超声冲击（共7篇）
超声冲击 篇1
1 前言
焊接作为金属材料的主要连接方式被广泛采用。一般设计人员主要考虑的是:焊接接头的承受静载能力一般不低于母材, 而承受交变动荷载时, 其承受能力却远远低于母材。因此, 对于承受交变动荷载的焊接结构, 经常会发生突然断裂事故, 其中90%为疲劳失效。将超声波能量运用到金属材料焊接接头的焊后处理, 以达到消除焊缝残余应力和提高疲劳性能的目的。2000年美国国家焊接学会将超声冲击处理技术列入《焊接行业发展战略技术指南》, 2003年超声冲击作为一项革命性的新技术已在航空航天、桥梁、起重机、船舶、机车车辆、工程机械、矿山机械、军工领域等动载荷作用下的构件中普及。在汽轮发电机和水轮发电机组中, 有许多承受交变动荷载的焊接部件, 特别是在没有热处理条件的地方。
2 主要内容
2.1 超声冲击技术原理及设备
超声波发生器产生频率大于18KHz的振荡电信号, 通过适当的结构传导给换能器, 将电能转换为同频率的机械振动能量;最后通过变截面设计的变幅杆将振幅放大至50μm。然后把振动能量通过各种形式的工具头传到被处理焊缝区域的表面。图1是超声冲击设备, 图2是几种可更换的常规冲击头。
焊后采用过大的冲击力反而很可能会引起新的裂纹, 这就是使用风镐之类的大冲击力低频设备的缺陷。设备参数包括频率、振幅、功率。其中:频率、振幅、是设备所固有的, 唯独功率是可调的。冲击头可根据不同接头形式及热影响区宽度合理设计, 原则上直径越小效果越好。换能器主要由压电陶瓷片组成, 由于近20年功能陶瓷技术的发展, 国产压电陶瓷片的各项性能指标与进口同类产品几乎没有差别, 完全能够满足设备的使用要求, 目前国产压电陶瓷片占据90%市场份额。对于压电陶瓷式设备功率在150 W-300W之间是最理想状态。
2.3 超声冲击在典型焊缝的应用
对焊趾冲击, 消除焊缝近表面的拉应力, 产生压应力层。以点冲击接触, 使近表面的拉应力变为压应力特征的“面效应”型消应力工艺。它是以提高焊缝近表面疲劳性能为主要技术定位的, 适用于关键焊缝局部处理。
厚板分层焊接的分层冲击, 使整个焊接结构具有更好的疲劳性
3 经过超声冲击处理后的焊缝应力测试
被焊母材为16Mn, 保护气体:80%Ar+20%CO2的混合气体, 焊接材料是ER50-6的φ1.2mm焊丝, 焊接电流:220~260A, 焊缝经过充分的超声冲击处理后进行表面残余应力测试, 图3为焊态的应力沿层深方向分布情况;图4经超声冲击处理后的应力状态沿层深方向分布情况。
4 超声冲击效果分析
根据焊缝残余应力的测试结果和应力沿层深方向的分布状态, 可以得到以下效果:焊缝表面下1~2mm的深度范围内产生压缩性的塑性形变、完全消除拉应力, 并预制了压应力层;表面下3~5mm的深度范围内消除残余应力70%;表面下6~10mm的深度范围内消除残余应力50%。尤其值得关注的是, 经超声冲击处理后的焊缝表层0.02~0.1mm的深度范围内表层晶粒细化, 硬度和耐蚀性提高了。
5 提高疲劳强度的机理
超声冲击是通过改善焊趾几何形状, 使焊缝表面形成光滑过渡圆弧、表层晶粒细化、消除焊趾表面缺陷以及消除拉应力和预制压应力的综合作用, 提高了焊接接头的疲劳强度, 延长疲劳寿命, 防止焊缝开裂。
6 实际应用
洪江水电厂安装6台单机45MW灯泡贯流式机组, 2004年底, 电厂定期检测陆续发现#3-#5机组转子支臂存在裂纹缺陷, 裂纹多出现在轮毂圆盘和支臂筋板之间的焊缝处, 呈断续状分布。机组裂纹最多时有196条, 总长度14.6m, 单条裂纹最长135mm、最深10mm, 严重影响了电厂安全稳定运行。2006年, 进行了#3-#5机组转子支臂裂纹焊接处理, 机组运行一段时间后, 探伤复查又发现新的裂纹, 并有扩展趋势, 效果不理想。由于在发电机风洞内施工安全风险大, 且对同一位置的反复焊接, 会影响结构强度和引起磁轭变形, 严重时可能导致转子报废。因此, 经过深入研究转子支臂产生裂纹的原因, 改进了处理方案并实施。
通过对电厂转子中心体轮毂圆盘 (材质18Mn Mo Nb) 和斜支臂 (材质16Mn) 取样进行分析, 运用碳当量法计算两种材质的冷裂倾向, 系统地比较18Mn Mo Nb和16Mn钢材焊接性能的差异, 分析裂纹的性质是冷裂纹;采用有限元方法计算出转子支架应力分布及应力集中部位;经综合分析, 裂纹产生的原因是由于轮毂圆盘和支臂不同材质钢种焊接工艺控制不佳, 钢材淬硬性较高, 易受氢侵蚀而脆化, 在拘束应力和运行过程中产生的交变应力的作用下, 发展成为微观裂纹源, 进而扩展成为宏观裂纹, 严重时可导致焊缝的疲劳断裂。
根据转子支臂裂纹产生的原因, 提出改进处理措施:除了调整焊接工艺, 选择低氢焊材等;焊缝采用超声冲击技术消除焊缝残余应力, 使焊缝圆滑过渡, 消除局部区域尖锐突出、未熔合、咬边等缺陷, 提高焊缝的抗疲劳强度, 有效地控制了焊缝冷裂纹产生。经过两年多的运行检验, 转子支臂裂纹由处理前平均150余条减少到近10条浅表裂纹, 经打磨后消失。转子支臂裂纹处理达到预期目的。
7 结论
试验结果和实际应用效果表明, 焊缝表面采用超声冲击消应力处理, 对焊缝表面和表面下10mm的深度范围内消应力效果明显;超声冲击可以改善焊趾几何形状, 使焊缝表面形成光滑的过渡圆弧、1~2mm的表层晶粒细化并预制压应力、消除焊趾表面微小缺陷。其综合作用是提高了焊接接头的疲劳强度, 延长疲劳寿命, 防止焊缝开裂。所以, 超声冲击属于“面效应”型消应力工艺, 可提高焊缝疲劳性能, 也适用于关键焊缝的局部处理。
摘要：焊接结构件承受交变动荷载时, 经常会发生突然断裂事故, 其中90%为疲劳失效。将超声波能量运用到金属材料焊接接头的焊后处理, 特别是在没有热处理条件的情况下, 采用超声冲击的方法对焊缝进行消应力处理, 以达到消除焊缝残余应力和提高疲劳性能的目的。
关键词：超声冲击处理,焊缝,残余应力,疲劳性能
参考文献
[1]刘强.洪江水电厂转子支臂裂纹原因分析及处理方法研究, 洪江水电厂, 2010年.
