李文靜

（許昌學(xué)院 電氣（機電）工程學(xué)院，許昌 461000）

焊接技術(shù)是隨著金屬的應(yīng)用而產(chǎn)生的，早在商代，就有鑄焊、釬焊和鍛焊等焊接工藝。其原理是通過高溫、高壓或兩個并用，使同性或異性兩工件產(chǎn)生原子間結(jié)合的加工工藝和連接方式。隨著科技的進(jìn)步及現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，焊接技術(shù)也不斷進(jìn)步和完善，其中也包含焊接質(zhì)量的檢測技術(shù)。當(dāng)前，機械焊接檢測技術(shù)主要包含破壞性檢測技術(shù)及非破壞性檢測技術(shù)兩大類。其中，非破壞性檢測中的無損檢測技術(shù)，是在不損壞試件的前提下，利用物質(zhì)的聲、光、磁和電等手段，借助先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備器材，對試件內(nèi)部及表面結(jié)構(gòu)、狀態(tài)及性質(zhì)進(jìn)行檢查和測試的方法。因其具有非破壞性、可對檢測對象100%全面檢測及原材料、加工、裝配成品及服役設(shè)備全程性檢測等優(yōu)勢，其應(yīng)用最廣，技術(shù)也最先進(jìn)。

1 機械焊接結(jié)構(gòu)的主要缺陷

1.1 宏觀缺陷

宏觀缺陷指的是通過人的視覺、嗅覺、聽覺等手段能夠直接發(fā)現(xiàn)的、不需要借助相應(yīng)儀器測量參數(shù)而發(fā)現(xiàn)的焊接結(jié)構(gòu)缺陷。這種缺陷中比較常見的主要包括咬邊、焊瘤、燒穿等[1]。所謂咬邊指的是焊接器械在沿著機械縫隙進(jìn)行焊接操作時，會在母線附近留下凹凸不平的溝槽。而焊瘤指的是焊接設(shè)備在尚未對焊料加熱完全就投入焊接，造成液態(tài)焊料從焊接部分溢出，在結(jié)構(gòu)外部冷卻形成瘤狀物質(zhì)。而燒穿指的是焊接設(shè)備焊頭過熱，焊入金屬結(jié)構(gòu)過深，導(dǎo)致熔化的液態(tài)金屬從焊體中流出。

1.2 內(nèi)部缺陷

內(nèi)部缺陷是指在焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)的缺陷，其具有細(xì)小、不易發(fā)現(xiàn)的特點，通常用肉眼難以發(fā)現(xiàn)這一類別的缺陷，而需要借助儀器進(jìn)行檢測。內(nèi)部缺陷是機械焊接結(jié)構(gòu)中最主要的一種缺陷。內(nèi)部缺陷主要包括氣孔、夾渣、裂紋等。所謂氣孔，指的是焊接過程中，液態(tài)焊料由于加熱不足、焊接角度不合理等原因，焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)部會出現(xiàn)某些異?，F(xiàn)象，其中有可能包含空氣形成的孔狀物。而夾渣指的是焊接時熔化的金屬沒有被及時排出而快速冷卻，在焊接結(jié)構(gòu)中殘留的現(xiàn)象[2]。裂紋指的是由于焊頭溫度過高，對焊料及焊接金屬的內(nèi)部原子結(jié)構(gòu)造成破壞，使各種原子重新混合成新的金屬層的過程，由于新金屬層形成不受人為控制，形成的結(jié)構(gòu)較為粗糙，所以容易產(chǎn)生裂紋。

1.3 微觀缺陷

所謂微觀缺陷指的是焊接過程中，金屬處于較高溫度情況下極易與周圍環(huán)境相關(guān)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致焊體受熱不均而造成結(jié)構(gòu)缺陷，主要包括過熱、過燒及偏析等。過熱指的是使用不合適的焊接設(shè)備進(jìn)行焊接造成金屬內(nèi)部分子原子結(jié)構(gòu)破裂，粒子結(jié)構(gòu)過分脹大的現(xiàn)象。過燒是指焊縫金屬在焊接過程中受熱時間過長，造成晶粒粗大，晶粒邊界被激烈氧化或局部熔化的現(xiàn)象。而偏析則是由于焊接時溫度較高，熱循環(huán)促使分子運動加快，使得金屬分子逐漸向未焊接部分或內(nèi)部溫度較低部分偏移的過程。微觀缺陷不僅無法通過肉眼發(fā)現(xiàn)，甚至基礎(chǔ)的測量儀器也對這種缺陷難以檢測。這種缺陷的檢測方法主要是對于焊接結(jié)構(gòu)金屬進(jìn)行取樣，在實驗室內(nèi)進(jìn)行切割后利用顯微鏡或電子顯微鏡等細(xì)致化觀察設(shè)備對其金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部的分子分布和晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，從而判斷金屬晶體結(jié)構(gòu)是否遭到破壞，內(nèi)部分子排布依然符合規(guī)則。

