此值得留意的是超聲波探傷用于全熔透焊縫，其探傷比例按每條焊縫長度的百分數計算，并且不小于200mm。對于局部探傷的焊縫假如發現有不答應的缺陷時，應在該缺陷兩真個延伸部位增加探傷長度，增加長度不應小于該焊縫長度的10%且不應小于200mm，當仍有不答應的缺陷時，應對該焊縫進行100%的探傷檢查，其次應該清楚探傷時機，碳素結構鋼應在焊縫冷卻到環境溫度后、低合金結構鋼在焊接完成24小時以后方可進行焊縫探傷檢驗。另外還應該知道待測工件母材厚度、接頭型式及坡口型式。截止到目前為止在實際工作中接觸到的要求探傷的盡大多數焊縫都是中板對接焊縫的接頭型式，所以下面主要就對焊縫探傷的操縱做針對性的總結。

一般地母材厚度在8-16mm之間，坡口型式有I型、單V型、X型等幾種形式。在弄清楚以上這此東西后才可以進行探傷前的預備工作。在每次探傷操縱前都必須利用標準試塊（CSK-IA、CSK-ⅢA）校準儀器的綜合性能，校準面板曲線，以保證探傷結果的正確性。具體的方法如下：

1、探測面的修整：應清除焊接工作表面飛濺物、氧化皮、凹坑及銹蝕等，光潔度一般低于▽4。焊縫兩側探傷面的修整寬度一般為大于即是2KT+50mm，（K:探頭 K值，T：工件厚度）。一般的根據焊件母材選擇K值為2.5探頭。例如：待測工件母材厚度為10mm,那么就應在焊縫兩側各修磨100mm。

2、耦合劑的選擇應考慮到粘度、活動性、附著力、對工件表面無腐蝕、易清洗，而且經濟，綜合以上因素選擇漿糊作為耦合劑。

3、由于母材厚度較薄因此探測方向采用單面雙側進行。

4、由于板厚小于20mm所以采用水平定位法來調節儀器的掃描速度。

5、在探傷操縱過程中采用粗探傷和精探傷。為了大概了解缺陷的有無和分布狀態、定量、定位就是精探傷。使用鋸齒形掃查、左右掃查、前后掃查、轉角掃查、環繞掃查等幾種掃查方式以便于發現各種不同的缺陷并且判定缺陷性質。

6、對探測結果進行記錄，如發現內部缺陷對其進行評定分析。焊接對頭內部缺陷分級應符合現行國家標準GB11345-89《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》的規定，來評判該焊否合格。假如發現有超標缺陷，向車間下達整改通知書，令其整改后進行復驗直至合格。

四、焊縫檢驗 焊縫檢驗方法: 1,外觀檢查.2,致密性試驗和水壓強度試驗.3,焊縫射線照相.4,超聲波探傷.5,磁力探傷.6,滲透探傷.關于返修規定:具體情況具體對待,總之要力爭減少返修次數在廠房建設及設備安裝中大量使用鋼結構，鋼結構的焊接質量十分重要，無損檢測是保證鋼結構焊接質量的重要方法。一般的焊縫中常見的缺陷有：氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等。到目前為止還沒有一個成熟的方法對缺陷的性質進行正確的評判，只是根據熒光屏上得到的缺陷波的外形和反射波高度的變化結合缺陷的位置和焊接工藝對缺陷進行綜合估判。對于內部缺陷的估判以及缺陷產生原因和防止措檀越有有以下幾點：

