李俊樂，黃珅，林文俏，譚健，李典，許月文，汪侃炎，陳聰

1.湖南大學整車先進設計制造技術全國重點實驗室 湖南長沙 410082 2.廣州衛(wèi)亞汽車零部件有限公司 廣東廣州 511300

1 序言

焊接已成為各個行業(yè)，尤其是現代化工業(yè)中不可缺少的加工技術，是材料連接的最重要方法之一。當焊接參數的調節(jié)不當或在環(huán)境因素的影響下，焊縫會出現氣孔、夾渣、裂紋、未熔合和未焊透等缺陷。此時，在工件被投入使用之前，對焊縫質量進行檢測就變得尤為重要，可極大地減少工件返修，以及發(fā)生事故的代價與損失。目前，焊縫檢測手段較多，主要包括光學視覺、超聲波、渦流、磁粉、弱磁、磁光成像、滲透和紅外等檢測方法，其中磁粉、弱磁和滲透檢測方法由于存在精度不高、操作繁瑣，以及檢測過程有害健康等缺點，近幾年的研究與發(fā)表的論文數量較少，故本文不對其做詳細敘述，具體情況見表1。通過查找近7年的文獻得知，國內學者對視覺、超聲波、磁光成像檢測方法研究較多。光學視覺使用的硬件設備有CMOS、CCD相機，比較適合檢測焊縫表面質量及成形情況。因超聲波探測儀便于攜帶、價格低廉，對此的研究比較火熱。

表1 焊縫無損檢測方法比較

2 檢測方法

2.1 結構光視覺檢測

結構光視覺是指將具有特殊編碼或規(guī)律的結構光投射到被測物體表面，被物體獨特的構造表面反射，通過獲取反射光模板，經過圖像解調濾波處理，再結合三角測量原理就能得到物體的三維信息。根據發(fā)出光源的不同，可以分為點結構光、線結構光、多線結構光及面結構光等?；诮Y構光視覺的焊縫檢測裝置如圖1所示。

圖1 基于結構光視覺的焊縫檢測裝置

有學者注重對焊縫三維形貌和余高與熔寬的研究，楊國威等[1]設計并搭建了基于面結構光光柵投影的焊后焊縫表面三維輪廓測量系統，可一次性較快速地獲取焊縫表面輪廓信息，測量精度0.0968mm。濾波后的光柵焊縫條紋如圖2所示。