激光与超声波冲击焊缝对比研究 篇2
焊接是运用加热或加压的手段、使用或者不使用填充材料, 将两个或两个以上的构件牢固地连接在一起。焊接是从19世纪末发展起来的材料连接技术, 并广泛用在航空航天、石油化工、海洋、能源、机械制造、锅炉和压力容器、建筑、交通等领域。随着科学技术的发展, 焊接技术不仅用于碳钢、不锈钢、铝镁合金等材料, 还用于很多新型材料的连接, 如塑料、陶瓷、复合材料、记忆合金等。据统计, 很多发达国家焊接加工的钢材量已超过钢材产量的一半。然而, 由于焊接过程中焊接构件受到不均匀的加热, 所以焊接后的焊接构件必然会存在焊接缺陷[1]。
焊接缺陷主要有:气孔、夹渣、裂纹、未融合、咬边、未焊透、烧穿、成形不良等。其中, 裂纹、未融合和未焊透比气孔和夹渣的危害更大, 不仅减少了结构的有效承载截面积, 而且更重要的是使应力集中, 有诱发脆性断裂的可能。特别是裂纹在焊接处尖端存在缺口效应, 容易诱发出现三向应力状态, 导致裂纹扩展, 以致造成整个结构的断裂。也就是说避免裂纹的出现必须消除焊接残余应力, 通常焊后消除焊接残余应力的方法有:热处理、爆炸、激光、超声波、锤击、深冷处理、振动、逆焊接温差处理等方法。热处理是消除焊接残余应力的传统方法, 但是它成本较高、操作不方便、较难控制消除焊接残余应力的效果。爆炸是近年来国内外应用较多的一种简单而有效的以爆炸方式消除焊接残余应力为主要目的的新技术。但是, 爆炸采用的炸药有一定的危险性, 必须妥善保管。近些年, 激光和超声波冲击焊缝消除残余应力的研究比较多, 但是比较他们的研究结果并不多。下面就从原理、特点、提高性能方面以及发展前景比较两种冲击方法。
1 原理
激光冲击处理[2] (简称LSP) 是利用高功率密度 (>109 W/cm2) 、短脉冲 (ns级) 的激光束透过透明的约束层辐照涂有涂层的金属靶材表面, 使涂层材料迅速气化、电离后形成等离子体;这些等离子体在约束层的作用下爆炸产生高压冲击波, 作用于金属表面并向内部传播;在材料表层形成密集、稳定的位错结构的同时, 材料表层产生塑性变形并得到很大的压应力, 其原理如图1所示。
超声波冲击处理[3] (简称UIT) 是采用高频 (>20 k Hz) 大功率超声波, 以巨大的能量带动冲击头冲击金属材料表面, 使金属材料表面产生很大的压缩塑性变形, 从而达到消除焊接残余应力的目的, 其原理如图2所示。
2 特点
2.1 激光冲击处理与传统处理方法比较
1) 高压。激光产生的冲击波的压力可达GPa (1×109Pa) , 甚至TPa (1×1012 Pa) 量级, 而机械冲压的压力仅仅有几十到几百MPa (1×106Pa) 。因而, 激光冲击处理产生的压应力是传统处理方法无法达到的。
2) 高能。激光束单脉冲能量达到几十J, 峰值功率达到GW量级, 在10~30 ns (1×10-9s) 内将光能转变成冲击波机械能, 实现了能量的高效利用, 并且激光器的重复频率只需几Hz, 整个冲击系统的负荷仅仅30 k W左右, 是低能耗的加工方式。
3) 超快。激光冲击波作用时间仅仅几十ns, 可控性强。
4) 超高应变率。由于激光冲击波作用时间短, 应变率达到107s-1, 比机械冲压高出10 000倍, 比爆炸成形高出100倍。
5) 能够抑制处理区域疲劳裂纹的萌生和扩展, 降低裂纹扩展速率, 提高疲劳寿命。
6) 可快速高效地对需要强化而难以用其它技术进行强化的局部区域进行处理。例如:不规则工件、小孔周边强化、薄壁件等。
7) 可以局部进行强化, 光斑可调, 可达性好, 对强化位置的表面粗糙度和尺寸精度影响不大。
8) 另外, 还有不损坏试样表面、高效、灵活、无污染、非热、非接触性等特点。
2.2 超声波冲击处理与传统处理方法比较
1) 轻巧方便、可控性好。我国的首台超声冲击装置是1997年由天津大学的王东坡博士在国家自然科学基金课题项目下研制成功的。这种超声冲击设备是基于压电技术的原理, 主要由功率超声波发生器和超声波冲击枪组成。功率超声波发生器的功能是自动跟踪频率变化并控制超声波冲击枪输出端的振幅大小, 而超声波冲击枪是具体超声冲击的实施装置。超声波冲击枪重量轻, 施工现场携带方便, 操作灵活, 处理工艺简单, 这一点是超声波冲击处理最大的优势。
2) 投资少、处理时间短、效率高。
3) 不受工件材质、形状、结构、钢板厚度、重量的限制。
4) 可直接将焊趾处的焊接余高、凹坑、咬边处理成圆滑的几何过渡, 从而大大降低应力集中系数。
5) 消除薄壁件的焊接残余应力的效果非常理想, 不仅能够降低残余应力, 而且还会减少焊接位置应力集中、提高焊接处疲劳强度、抑制焊接裂纹, 减小变形、稳定构件尺寸。
6) 节约能源、环保、噪声低。
3 提高性能方面
3.1 激光冲击处理提高性能方面
1) 激光冲击处理显著地降低了焊接残余拉应力, 并产生较高的表面残余压应力, 而且使残余应力分布趋向均匀[4]。
2) 激光冲击处理大幅度提高焊缝和热影响区的应变硬度, 有利于提高焊接接头的疲劳寿命[4,5,6]。
3) 激光冲击处理能明显提高焊接接头的力学性能, 例如:抗拉强度等[5,6]。
3.2 超声波冲击处理提高性能方面
1) 超声波冲击处理明显使焊接表面残余拉应力转变为残余压应力, 并且呈均匀分布状态[7,8,9]。
2) 超声波冲击处理可使焊接接头表面金属的晶粒明显细化, 组织分布均匀, 并能达到消除部分焊接缺陷的效果[8,9,10]。
3) 超声波冲击处理明显提高焊缝区域表面显微硬度, 从而提高焊接件的疲劳寿命[8]。
4) 随着焊缝深度的增加, 超声波冲击处理的效果越差。超声波冲击处理只能是一种消除焊后残余应力的处理工艺[10]。
4 结语