1.氣孔：單個氣孔回波高度低，波形為單縫，較穩定。從各個方向探測，反射波大體相同，但稍一動探頭就消失，密集氣孔會出現一簇反射波，波高隨氣孔大小而不同，當探頭作定點轉動時，會出現此起彼落的現象。產生這類缺陷的原因主要是焊材未按規定溫度烘干，焊條藥皮變質脫落、焊芯銹蝕，焊絲清理不干凈，手工焊時電流過大，電弧過長；埋弧焊時電壓過高或網絡電壓波動太大；氣體保護焊時保護氣體純度低等。假如焊縫中存在著氣孔，既破壞了焊縫金屬的致密性，又使得焊縫有效截面積減少，降低了機械性能，特別是存鏈狀氣孔時，對彎曲和沖擊韌性會有比較明顯降低。防止這類缺陷防止的措施有：不使用藥皮開裂、剝落、變質及焊芯銹蝕的焊條，生銹的焊絲必須除銹后才能使用。所用焊接材料應按規定溫度烘干，坡口及其兩側清理干凈，并要選用合適的焊接電流、電弧電壓和焊接速度等。2.夾渣：點狀夾渣回波信號與點狀氣孔相似，條狀夾渣回波信號多呈鋸齒狀波幅不高，波形多呈樹枝狀，主峰邊上有小峰，探頭平移波幅有變動，從各個方向探測時反射波幅不相同。這類缺陷產生的原因有：焊接電流過小，速度過快，熔渣來不及浮起，被焊邊沿和各層焊縫清理不干凈，其本金屬和焊接材料化學成分不當，含硫、磷較多等。防止措施有：正確選用焊接電流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必須把坡口清理干凈，多層焊時必須層層清除焊渣；并公道選擇運條角度焊接速度等。

3.未焊透：反射率高，波幅也較高，探頭平移時，波形較穩定，在焊縫兩側探傷時均能得到大致相同的反射波幅。這類缺陷不僅降低了焊接接頭的機械性能，而且在未焊透處的缺口和端部形成應力集中點，承載后往往會引起裂紋，是一種危險性缺陷。其產生原因一般是：坡口純邊間隙太小，焊接電流太小或運條速度過快，坡口角度小，運條角度不對以及電弧偏吹等。防止措施有：公道選用坡口型式、裝配間隙和采用正確的焊接工藝等。

4.未熔合：探頭平移時，波形較穩定，兩側探測時，反射波幅不同，有時只能從一側探到。其產生的原因：坡口不干凈，焊速太快，電流過小或過大，焊條角度不對，電弧偏吹等。防止措施：正確選用坡口和電流，坡口清理干凈，正確操縱防止焊偏等。

第五篇：超聲波檢測技術

超聲波檢測技術

由于超聲波具有激發容易、檢測工藝簡單、操作方便、價格便宜等優點，因此在道路狀態檢測中，特別是高等級水泥路面路基檢測中的應用有著較廣泛的前景。超聲波是一種頻率高于人耳能聽到的頻率（20Hz～20KHz）的聲波。實踐證明，頻率愈高，檢測分辨率愈高，則檢測精度愈高。因此實踐中利用超聲波檢測水泥路面狀態時，其上限頻率為100KHz、下限頻率為20KHz。

超聲波是一種波，因此它在傳輸過程中服從波的傳輸規律。例如：超聲波在材料中保持直線行進；在兩種不同材料的界面處發生反射；傳播速度服從波的傳輸定理：ν＝λf（ν為波速，λ為波長，f為波的頻率）。資料證明，波速對于水泥路面路基檢測十分有用，因此一般也稱超聲波檢測法為波速法。

波速法是超聲波檢測水泥路面路基狀態的最基本的方法。研究證明，波在介質材料中行進的速度愈大，則介質材料的堅硬性愈大；反之，則介質材料愈松軟。而介質材料的堅硬性實質上也反映了該種材料強度的高低，因此材料強度愈高，波速應愈大；材料強度愈低，則波速應愈小。這樣，知道了波速，亦即知道了材料強度。在土工試塊及某些巖體中利用波速法進行無損檢測有比較成熟的經驗，用得也比較廣泛。但水泥路面路基情況比較特殊，作為無損檢測的超聲波探頭無法生根或埋置，從而造成檢測工作的難度。因此，應該采用波速法與回彈法相組合的綜合法。超聲波檢測原理

2009-02-12 15:39 超聲波檢測管可以分為超聲波探傷和超聲波測厚，以及超聲波測晶粒度、測應力等。在超聲探傷中，有脈沖反射法、穿透法和共振法。脈沖反射法是根據缺陷的回波和底面的回波進行判斷，穿透法是根據缺陷的陰影來判斷缺陷情況，而共振法是根據被檢物產生駐波來判斷缺陷情況或者判斷板厚。目前用得最多的方法是脈沖反射法。脈沖反射法在垂直探傷時用縱波，在斜射探傷時用橫波。把超聲波射入被檢物的一面，然后在同一面接收從缺陷處反射回來的叫波，根據回波情況來判斷缺陷的情況。脈沖反射法有縱波