圖2 濾波后的光柵焊縫條紋

NGUYEN等[2]采用根據激光三角測量原理設計和制造的實時激光焊接質量檢測系統，可以檢測典型的焊接表面缺陷，測量高度誤差＜±0.1 mm、寬度誤差＜±0.18 mm。熊碧濤等[3]設計了一種基于結構光傳感器的三維焊縫測量平臺，測量動力電池外殼焊縫高度和寬度，測量精度達到微米級，焊縫高度誤差在0.001mm左右、寬度誤差在0.01mm左右。DONG等[4]提出了一種基于自動NDT的平行結構光的焊接線檢測方法，使用Mobilenet-SSD模型來檢測投影激光條紋圖像的感興趣區(qū)域，提取激光條紋的中心，將通過笛卡爾轉換方法獲得的多組焊縫邊界組合來優(yōu)化焊縫模型并準確檢測焊縫，算法的時間成本＜30ms，其檢測的距離誤差和角誤差分別不超過1mm和±1°。胡丹等[5]提出了一種基于線結構光的焊縫視覺成形檢測系統，基于邊界限定的灰度重心法來提取激光條紋中心線，以單像素的激光條紋為信息源來表征焊縫輪廓，融合多特征點提取算法實現激光條紋輪廓特征點的檢測，以角焊縫為檢測對象，測量誤差在0.2mm以內。陳英紅等[6]提出一種基于 Fast-RCNN 與結構光的管道縱焊縫三維形態(tài)參數檢測方法，可以一次性檢測出焊縫余高、熔寬、咬邊、錯邊量和棱角度5個參數，且具有較低的測量不確定度，其中熔寬、余高的測量不確定度較JJG 704－2005說明的焊縫檢驗尺測量不確定度分別降低89%、85%。結構光視覺檢測的一個優(yōu)點是利用深度學習對缺陷進行分類，常用的分類方法有BP神經網絡、前饋神經網絡、支持向量機以及各種分類器的集成等，分類準確率可以達到95%以上[7-10]。 KUMAR等[11]針對MIG對接焊開發(fā)了一種使用CCD攝像頭捕獲焊接表面圖像的檢查系統，獲得4個區(qū)域圖像特征的平均灰度，以識別接頭表面缺陷并進行分類，總體準確率達到95%（見表2）。丁曉東等[12]提出一種改進的焊縫特征提取算法來實現復雜焊縫特征點的識別，利用常規(guī)截距法提取焊縫候選特征點，再根據焊縫最高點與候選特征點的幾何關系確定焊縫特征點，試驗證明，改進后的算法提取特征點精度高于一般檢測法。結構光視覺的一個重要優(yōu)點就是可以重建焊縫三維模型，褚慧慧等[13]提出了基于線結構光＋CCD相機的主動視覺模式的焊后焊縫成形質量檢測系統，將采集到的三維信息用Matlab軟件進行重建焊縫表面三維模型，可實時監(jiān)測焊縫熔寬、余高和錯配參數的變化趨勢（見圖3）。針對檢測環(huán)境弧光干擾以及高反光的問題，HAN等[14]開發(fā)了帶有窄帶光濾光片的結構光視覺傳感器，可以減少焊接中弧光、飛濺等干擾，對焊縫進行分類，測量焊縫尺寸，評估焊縫質量。YAN等[15]構建了投影結構光和明暗恢復形狀的復合三維視覺系統，結構光采用正弦條紋編碼，明暗恢復形狀模型，雙光源系統恢復鋁合金表面的梯度，實現了高反光金屬材料焊縫的三維測量。

圖3 焊縫形貌的三維重建

表2 結構光視覺檢測

綜上所述，結構光視覺檢測方法只能檢測焊縫表面缺陷，主要參數有焊縫余高和寬度，測量精度在0.001～0.2mm，利用軟件處理采集到的焊縫數據可以重建焊縫形貌。利用深度學習可以對缺陷進行分類，整體分類準確率達到95%。針對視覺檢測有焊接弧光干擾或高反光材料的問題，可以增加窄帶光濾光片或采用正弦條紋編碼結構光的方法來減少干擾。

2.2 超聲波檢測

超聲波是頻率＞20k H z的一種機械波，用于鋼鐵材料檢測的超聲波頻率一般在1～5MHz范圍內[16]。超聲波具有穿透力強、靈敏度高、檢測設備便捷，以及操作安全等優(yōu)點[17]。超聲波檢測就是指用超聲波來檢測材料、工件以及焊縫質量，并以超聲波檢測儀顯示檢測結果的一種無損檢測方法。但超聲波在材料中傳播時受金屬組織體積（特別是晶粒大?。┑挠绊懞艽?，存在檢測信號衰減過大、信噪比低的問題，不適用于檢測存在各向異性、組織粗大的奧氏體不銹鋼焊接件[18，19]。對于跨在焊縫上的超聲波檢測需要將焊縫磨平，無余高，應在考慮綜合成本、是否有缺陷懷疑以及檢測對象重要程度的前提下，再決定是否采用超聲波檢測[20，21]?；诔暡▉頇z測焊縫質量的方法可細分很多種，目前主要流行超聲波衍射時差法（TOFD）和超聲波相控陣檢測技術（PAUT）。