从这些文献中我们可知激光冲击的效果要优于超声波冲击的效果:激光冲击消除焊接残余应力的效果更显著、疲劳寿命提高更明显、冲击深度更厚。但是, 这些国内文献中研究者采用的均是激光束固定、工件进行移动。实际生产中我们需要强化的零件往往不能移动或者零件很大移动困难。另外, 国内冲击设备采用的都是圆形光斑。圆形光斑存在“应力空洞”的缺陷, 使得冲击能量不均匀。目前, 美国MIC公司和LSPT公司已经研发出激光束扫描、转动系统和方形光斑, 均已克服上述激光冲击的缺陷, 希望我国不要把大量的经费浪费在冲击效果的比较上, 而应该用于研究激光冲击设备上。希望我国不久的将来, 激光冲击设备会和超声波冲击设备一样, 使用方便、操作简单, 投入实际生产领域, 并产生更加显著的经济效益和国防效益。
摘要：焊接过程中, 由于受热不均匀, 焊接件必然存在焊接残余应力。消除焊接残余应力的诸多方法中, 激光冲击和超声波冲击是研究者最关注的。从原理、特点、提高性能方面以及发展前景比较了两种冲击方法, 激光冲击的效果明显优于超声波冲击, 因此应加快国内激光冲击设备的研制进程。
关键词：激光冲击,超声波冲击,焊接残余应力,热处理,疲劳寿命
参考文献
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超声冲击 篇3
超声冲击处理是一种通过细化金属表层晶粒,增加表面硬化程度,减少材料中存在的缺陷以及在表层引入有益的残余压应力来提高金属零件性能的表面强化技术[1,2]。该技术以超声波为动力源,利用其高频、高能的特点冲击金属表面,使表层产生强烈的塑性变形,晶粒碎化至纳米量级,从而改善金属表面的性能。该技术出现于20世纪70年代,由前苏联科学家Efim Statnikov发明并首先运用于改善海军舰船焊接钢结构的疲劳性能[3]。20世纪90年代开始,各国才相继展开超声冲击处理焊接结构的实验研究。1997年天津大学[4]研制出超声冲击设备并率先展开对超声冲击处理焊接接头的研究,国内其他高校、科研院所及企业等也相继在超声冲击处理技术方面展开研究。经过近20年的研究,国内在利用超声冲击处理技术改善焊接接头疲劳性能方面取得了丰硕的成果,并且利用该技术在材料表面实现纳米化方面也展开研究,研究涉及多种钢材及合金并且研究方面甚广。结果表明,超声冲击处理是一种有效改善焊接接头疲劳性能的手段,该技术能大幅度提高焊接接头的疲劳强度和疲劳寿命[5,6]。
本文简要介绍了超声冲击处理技术原理和装置,从超声冲击处理改善焊接接头疲劳性能的因素,疲劳特性曲线在焊接接头疲劳研究中的作用,超声冲击处理改善焊接接头疲劳性能的结果等方面对超声冲击处理技术在焊接接头疲劳性能方面的研究进展进行综述,指出目前研究过程中存在的不足及改进的方向,最后对超声冲击表面纳米化技术的应用前景进行展望。
1 超声冲击处理技术原理及装置
传统的实现表面纳米化的方法主要有表面机械加工处理法和非平衡热力学法,最新发展起来的技术有超音速微粒轰击技术和超声喷丸技术。而超声冲击表面纳米化技术实质上综合了传统方法与新方法两方面的原理和优点,是利用新能源对传统方法的改良,即利用超声波为动力源,利用其高频、高能的特点处理材料表面的一种加工方法,其原理如下[7]:超声冲击过程中,冲击枪中的冲击头(也叫冲击针)沿材料表面法线方向对工件施加一定幅度的超声频机械振动,并在一定的进给速度、静压力及冲击条件下,将超声振动和压力传递给被加工材料的表面,通过高频、高能的机械振动致使表层晶粒产生强烈塑性变形,碎化至纳米量级,实现表层纳米化,以此来提高金属表面抗疲劳、磨损等性能(见图1[8,9])。
超声冲击设备主要由超声波电源及超声冲击枪两部分组成。超声波电源的作用是将50 Hz工频交流电信号转换为超声频20kHz的交流信号。超声冲击枪主要由换能器、变幅杆及冲击针3部分组成(见图1(b))。换能器将超声波电源提供的超声频交流信号转换为同频率的机械伸缩振动,但此伸缩振动幅值最大为5μm,要实现在目标零件表层产生一定的塑性变形,需放大其振动幅度,变幅杆便起了关键作用。经变幅杆放大后的振幅能达到50μm,放大后的振幅通过推动冲击针对工件进行表层强化[9]。该技术因冲击效果显著、执行机构结构轻巧、操作方便、噪音小、冲击效率高、成本低和节能环保等多种优势,已然成为一种理想的改善焊接接头疲劳性能的方法[10]。目前,我国已经研制出第三代HJ-III型超声冲击设备,随着该设备的不断改进,超声冲击技术得到快速的发展和推广,与此同时也大大推动了超声冲击表面纳米化的研究进程。
2 超声冲击改善焊接接头疲劳性能的作用因素
2.1 改善焊接接头的几何外形
焊接接头的几何形状一定程度上影响其疲劳性能,常见的接头型式有T型接头、十字接头、对接接头及角接接头,无论哪种接头经焊接后都需要进行后处理操作。王东坡等[11]分析了超声冲击法提高焊接接头疲劳强度的机理,对比了超声冲击处理前后焊接接头焊趾处几何外形并测量了其过渡半径ρ(如图2所示)。超声冲击处理后,焊趾区过渡半径增大,由焊态的0.43~0.55mm变为处理后的1.42~2.0mm,应力集中程度由于过渡半径的增大而降低。赵小辉等[12]研究了承载TC4钛合金焊接接头的疲劳性能,发现焊接接头焊趾区过渡半径由焊态的0.12~0.96 mm变为处理后的1.3~3.3mm。接头焊趾区几何外形得到显著改善,其应力集中系数由焊态的Kf=4.1变为处理态的Kf=2.79,应力集中程度得到大幅度改善,改善程度为47%。叶雄林等[13]研究了超声冲击对22SiMn2TiB钢焊接接头的疲劳性能,分析了焊趾几何外形及应力集中对疲劳性能的影响。结果表明,经超声冲击处理后,焊趾几何外形变得更平滑,过渡半径增大,焊趾处缺陷减少,应力集中程度降低。向学建等[14]分析了焊接接头几何外形及应力集中对超声冲击处理后的Q370qE钢疲劳性能的影响。结果表明,经超声冲击后的对接接头焊缝宽度没有变化,焊缝余高有所降低,焊趾区过渡半径从1.58mm增大到2.63 mm,焊缝过渡角由38°降到27°,焊趾区应力集中系数由于过渡半径增加和过渡角减小而降低。