2 無損檢測應(yīng)用于機械焊接結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

2.1 對設(shè)備本身的傷害較小

傳統(tǒng)的檢測技術(shù)主要依靠檢測人員的經(jīng)驗和傳統(tǒng)檢測工具進(jìn)行，不僅檢測效果難以保證，還會對焊接結(jié)構(gòu)本身造成嚴(yán)重的破壞，影響該機械的后續(xù)使用，從而造成工作的反復(fù)，對工作效率的提高起到了嚴(yán)重的阻礙作用[3]。而新型無損檢測技術(shù)不僅成本低，操作簡便，而且技術(shù)先進(jìn)，測量精度大幅提高。最重要的是，這種檢測技術(shù)對焊接結(jié)構(gòu)本身的傷害極小甚至沒有傷害，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，提高了產(chǎn)品的可靠性。

2.2 保障使用安全，延長使用壽命

對大量設(shè)備損壞情況分析可知，機械設(shè)備損壞的部分原因就是初始的輕微損耗沒有被及時檢出而愈發(fā)加深，最終導(dǎo)致威脅設(shè)備使用且難以修復(fù)的損耗，從而造成設(shè)備的無法使用。而無損檢測技術(shù)由于操作簡便，不損害被檢測對象的使用性能，可對制造用原材料、各中間工藝環(huán)節(jié)、直至最終產(chǎn)成品進(jìn)行全程檢測，也可對服役中的設(shè)備進(jìn)行檢測。所以，該技術(shù)適宜作為機械設(shè)備焊接點的定期檢測方法，通過定期檢測，人們可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備焊接點的早期缺陷及其發(fā)展程度，確定其尺寸、方位、形狀并選用合適方法予以修復(fù)。這樣既保障了設(shè)備的使用安全，也延長了設(shè)備的使用壽命，具有一定的經(jīng)濟效益。

3 機械焊接結(jié)構(gòu)中常用的無損檢測技術(shù)

3.1 射線無損檢測技術(shù)

射線無損檢測技術(shù)主要用來探測機械焊接結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷。這一技術(shù)利用射線穿透性強、衰減效果弱等優(yōu)點，通過發(fā)射射線族照射金屬焊體，對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描，然后將掃描成像結(jié)果傳輸?shù)接嬎銠C上，再利用相關(guān)軟件對圖像進(jìn)行分析，從而探查出金屬內(nèi)部的缺陷。這種方法的優(yōu)點是射線照射具有全面性，能夠?qū)呙璨糠值乃袃?nèi)部缺陷都有一個較為明顯的顯示[4]。但實際應(yīng)用過程中，由于金屬體的形狀、大小、結(jié)構(gòu)的個性化差異及宏觀缺陷的干擾，射線掃描結(jié)果有時難以獲得令人滿意的圖像。同時，由于射線對人體有較大的傷害，所以工作人員在現(xiàn)場操作過程中需要穿著專業(yè)的服裝，即使這樣，射線發(fā)射的危險仍處于一個相當(dāng)高的水平，所以這一技術(shù)在一些焊接要求并非極高的機械結(jié)構(gòu)中一般不予使用。

3.2 超聲波檢測技術(shù)

超聲波檢測技術(shù)主要用于檢測機械焊接結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷。這種方法主要利用聲音這一機械波在均勻金屬內(nèi)傳播速率恒定的特性，一旦出現(xiàn)傳播速度改變的現(xiàn)象就說明該段焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在缺陷。實際工程中，超聲波檢測技術(shù)的操作方法是利用超聲波發(fā)射裝置發(fā)射頻率高達(dá)20 000Hz的超聲波，再對接收端接收時間及接受聲波波形進(jìn)行收集分析，了解機械焊接結(jié)構(gòu)中的缺陷發(fā)生在何處及具體的缺陷類別[5]。這種方法由于檢測靈敏度高，且裝置操作簡便，對人體的危害性極低，同時節(jié)約成本，因而在機械焊接結(jié)構(gòu)檢測領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。

3.3 全息探測檢測技術(shù)