超聲波TOFD檢測技術是基于惠更斯原理，利用來自缺陷尖端的衍射信號來檢測和測量反射體的超聲波檢測技術，如圖4所示。選擇兩個中心頻率相同的縱波換能器分別作為發(fā)射器和接收器，放置在檢測區(qū)域的兩側，平行于焊縫的中心軸進行掃描。接收到的信號在時間上依次由缺陷的側向波、上尖端波和下尖端波以及后壁反射波組成[22]。根據兩探頭放置位置與掃描方向的不同，可分為非平行掃查、偏置非平行掃查、平行掃查3種方式[23]。TOFD衍射波波幅不會受到聲束角影響，能發(fā)現任何方向的焊接缺陷，檢測成功率極高，可計算出缺陷距表面高度，但不能精準測量點狀缺陷和橫向缺陷，TOFD圖像識別和判讀困難，對缺陷定性的準確性低[24]。針對橫向裂紋，羅志偉等[25]提出將兩個探頭布置在焊縫同一側，通過水耦合沿焊縫進行掃查，能有效對橫向裂紋進行定量和定位，最淺能檢測焊縫下2mm深的缺陷，相對誤差＜10%。超聲波TOFD獨特的檢測原理使其檢測表面存在盲區(qū)。丁寧等[26]基于波形轉換理論提出盲區(qū)抑制方法，該方法可將近表面盲區(qū)抑制到1.00mm。江雁山等[27]用超聲波衍射時差法檢測管道對接焊縫，與射線檢測作對比，衍射時差法檢測面積型缺陷效果更佳，檢測結果更為準確，可對缺陷深度、高度進行測量。除了缺陷定性外，超聲波檢測對于大壁厚樣品也具有較高的檢測準確率。黃輝等[28]以厚壁不對稱對接焊縫為對象進行仿真模擬，采用不同楔塊和探頭組合進行修正，驗證了超聲波衍射時差法檢測大壁厚不對稱焊縫實際應用的可行性。孫旭等[29]利用超聲波衍射時差法對合金鋼焊縫中的小尺寸裂紋實施檢測，采用自回歸普外推技術對裂紋上下端點的衍射波混疊信號進行分離處理，實現厚度100.0mm合金鋼中深度50.0mm處高度1.0mm裂紋的定量檢測，相對誤差≤5.3%。程茂等[30]采用TOFD技術成功檢測到厚度分別為10mm和30mm的鋁合金焊縫中密集氣孔、氣孔、密集夾鎢、夾鎢、條形缺陷、未熔合、未焊透及裂紋等8種焊縫缺陷。

圖4 超聲波TOFD檢測原理

除此之外，大量學者針對提高檢測精度、降低檢測誤差開展了一系列研究。黎文超等[31]提出深度重采樣疊加算法來提高奧氏體不銹鋼焊縫的TOFD檢測能力，采樣疊加信號信噪比隨疊加次數的增大而增大，疊加8次過后，信噪比達到4.82，比未處理信號最高信噪比提高近82%。叢森等[32]設計了使用幅度加權調頻編碼激勵信號的TOFD檢測方法，綜合提高了粗晶奧氏體不銹鋼焊縫缺陷檢測的時間分辨力、檢測信噪比和缺陷定量定位精度，獲得的缺陷定位定量測量的平均相對誤差為3.8%，較常規(guī)激勵降低了47%。常規(guī)TOFD與幅度加權調頻激勵TOFD檢測結果對比如圖5所示。