综上所述,超声冲击处理通过改善焊接接头几何外形,增大焊趾过渡半径以降低应力集中,从而提高焊接接头的疲劳性能。
2.2 改善组织形态及细化表层晶粒
焊接接头的抗疲劳性能与晶粒细化有着密切的联系[15,16,17,18]。在超声冲击处理表面过程中,外加载荷重复作用于表面,使表层晶粒组织产生强烈的塑性变形,随着作用时间的延长,塑性变形量逐渐增大并向深层扩展,使得处理后的晶粒尺寸由表层向心部呈现出梯度分布。对于这种组织结构,许多研究学者通过分析其显微组织,得出了其微观变形机理的一般规律[19,20]。研究表明,表层细晶组织能有效地阻止裂纹的萌生,而内部的粗晶组织能阻碍裂纹的扩展。朱有利等[21]研究了超声冲击处理对2A12铝合金焊接接头表层组织的影响,对超声冲击导致的晶粒细化进行了讨论并且分析了位错增殖对接头强度的影响。实验结果显示,经超声冲击处理的试样表层发生强烈的塑性变形,晶粒尺寸明显减小,接近表面处,已看不出明显的宏观晶粒特征,而焊态试样存在明显的气孔、缩松等缺陷。可以看出,超声冲击能引起焊接接头表层很大的塑性变形,使晶粒细化,缺陷减少。Liu等[22]通过超声处理在316L不锈钢表层获得纳米晶,晶粒尺寸约10nm,晶粒呈随机分布。同时表层组织中形成大量位错,位错相互缠结形成位错墙和位错胞,使原始粗晶粒得到细化。ZhaoFan等[23]对35#碳钢进行超声冲击处理,成功获得纳米结构表层。表层晶粒明显细化,晶粒尺寸约为10nm且表层硬度显著增强,一定程度上提高了材料的疲劳强度。
大量实验证明[24,25,26,27],超声冲击处理能有效改善焊接接头组织形态,细化表层晶粒,减少焊接缺陷,表层细晶组织提高了裂纹萌生的抗力,提高裂纹萌生的门槛值,有效地阻止表层裂纹的萌生和扩展,提高了焊接接头的抗疲劳性能。
2.3 引入残余压应力及改变表层残余应力场
焊接过程中不可避免的会产生焊接缺陷,如气孔、夹渣、咬边等,这些缺陷处往往造成应力集中,是裂纹萌生的主要区域,缺陷的存在严重影响了材料的疲劳性能。因此,尽可能地消除或降低应力集中是提高金属疲劳性能的有效手段。李占明等[28]对2A12铝合金进行超声冲击处理及疲劳性能研究。图3(a)为超声冲击处理前后焊趾部位的残余应力分布,冲击处理前测得其平均残余应力为3 MPa,冲击处理后为-126MPa,从图3(a)中可看到其最大压应力接近-290MPa,压应力层的深度约为1000μm。超声冲击处理能在焊接接头表层引入残余压应力,当受外加交变载荷时,残余压应力会抵消部分拉应力,出现最大拉应力的位置由试样表面移向内部,从而抑制表面裂纹的萌生。同时,残余压应力提高了裂纹的闭合力,降低了裂纹的扩展速率,抑制裂纹的早期扩展,这就表明残余压应力会提高焊接接头的疲劳寿命。邓彩艳等[29]对Q345钢焊接接头进行高温超声冲击处理研究其疲劳性能,焊趾处的残余应力用X射线衍射法进行测定。结果表明,试样表面残余压应力的大小和压应力层的深度随着冲击温度的升高而逐渐增加(见图3(b)和表1)。这表明超声冲击能在焊接接头表层产生一定数值、一定深度的压应力层。
相关研究表明,超声冲击形成的压应力层不仅可以提高疲劳裂纹扩展门槛值,而且当受外加交变载荷时,可以抵消部分外加交变应力中的拉应力,降低应力比R,减小裂纹尖端的有效应力强度因子范围,从而抑制裂纹的扩展,提高试样的疲劳强度和疲劳寿命。J.Arakawa等[30]对用于制造液压涡轮发动机的ASTM CA6NM型不锈铸钢进行超声喷丸处理,研究其疲劳强度。平面弯曲疲劳强度测试实验结果表明,CA6NM不锈铸钢经超声喷丸处理后疲劳极限提高60%,进一步研究发现其疲劳极限提高的原因是超声喷丸处理后表层产生的高残余压应力和高硬度使得疲劳裂纹萌生抗力提高,疲劳裂纹扩展速率降低。Gao等[31]研究了由超声冲击处理引起的多道焊焊缝的应力松弛现象。结果表明,超声冲击使焊缝处残余应力重新分布得更加均匀,有效缓解了应力集中程度,提高了焊接接头的疲劳性能。
实验结果统计表明,超声冲击处理会在焊接接头表层引入残余压应力,在受到外界交变载荷时会抵消部分拉应力,同时压应力的存在抑制了表层裂纹的萌生和扩展,提高了材料的疲劳性能。
3 疲劳特性曲线在焊接接头疲劳性能中的研究
超声冲击处理对焊接接头疲劳性能的影响,除了进行相应的疲劳对比实验,还需要进行疲劳寿命统计方法及疲劳模型的研究。研究材料疲劳性能的最基本方法就是建立S-N曲线(应力-循环次数),通过曲线的变化趋势,不仅可以定性地分析相同应力循环下材料的疲劳寿命,而且可以分析相同循环次数下材料的疲劳强度。通过定性分析可以更好地预测材料的服役状况并加以控制[32]。
关于疲劳寿命统计方法及疲劳模型的研究工作,最早是由挪威科技大学的Haagensen和俄罗斯北方科技大学的Statnikov等[33]进行研究的,主要的工作是建立S-N曲线,实验测定不同材料、不同焊接接头形式的疲劳曲线参数m和C。芬兰Lappeenranta工业大学的Lihavainen等[34]对S355J0钢T型焊接接头超声冲击处理后的S-N曲线及疲劳强度计算方法进行了研究。文献[35]对超声冲击处理的焊接接头疲劳曲线参数进行了统计分析(见表2[35,36,37,38,39,40]),分别建立了不同材料的S-N曲线模型,对焊接接头的疲劳规律有了一定程度的了解。值得注意的是,在焊接结构的疲劳设计中S-N曲线的拟合参数m通常硬性规定为m=3.0,它是依据大量疲劳实验数据仔细分析确定下来的。但是,国内针对超声冲击焊接接头疲劳性能研究实验得出的m值却远远大于3.0。Wang Ting等[41]大量分析和总结了超声冲击法处理焊接接头疲劳试验结果,得出的S-N曲线的参数m值要远大于3,采用国际焊接学会推荐的m=3对于试验分析已不再合适。何柏林等[42]研究了超声冲击技术对转向架十字接头疲劳性能的影响,通过实验数据分别得到焊态和冲击处理态S-N曲线的拟合参数m=9.29和m=11.05,得到的m值均大于3。H.C.Yldrm等[43,44]用有效凹痕应力法进行了高频机械冲击处理焊接接头轴向加载的疲劳设计,通过实验获得280组疲劳测试数据并拟合出循环次数在1×104~1×107范围内的S-N曲线,假定在1×104~1×107循环次数下曲线拟合参数m=5,循环次数大于1×107时,m=9。