近些年來，全息成像技術(shù)的興起與發(fā)展不僅改變了人類對于圖像的呈現(xiàn)方式，也在工程領(lǐng)域的許多方面提升了技術(shù)含量。在機械焊接結(jié)構(gòu)檢測工作中，也少不了全息技術(shù)的身影。全息探測技術(shù)主要應(yīng)用于焊接結(jié)構(gòu)宏觀缺陷和內(nèi)部缺陷的檢測，其主要的操作方法是利用射線、激光、聲學(xué)等技術(shù)設(shè)備全方位地探測金屬結(jié)構(gòu)表面及內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，將表面及內(nèi)部的金屬焊料分布狀況形象立體地呈現(xiàn)出來，探測人員通過觀察這些清晰度高、可信性強的圖像就能夠準(zhǔn)確分析缺陷部位及缺陷情況，制定修復(fù)方案[6]。由于全息成像設(shè)備成本較高，且相關(guān)技術(shù)發(fā)展還不夠健全，所以它在目前的檢測領(lǐng)域中還沒有得到廣泛使用。但是，人們應(yīng)該清醒地意識到由于全息成像科學(xué)含量高，對于機械結(jié)構(gòu)圖像的還原度極強，應(yīng)當(dāng)成為未來機械結(jié)構(gòu)缺陷檢測技術(shù)的發(fā)展方向。

3.4 電磁檢測技術(shù)

電磁檢測技術(shù)主要包括磁粉檢測、渦流檢測、漏磁檢測等方法，在實際的檢測工作中，主要應(yīng)用磁粉檢測和渦流檢測兩種方法。磁粉檢測只能用于鐵磁性的材料，工件被磁化后，當(dāng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)缺陷時，缺陷處的磁場分布會發(fā)生畸變，產(chǎn)生漏磁場，在合適的光照下形成目視可見的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、大小、形狀和嚴(yán)重程度。實際操作中就通過在結(jié)構(gòu)內(nèi)部撒入磁粉的形式，檢測磁粉在何處與漏磁場發(fā)生作用及作用的大小，從而判斷缺陷所處位置及缺陷類別和程度。這種方法成本較低，操作簡便，因而得以廣泛應(yīng)用。而渦流檢測技術(shù)則主要應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，實際操作中將一個通交流電的線圈深入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)處無缺陷時，線圈通過的電流大小將是恒定的，而當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)處存在缺陷時，其產(chǎn)生的漏磁場就會與線圈發(fā)生作用，在焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生渦流，改變線圈通過的電流大小，同時可以利用相關(guān)檢測儀器對渦流的大小、相位及流動行程進(jìn)行檢測，進(jìn)而對缺陷類別及缺陷的嚴(yán)重程度進(jìn)行判定[7]。這種方法不僅操作簡便而且可靠性高，同時可提取的信息多樣而具體，因而在機械焊接結(jié)構(gòu)檢測領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。

3.5 滲透檢測技術(shù)

滲透檢測技術(shù)的原理主要是毛細(xì)管現(xiàn)象。實際的操作方法是，將滲透液噴涂在檢測結(jié)構(gòu)的表面，然后刮去完整表面的噴涂液，再在其表面噴涂顯現(xiàn)劑，這種液體能夠很好地將殘留在結(jié)構(gòu)表面的滲透液顯現(xiàn)出來，由于殘留的滲透液僅存在于結(jié)構(gòu)缺陷中，這樣就可以明顯地顯示出缺陷的位置及缺陷的程度及狀態(tài)。這一技術(shù)不僅操作方便、對缺陷顯現(xiàn)直觀，而且靈敏度極高，通過實際試驗，該方法對1μm左右的裂紋同樣有效。但這一方法的不足也同樣明顯，滲透液和顯現(xiàn)劑的成本較高，需要人工進(jìn)行涂刷和檢測，加大了人工工作量。同時，這種方法僅能檢測裂紋性缺陷，無法檢測凸起性等其他缺陷。

4 結(jié)語

本文主要介紹了機械焊接結(jié)構(gòu)的主要缺陷和機械焊接結(jié)構(gòu)中常用的五種無損檢測方法。隨著無損檢測方法的不斷發(fā)展和進(jìn)步，除了以上五種檢測方法，一些新型無損檢測技術(shù)相繼出現(xiàn)，如聲發(fā)射檢測、泄漏檢測、紅外檢測、微波檢測、磁記憶檢測、熱中子照相檢測及激光散斑成像檢測等，而且處于不斷開發(fā)和升級中。同時，沒有哪一種方法是完美的，任何一種檢測方法都不可能給出百分百精準(zhǔn)的結(jié)果。因此，對于特別重要的焊接結(jié)構(gòu)，有必要使用兩種或多種無損檢測方法，使之形成一個檢測系統(tǒng)，從而得到滿意的檢測結(jié)果。

無損檢測方法已逐步成為主流檢測方法，它是工業(yè)發(fā)展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一個國家的工業(yè)發(fā)展水平。無損檢測技術(shù)應(yīng)繼續(xù)完善和進(jìn)步，這不僅對機械焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及安全性具有十分重要的作用，對我國工業(yè)發(fā)展水平的提升也具有現(xiàn)實意義。