圖5 兩種TOFD檢測結果對比

超聲波相控陣檢測結果直觀、圖像可視化，有利于缺陷的識別與定性，數據可以儲存起來并用于動態(tài)回放分析[33]。超聲波相控陣換能器是由一組相對獨立的壓電晶片陣元組成，每個獨立的陣元都能通過電子控制發(fā)射超聲波波束，按照不同的規(guī)則激發(fā)所有陣元或部分陣元，各陣元所發(fā)射的聲束進行疊加而形成不同的波陣面，達到偏轉、聚焦及掃描等效果[34]。因此，相控陣超聲波檢測覆蓋面較大，可以提高檢測覆蓋率，降低漏檢可能性[35]。常規(guī)超聲波相控陣不能檢測過薄的零件焊縫，國內學者李衍[36]遵循歐標的超聲波相控陣工藝有效地掃查檢測和定量評定薄至4mm的焊縫，比標準的檢測厚度下限6mm還要薄2mm，但國外學者PASSINIA等[37]采用脈沖/回聲超聲波相控陣技術，可以檢測1.6mm厚的AA6013合金激光焊接頭，并將其與X射線和金相檢查進行比較，發(fā)現該技術能夠通過衰減回聲信號的幅度來識別分組孔隙率的存在，在樣品上發(fā)現的最大孔徑約為300μm。相控陣能有效地檢測出面積型缺陷，周正干等[38]擴展了現有基于單陣列換能器的全聚焦超聲波成像方法，提出了針對未焊合面積型缺陷的一種雙線性陣列全聚焦成像方法，在試驗中檢測到的最小缺陷為φ0.6mm。張麗娜等[39]研究發(fā)現，相控陣超聲波檢測對攪拌摩擦焊焊縫的根部弱結合等面積型缺陷和孔洞等體積型缺陷都有較好的檢測能力。由于相控陣探頭型號多樣且可以靈活布置，因此可以檢測復雜焊縫，FU等[40]選用2.5MHz 64el雙元件矩陣陣列探頭和2.5MHz 64el單線陣列探頭檢測電子束對接焊焊縫，實現了對大高寬比垂直焊縫的檢測，檢測寬度靈敏度為0.2mm。粗糙表面會影響超聲波檢測的結果，TIAN等[41]建立了結合背景差分法、平方和算法提取近檢測面缺陷回波特征的數學模型，可有效地抑制殘余界面回波，近表面缺陷的定位和定量精度分別達到0.2mm和0.3mm。有學者致力于提高相控陣檢測的耦合能力。李衍[42]驗證了超聲波相控陣全矩陣捕獲和全聚焦成像法（TFM）對管環(huán)縫檢測的可行性和可靠性，解決了常規(guī)相控陣對管環(huán)縫超聲波檢測的耦合障礙問題。錢盛杰等[43]提出了一種將柔性相控陣探頭置于管子內壁進行水浸檢測的新方法，在實驗室環(huán)境下，成功地檢測出了插入式管座角焊縫中的裂紋、夾渣和氣孔缺陷。相控陣檢測已廣泛應用于核電站反應堆和管道的異種金屬焊縫檢測中[44，45]。KUMAR等[46]采用雙陣列探頭對三金屬焊接接頭進行相控陣超聲波檢測，因為熔池的各向異性和不均勻特性，所以會導致光束偏斜，以及檢測、定位和測量的不連續(xù)性，但經研究，雙陣列探頭能有效檢測未熔合缺陷，提高三金屬焊縫檢測的信噪比。由于相控陣探頭的靈活布置，使其可以檢測復雜曲面焊縫，SEONG等[47]開發(fā)了一種靈活的PAUT探頭和一種半自動掃描儀，在確保檢測數據一致性和再現性的前提下，為法蘭、彎頭、異徑管和支管等的焊縫進行了檢測。LI等[48]將換能器與楔塊集成，沿著航空發(fā)動機葉片對接焊縫緊密布置（見圖6），通過仿真和試驗驗證，該方法可以清晰地分辨出裂紋深度＞0.2mm的缺陷回波信號，已成功應用于現場檢測，在復雜曲面構件的對接焊縫中有良好的應用前景。相控陣檢測原理如圖7所示，不同激勵下的超聲波檢測優(yōu)勢和特點見表3。

圖6 相控陣檢測探頭沿航空發(fā)動機葉片布置

圖7 相控陣檢測原理

表3 不同激勵下的超聲檢測

綜上所述，TOFD衍射波方法能夠檢測絕大多數焊接缺陷，且具有較高的準確率，但對點狀缺陷和橫向缺陷無法精準識別。然而，通過改變探頭位置能夠很好地解決這一難題，采用波形轉換理論的方法也能抑制檢測盲區(qū)，提高檢測精度。同時，對于壁厚1～50mm的焊接樣品缺陷檢測，相對誤差＜5.3%。采用幅度加權調頻激勵的TOFD，也能夠進一步提高檢測分辨力。