为了分析这种情况,王东坡等[45,46]采用超声冲击处理技术对3种不同强度级别钢材(Q235B、16Mn及SS800)焊态及处理态的对接接头和十字接头进行疲劳试验,由实验数据拟合出S-N曲线并得出如下结论:(1)不同接头形式和材料的S-N曲线表现出不同的斜率m并且相差悬殊,范围为6.3~23.0;(2)m=3.0对于超声冲击处理焊接接头不再适合,经过大量数据分析,提出新的适应超声冲击处理的m值,即m=10。但对于m=10是否具有普遍性和适用性仍需要进行大量研究。
4 超声冲击法提高焊接接头疲劳强度和疲劳寿命
超声冲击表面纳米化对焊接接头疲劳性能的影响受到广泛的关注[47,48],对于超声冲击表面纳米化提高焊接接头疲劳性能的研究也得到了深入的开展(表3为部分材料超声冲击处理后的疲劳强度和疲劳寿命[12,36,37,39,40,49,50])。
王文先等[51]对比了低相变点焊条和超声冲击两种方法对焊接接头疲劳强度的提高程度。实验结果表明,低相变点焊条焊接的对接接头疲劳强度提高11%,角接接头疲劳强度提高41%,而经超声冲击处理的两种型式的接头疲劳强度分别提高了50%和71%。对比结果说明超声冲击处理是一种更为有效地提高焊接接头疲劳强度的强化方法。经超声冲击处理后,焊接接头不再是薄弱环节,其疲劳强度不低于母材,甚至高于母材。He Bolin[52]研究了超声冲击16Mn钢焊接十字接头的疲劳性能并分析了其晶粒细化机理。超声冲击处理前后接头的疲劳极限分别为157MPa和235MPa,与焊态接头相比,冲击处理后的接头条件疲劳极限提高50%,疲劳寿命提高45~52倍。姚鹏等[53]对超声冲击处理后的SMA490BW钢进行残余应力和疲劳性能研究。超声冲击后,焊趾区残余应力发生变化,由原先的拉应力转变为对疲劳强度有利的双向压应力,纵向残余应力平均消除率超过110%,横向残余应力平均消除率达到158%;超声冲击通过增大焊趾角与焊趾半径,使焊趾区应力集中程度降低22%;超声冲击可使接头疲劳强度提高70%。Li等[54]对铝合金焊接接头进行疲劳测试。结果显示,超声冲击使表层晶粒细化,气孔、缩松等缺陷减少,不仅使表层硬化而且引入残余压应力,增大了位错运动的阻力,通过这一系列的改变使铝合金焊接接头的疲劳性能显著提高。此外,Sougata Roy等[8]也对超声冲击处理焊接接头的抗疲劳性能进行了研究,主要对热轧梁上的横向加强筋和盖板处进行抗疲劳强度的评估。结果表明,超声冲击处理通过改变微观结构和在焊趾处引入有益的残余压应力使所有处理部分的疲劳性能都得到提高,在不改变S-N曲线斜率的前提下,超声冲击处理有效地提高了疲劳裂纹扩展门槛值。张玉凤等[49,55]对比了X65管线钢对接接头超声冲击处理前后试样的疲劳强度,经超声冲击处理的试样相比于焊态试样疲劳强度提高接近40%,疲劳寿命提高1.85~11倍不等。Liu等[56]研究了重复超声冲击对S690QL钢焊接接头疲劳行为的影响,重复超声冲击指初次对焊接接头进行超声冲击处理,然后进行一定循环次数的疲劳试验后,再次对焊接接头进行超声冲击处理以测定其疲劳寿命。当两次超声冲击之间时间间隔合适时,重复超声冲击可提高S690QL钢十字形焊接接头整体的疲劳寿命。分析原因知重复超声冲击产生的残余压应力对提高焊接接头疲劳寿命的作用不大,主要是由微裂纹的闭合作用和再次超声冲击产生的损伤之间的竞争强弱决定的。Mordyuk等[57]对比了超声冲击和激光冲击两种强化方法对AISI321不锈钢的强化效果。超声冲击处理后表层30μm范围内全为奥氏体纳米晶或a-马氏体纳米晶结构;激光冲击后奥氏体中形成的位错胞结构和高密度的位错厚度约为10μm,这种结构在超声冲击试样距表面80μm深处可观察到。超声冲击处理后产生的宏观残余应力要高于激光冲击形成的残余应力,超声冲击处理后表层的显微硬度比激光冲击后高约40%。数据表明,超声冲击的强化效果要比激光冲击的强化效果好。Daavari等[58,59]进行的实验也证明超声冲击处理后,材料的疲劳强度和耐腐蚀性能都得到明显提高。
综上所述,超声冲击处理是一种可大幅度提高焊接接头疲劳性能的有效工艺方法,在提高焊接接头疲劳强度和疲劳寿命方面展现出巨大的优势。
5 结束语
超声冲击表面纳米化技术自产生到应用以来,已经在焊接接头方面取得了显著成效,使焊接接头的强度、硬度和疲劳性能等都大为改善。已有的实验研究表明:超声冲击处理技术通过改善焊接接头几何外形使应力集中系数下降以降低应力集中程度;通过细化表层晶粒改善表层组织,减少缺陷,使组织致密均匀;通过在表层引入残余压应力以改变表层残余应力场,抑制表层裂纹的萌生与扩展。所有这些改善综合作用使焊接接头的疲劳强度显著提高,疲劳寿命明显延长。但从研究进展来看,研究过程中还存在很多不足之处,不仅研究的材料种类少而且对每种材料研究进行的重复试验次数少,对其研究的各方面性能不能进行有力的验证,需要进行更全面更深入的研究。
目前关于超声冲击提高焊接接头疲劳性能的研究主要是通过观察焊接接头断口形貌,测定接头处残余应力,建立有限元分析模型以及设计疲劳对比试验进行的,在现有的研究中,笔者发现以下几个方面研究相对较少,这些问题将是今后研究的重点。
(1)进一步研究超声冲击诱导塑性变形的机理,从微观角度阐述表层晶粒细化过程。超声冲击处理焊接接头使表层晶粒细化至纳米级别,这一点已得到试验证实。但是,对表层晶粒细化过程和塑性变形方式的研究却很少。因此,需要对此问题进行详细的论证。
(2)进一步发展疲劳极限与S-N曲线快速预测技术。现有的疲劳实验大多研究材料的低周疲劳,对于材料的高周疲劳实验,不仅实验周期长而且实验获得的疲劳数据分散性较大,因此需要新的方法来快速预测疲劳极限和拟合S-N曲线,例如采用PHYBAL模型,利用红外热像法、应变法和电阻法相结合进行疲劳过程的监测与疲劳极限的快速预测,缩短疲劳实验的周期。
(3)进一步探索超声冲击焊接接头疲劳寿命统计方法及有限元模型模拟分析的研究。现有的统计焊接接头疲劳寿命的方法较单一,只能定性地对焊接接头的疲劳寿命趋势进行表征。从表3中可看出,由实验得出的疲劳强度和疲劳寿命数据分散性很大,置信度较低。另外,缺少有效的模拟焊接接头疲劳过程的模型,现有的模型仅仅对其进行残余应力的模拟。因此,需要进一步建立相关的模型,进行模型模拟与实验的有效结合。
综合来看,关于超声冲击改善焊接接头疲劳性能的研究仍有许多地方需要进行探索,如表层残余应力大小及应力层深度随时间的变化情况,最优冲击工艺参数及最佳冲击效果的实验验证等都是今后研究的重点。当前普遍存在的问题是缺乏相应的数据库(各种材料相应的冲击工艺参数及疲劳性能提高程度的数据库),表层细晶组织、残余应力等因素对焊接接头疲劳性能影响的大小还不能定量描述以及缺乏有关UIT技术应用的工艺规范、设备规范和质量控制标准等[3]。目前,超声冲击表面纳米化技术已经广泛应用到处理各种焊接接头处,在材料表面改性和材料制备等领域的研究和应用也相继展开[60,61,62]。可以看到,超声冲击表面纳米化技术具有广阔的应用前景和巨大的开发潜力。
摘要：焊接结构的失效以疲劳断裂为主,且焊接结构强度主要是由焊接接头的疲劳强度决定的。因此,改善焊接接头疲劳性能将显著提高焊接结构的整体性能。超声冲击处理是一种有效改善焊接接头疲劳性能的表面强化技术。研究表明,该技术通过改善焊接接头几何外形,细化表层晶粒及引入有益残余压应力可大幅度提高焊接接头的疲劳强度和疲劳寿命。综述了超声冲击处理对焊接接头疲劳性能影响的研究现状,分析了影响焊接接头疲劳性能的因素,总结了超声冲击改善焊接接头疲劳性能的结果,对目前研究过程中存在的问题进行探讨,最后展望了超声冲击表面纳米化技术的应用前景。
超声冲击 篇4
1.1 一般资料
肾结石296例均系2003年5月至2009年5月在我院及外院行B超检查确诊为肾结石并在我院治疗的患者。其中,男230例、女66例年龄18~78岁,平均36岁。双肾结石78例,单侧肾结石218例。结石大小5.0mm×4.0mm~23mm×20mm,平均15mm×8.0mm。
1.2 治疗方法
碎石机为COMPACTS JDPN-VB型冲击波碎石机,超声定位采用Chison 600B线阵超声显像诊断仪,探头为手动外置式。先给患者做B超检查,了解肾脏位置、大小、集合系统、详细观察结石的位置、数量、形态、性质以及患者最佳探测部位,并在该皮肤部位做好标志。3.5MHz线阵探头固定于碎石机水囊架旁,并在水囊和探头上涂上耦合剂,调整B超探头伸缩架及探头方向,将结石移到B超屏显示图像的中线上,B超探头伸缩架显示刻度就是探头表面到第二焦点的实际距离,定为L1,超声图像上测出皮肤至结石的距离,定位L2,使结石影像位于图像中线上,直至L1=L2,即结石处于第二焦点处,定位完毕,固定病人体位,然后进行碎石治疗。治疗时患者取侧卧位,工作电压12~18k V,频率30次/min,冲击次数依结石大小及质地选择800~1800次,术中超声检测碎石全程。
1.3 评价标准
术后4周及1年随访,嘱患者碎石后尽量收集尿液中的碎石,术后常规口服抗生素及中药排石汤,并定期复查超声。经过1~3次碎石,复震间隔时间为1~2周。尿中有碎石排出或X线、超声复查结石形态明显改变为有效;X线、超声复查结石<4.0mm或消失为治愈;未见结石排出和X线、超声复查结石形态无变化为无效。
2 结果
结石排净230例,治愈率77.7%;术后1个月有结石残留46例为15.5%,结石直径均<7.0mm,总有效率为93.2%;碎石无效20例,为6.7%。术中未曾出现大出血、气胸等严重并发症。
3 讨论
体外冲击波碎石术是尿路结石治疗史上的一场革命,目前已被公认为治疗泌尿系结石的首选方法。体外冲击波碎石时,通过B超进行定位,可提供任何切面的适时超声图像。无论结石大小或密度高低,均可在声像图上以强回声伴声影显像,调整患者体位同时调整探头伸缩架,使B超探头中心线与反射体中心线相交点,处于反射体第二焦点与结石点相重合处,从而完成结石定位。超声定位体外冲击波碎石有以下优点:(1)超声引导定位,无X线对人体伤害。(2)超声定位可清楚分辨肾结构及结石与肾结构的关系,具有定位准确、工作通道建立方法安全简便的特点;(3)创伤小、恢复快、并发症少等优势。本组碎石无效20例,占6.7%。无效的原因有:(1)患者过于肥胖,结石到体表的距离过长,冲击波能量衰减过大,不足以击碎结石。(2)结石过于坚硬,如果选择电压过高、冲击次数太多,在粉碎结石的同时对人体器官的细胞损害也较大。因此,如果肾结石被冲击次数达2千次仍未击碎时,应改用其他方法治疗。(3)结石位于肾上极,探头伸缩无法使反射体第二焦点与结石点完全重合。总之,超声定位体外冲击波碎石术治疗肾结石定位准确、安全、无辐射、可重复操作、创伤小,容易被广大医生及患者接受,易于推广。
参考文献
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[4]汤炳杰,汤永锋,袁玲熙,等.ESWL治疗肾结石的临床分析[J].广州医药,2007,38(3):39～40.
超声冲击 篇5
1 资料与方法
1.1 一般资料
2 01 0年6月至2 01 2年6月我科碎石门诊收治的泌尿系结石患者4836例, 均为单发结石, 其中男2600例, 女2236例;年龄22~78岁, 平均38.3岁。膀胱结石230例 (4.8%) , 输尿管上段结石700例 (14.5%) , 中段结石740例 (15.3%) , 下段结石1740例 (36.0%) , 肾结石1426例 (29.5%) 。所有病例均经B超证实, 约25%病例经CT扫描+肾盂静脉造影证实, 结石长轴5~26mm。排除妊娠、出血性疾病、少尿性肾衰竭、失代偿的心血管疾病、不能控制的尿路感染、上尿路有解剖或形态异常影响碎石排出者。
1.2 方法
膀胱结石、输尿管下段结石需膀胱中度充盈;输尿管中段结石, 需常规肠道准备后;肾结石术前无需特殊准备, 对难忍疼痛的少数患者, 因影响定位可注射盐酸哌替啶100mg。位于输尿管中、下段结石患者采用俯卧位, 输尿管上段结石患者采用仰卧位, 尽可能使冲击波作用于结石上。应用东芝325、340型诊断仪, 凸阵探头, 探头频率3.0~5.0MHz, HK-108、109 ESWL机, 工作电压4~1 5 k V, 工作频率4 0~6 0次/m i n。每次碎石1 0 0 0~5000次, 结石粉碎后停止治疗。治疗间隔时间为7~10d, 术后给予双氯芬酸钠栓备用, 并口服金钱草冲剂或热淋清颗粒, 2包/次, 每日3次。嘱患者多饮水, 输尿管结石运用脚跟落地排石法, 肾下盏结石采用头低臀高位, 并向对侧肾位的方向倾斜, 自行或在别人的帮助下前后晃动躯体, 后做跳绳、跳台阶等运动, 7~10d后复查B超。
1.3 评定标准输尿管结石在治疗过程中可见结石影形
状改变, 密度变淡, 结石影拉长, 碎石随震波跳动的现象, 说明结石已粉碎, 或当时结石并无明显变化, 或仅有形状稍微改变, 但在原位停留一段时间后散开并排出。
2 结果
嘱患者观察治疗过程中及治疗后排石情况, 并收集碎石颗粒。通过X线摄片或B超检查证实首次排石有效4630例 (95.7%) , 无严重并发症, 其中肾结石粉碎率95.3% (1359/1 4 2 6) , 膀胱结石粉碎率1 0 0.0% (2 3 0/2 3 0) , 输尿管下段结石粉碎率98.3% (1710/1740) , 输尿管中段结石粉碎率90.0% (666/740) , 输尿管上段结石粉碎率95.0% (665/700) 。复碎206例 (4.3%) , 多为结石长轴大于12mm者。排净结石时间为10~12d。
3 讨论
随着人们对饮食结构的改变, 我国泌尿系结石发病率有增加趋势[2]。尿路结石多在肾和膀胱内形成, 结石排出过程中停留在输尿管部位最常见, 最严重的肾绞痛多为输尿管第三狭窄结石, 有时用止痛药也难以缓解[3]。ESWL是治疗泌尿系结石最为有效的方法之一, 在患者无需麻醉及无痛苦的情况下顺利接受ESWL治疗, 而且临床碎石效果好。我们认为, ESWL最佳选择是直径在20mm以下的单发结石, 具有副作用小、碎石成功率高和并发症少等优点。
我们应用新型低能量的ESWL定位系统, 避免存在盲区及监测困难等问题, 可针对患者的结石硬度和大小随时调整冲击波的能级, 达到粉碎结石目的, 且便于结石排出细粉碎颗粒。对急诊患者ESWL能早期缓解肾盂积水, 改善患侧肾脏功能[4], 而且术后并发症轻。
对ESWL治疗后的输尿管结石患者, 鼓励多饮水和多做类似跳跃的运动, 并给予抗生素治疗, 中药金钱草冲剂也能起到辅助排石作用。对于输尿管下段结石, 可用特拉唑嗪
(下转4 1页)
(上接3 2页) 加快结石排出。
根据“门控”理论, 使用ESWL刺激物触发疼痛的方式对轴突进行强刺激后可产生镇痛作用[5]。由于骨盆包围、肠道掩盖、气体干扰有碍于定位, 因此输尿管中段结石碎石成功率相对较低。结石的定位是影响碎石效果的又一因素, 当较大结石被碎成小颗粒后, 很难集中对散在分布的颗粒继续接受冲击。为此, 我们在治疗过程中多次用B超观察, 经常调节位置, 使焦点始终对准最大结石颗粒。采用多方位、多焦点定位, 使结石在不同方向受到冲击波能量作用。详细询问患者感受和反应, 随时调节冲击电压, 确保治疗过程顺利。让有丰富技术经验的医生操作ESWL。笔者体会, 碎石前后注意事项如下: (1) 碎石前B超检查肾、输尿管、膀胱, 需充盈膀胱, 治疗前2h喝白开水500~800ml。 (2) 碎石前常规检查:心电图、血常规、出凝血时间, 肾结石需做X线造影。 (3) 碎石后正常情况下初次有少量血尿, 需大量饮水, 每天2L。 (4) 碎石后常规止血、抗感染治疗1~2d。 (5) 肾及输尿管上段结石患者碎石后侧卧位, 多运动, 有利于排石。 (6) 个别的肾下盏结石碎石后要倒立。 (7) 巨大结石需分次碎石。 (8) 复查时需留够小便量。
本组再次ESWL的患者每次冲击波次数≤2700次。我们发现, 结石下移过程中由于位置的改变, 间隔碎石的时间根据个体及结石位置随时调整。本组再次ESWL的患者中, 15例 (7.3%) 未移动位置, 2周后再次碎石均排出。因此, 同一部位再次碎石时间间隔不宜太短, 至少应2周[6]。因为脱落的碎石屑充分排出需要一定时间, 碎石后组织受损也要一定的恢复时间, 若连续冲击, 碎石效率会降低, 且会加重输尿管及四周组织器官的损伤。
我们认为, 采用超声波定位ESWL治疗泌尿系结石具有安全、简单、创伤小、患者易于接受等优点。它既克服了开刀取石的缺陷, 以及创伤大、费用高、合并症及后遗症多的缺点, 又能有效排出结石, 可考虑作为本病的首选治疗方法。
(收稿:2013-01-18修回:2013-08-08)
(发稿编辑:杨海陆
参考文献
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超声冲击 篇6
资料与方法
2014年7月-2015年6月收治泌尿系结石患者195例, 男134例, 女61例, 年龄11~86岁, 平均32.7岁, 肾结石53例, 结石大小0.5 cm×0.5 cm~2.3 cm×1.5 cm。输尿管上段结石81例, 下段结石61例, 结石大小范围为0.6 cm×0.5 cm~2.1 cm×1.7 cm。合并中度以上肾积水者9例, 合并前列腺增生4例, 患者临床症状为腰背部及上下腹部疼痛, 尿频、排尿困难。超声检查可明确结石部位及输尿管扩张程度及肾盂积水情况。
仪器:采用HK.ESWL-109水囊型电磁式体外冲击波碎石机;超声仪为WED-9618CⅡ型, 探头频率3.5 MHz, 可对结石多做切面探测定位并对碎石过程全程监控。
方法:全部患者采取超声定位ESWL治疗。碎石前常规检查血常规、尿常规、凝血时间、泌尿系平片、心电图, 必要时行静脉肾盂造影检查。肾、输尿管上段结石采用侧卧位, 下段结石采用俯卧位, 输尿管下段结石碎石前需积尿。碎石能量电压控制在7~13 k V, 冲击数200~1 200次。两次治疗间隔时间为1周, 碎石5次效果不佳后采用其他治疗方法。
结果
结石击碎率97% (189例) ;碎石成功, 完全排出181例 (92.8%) 。1次碎石排净66例 (33.8%) , 2次及以上排净115例 (57.9%) 。碎石及排石失败6例患者中其中肥胖1例、2例在外院行多次碎石, 肾下盏结石3例。
并发症:术后多数患者出现不同的肉眼血尿, 1 d内自行消失。6例出现严重的肾绞痛, 对症处理后缓解, 107例出现皮肤瘀点, 4 d内自行消失。无其他严重并发症。
讨论
泌尿系结石是泌尿系的常见病和多发病, 临床症状多为肾绞痛、血尿、尿频、排尿困难, 严重者肾盂积水或合并输尿管扩张。1980年4月, ESWL开始应用于临床, 泌尿系结石的治疗方法有了革命性的进展。ESWL术是泌尿系结石<2 cm的首选方法, 较开放或腹腔镜手术相比, 具有无创伤、快速、方便、安全、疗效好, 禁忌证少、无需麻醉等优点。
泌尿系结石的病因复杂, 包括环境因素、个体因素、泌尿系统因素以及尿液成石因素。只有部分肾结石可以找到确切的结石形成原因, 如甲状旁腺功能亢进 (PTH) 、肾小管酸中毒、髓质海绵肾、痛风、异物、长时间卧床、梗阻和感染等。钙石形成的主要原因仍然不清。目前, 关于泌尿系结石的发病机制有不少学说, 但都基于泌尿系结石的两大主要成分晶体和基质的热动力学过程。晶体约占97%, 主要包括草酸钙、草酸钙与磷灰石, 占所有结石的60%~70%。而纯磷灰石占约7%。泌尿系结石的形成过程复杂, 简要概括如下:饱和→过饱和→成核→结晶生长→结晶聚集→结晶停留→结石形成[1]。随着分子生物学技术的迅速发展, 泌尿系结石的分子发病机制越来越受到关注, 目前至少已发现30多种泌尿系结石的致病基因, 其中单基因遗传性肾结石的致病基因包括AGTX、GR、CLCN5、PRPS1、XDH、CSNU1等。但目前对于多基因遗传性肾结石病, 还是盲区。
冲击波能粉碎人体结石, 但不会导致人体损伤, 其碎石原理是当冲击波传播到结石前界面时反射产生压力作用, 以及张力作用分别大于结石的抗压力以及抗张力强度, 因此结石被击碎。结石内部也常有许多小孔隙, 内部充满液体, 且含空化核, 产生空化作用。结石内部机制受到冲击, 致使结石疏松、破碎[2,3]。
ESWL对于泌尿系结石<2 cm有良好的适应证。本组195例患者, 结石均≤2 cm, 结石击碎率较高, 完全排出率高。碎石失败的1例肥胖患者, 腹围过大, 皮肤至结石的距离较长, 到达结石部位的能量耗损过多, 碎石效果不佳。2例在外院行多次碎石患者, 碎石效果不佳的原因考虑为结石与输尿管壁之间存在炎性粘连, 肉芽组织形成。甚至纤维包裹, 输尿管狭窄, 后行经输尿管镜钬激光碎石治疗。3例肾下盏结石患者碎石后排石效果不理想, 结石被击碎, 排出困难。可能的原因是肾盂肾下盏夹角过小, 漏斗部长度较长和漏斗部宽度较窄者, 以及颈部狭窄的肾盏憩室内结石, ESWL治疗后结石往往清除不彻底, 而残余结石碎片会增加结石复发的风险。
并发症中:术后多数患者出现不同的肉眼血尿, 原因或是碎石过程中, 损伤到输尿管黏膜, 或排石过程中, 结石擦伤输尿管黏膜, 导致出血, 凝血功能良好, 1 d内自行消失。6例出现严重的肾绞痛, 给予解痉、止痛对症处理后缓解, 107例出现与探头接触处皮肤瘀点, 4 d内自行消失。无其他严重并发症。
在ESWL过程中需注意: (1) 选择合适的病例, 严格遵循适应证。 (2) 碎石过程中, 嘱患者平稳呼吸, 避免与周围人群交流, 降低因呼吸运动造成的体位移动影响。患者身体与水囊接触面上涂上足量的耦合剂, 有利于降低皮肤瘀斑的发生率。探头适度紧压可缩短结石至表皮的距离, 减少能量耗损。 (3) 碎石过程中, 随时调整体位, 始终使冲击波聚焦在结石上。 (4) 嘱患者ESWL后多饮水 (2 000m L以上) , 增加尿量, 利于冲刷结石碎屑。 (5) 肾下盏结石者, 可嘱患者头低脚高位的运动, 轻拍腰部, 促进结石排出。
综上所述, ESWL治疗泌尿系结石具有简便、安全、疗效确切、费用少等优点, 更容易被多数患者接受。临床医生应熟练掌握ESWL术的碎石技巧, 以及ESWL后正确指导患者的活动, 预防或减少并发症的发生, 以获得更好的临床效果。
摘要：目的:探讨超声定位体外冲击波碎石术 (ESWL) 治疗泌尿系结石的临床疗效。方法:收治泌尿系结石患者195例, 所有患者均采用超声定位ESWL治疗。结果:结石击碎率97%;完全排出率92.8%;1次碎石排净66例, 2次及以上排净115例;碎石效果不佳6例;术后所有患者出现不同程度肉眼血尿, 1 d内自行消失;出现严重的肾绞痛6例, 出现皮肤瘀点107例。结论:超声定位ESWL治疗泌尿系结石具有无放射线、操作简便、费用低、安全和疗效可靠、有效等优点。
关键词：体外冲击波碎石术,泌尿系结石,超声定位
参考文献
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超声冲击 篇7
2008年成功改制以后, SIUI迸发出巨大活力, 业绩连年高速增长, 目前, 在国内市场占有率位列前茅。SIUI市场部经理李俊浩告诉记者, 以SIUI为主要代表, 拥有强大自主研发实力的少数国内超声企业, 在高端市场已取得可喜的进步。与此同时, 国际巨头正在大力布局低端市场, 预计在未来5年, 将逐步形成国产自主研发产品与进口品牌产品在高、中、低端市场全面竞争的格局, 国产自主研发产品在中高端市场的占有率将会有较大的提升。
SIUI产品能在与国际同类产品的竞争中脱颖而出, 靠的就是高品质。所谓高品质, 主要表现在三方面, 一是性能好。SIUI的超声产品基础图像好, 分辨力、穿透力及灰阶表现力等均领先于国内同类产品, 在彩色多普勒方面, 血流灵敏度、充盈度及彩色表现力等性能优异, 深受用户青睐。例如, 今年新推出的Apogee 1200彩超, 完全可以与进口产品媲美。二是功能先进、齐全。特别是近几年, 率先推出实时三维 (4D) 、弹性成像和超声影像无线传输等技术为SIUI产品进军高端市场提供了强有力的技术支撑。三是产品与临床应用完美结合。SIUI非常重视产品研发和临床实际应用的结合, 通过与众多医院加强合作, 以实际临床需求和应用为研发的出发点, 使产品更好地满足医院的使用需求, 更人性化。正是卓越的性能、齐全先进的功能以及产品与临床应用的完美结合, 使SIUI产品在国内同行中始终处于领先地位。
在此次CMEF展会上, SIUI展出的多款彩超设备, 受到广泛关注和一致好评。新推出的Apogee 1200全数字彩色多普勒超声诊断系统, 是一台具有众多领先技术的高性能便携式彩超, 广泛应用于心脏、腹部、妇产科、儿科/新生儿、外周血管等检查。它具有频率融合成像、复合谐波成像、高帧频成像等先进的成像技术, 全方位解剖M型、组织多普勒、ECG心电导联等完善的临床解决方案, 心血管计算测量软件、多普勒血流测量及分析、泌尿科测量与分析等丰富的计测软件包, 同时, 一体化人机工程学设计使其能更充分满足临床工作需求。
李经理介绍说, 近年来, SIUI注重向广大用户提供产品的体验服务, 用户能方便地对SIUI的产品进行现场观摩和细致体验。