超聲波相控陣檢測不適用于薄壁零件，但采用脈沖/回聲技術，可以降低相控陣檢測厚度下限值。在檢測未熔合缺陷、面積型缺陷、體積型缺陷時有較高靈敏度。超聲波相控陣檢測可以用于異種金屬焊縫，且有較好的檢測效果。選擇不同型號探頭和不同布置方式，可檢測一些復雜焊縫，如大高寬比焊縫、各種曲率焊縫。

2.3 渦流檢測

渦流檢測技術是一種基于電磁感應原理的非接觸式無損檢測技術（見圖8），當檢測線圈靠近待測工件時，工件表面產生渦流，缺陷的存在會導致渦流流向改變，通過檢測渦流的大小和分布能判斷是否有缺陷以及缺陷所在位置[49]。該檢測技術具有靈敏度高、分辨力高、響應速度快、結構簡單且能靜態(tài)及動態(tài)測量等特點，可用于高溫、薄壁管、細線、零件內孔表面等其他檢測方法難以進行檢測的特殊場合[50]。

圖8 電渦流檢測原理

目前，國內外主要的渦流檢測技術主要包括多頻渦流檢測技術（M F E C T）、交變磁場測量技術（ACFM）、脈沖渦流檢測技術（PECT）、遠場渦流檢測技術（RFECT）、渦流陣列檢測技術（ECAT）及渦流熱成像檢測技術（ECTT）等[51，52]。

多頻渦流檢測技術（MFECT）是使用多個不同頻率的激勵電流作為激勵信號，實現多參數檢測。王超等[53]提出了基于兩種激勵頻率數據融合的電渦流焊接缺陷檢測方法，同時抑制了焊接表面紋理和焊接鋁合金板夾角引起的干擾信號，可以成功檢測到在單獨兩個激勵頻率下很難清晰體現的直徑＜1mm的亞表面缺陷。交變磁場測量技術可以精確測量表面裂紋尺寸。陳濤等[54]設計了一種能夠用于焊縫缺陷檢測的旋轉渦流探頭，該探頭能夠有效檢測出鋼板表面各個方向缺陷，允許探頭與試件有0.3～1.2mm的提離距離，能夠適應焊縫不規(guī)則表面并有效識別焊縫缺陷。馬冰洋等[55]采用304不銹鋼自制了一種通過兩個矩形線圈十字交叉的焊縫檢測渦流探頭，檢測出了0.5mm和1mm深的缺陷，并發(fā)現探頭以兩線圈相交的角平分線為掃查方向時，傳感器靈敏度最高，才能避免漏檢。LI等[56]基于傳統交流電場測量（ACFM）技術提出了一種高靈敏度檢測任意角度裂紋的旋轉交變磁場測量方法和水下測試系統，克服了ACFM定向檢測的局限性。脈沖渦流檢測技術可以檢測較深層缺陷和多層復雜結構。遠場渦流檢測技術具有較強金屬管壁穿透能力，可檢測金屬內外壁缺陷。其中，渦流熱成像檢測與渦流陣列檢測由于檢測結果直觀明了、可進行大面積高速掃描，因此已成為當前研究的主要熱點。

渦流熱成像技術（ECTT）是一種混合成像技術，它將電磁生熱與瞬態(tài)紅外成像相結合，從而在相對較大區(qū)域內實現快速有效檢測缺陷，由于采用熱像儀檢測呈現缺陷位置與大小，其結果直觀準確。渦流熱成像技術根據激勵源的不同分為渦流脈沖熱成像技術（ECPT）和渦流鎖相熱成像技術[57]。王勇勇等[58]采用電渦流熱成像技術（ECPT）檢測帶腐蝕層的T形角焊縫表面自然裂紋，開始由于加熱不均勻使得缺陷圖像特征不明顯，后利用主成分分析算法消除不均勻加熱的影響，驗證了ECPT技術對角焊縫表面自然裂紋檢測的有效性。檢測不同材料的焊縫時需要設置不同的激勵參數，邢曉軍等[59]采用脈沖渦流熱成像技術檢測金屬材料的裂紋，發(fā)現45鋼和不銹鋼的趨膚深度相差很大，導致檢測時的渦流場與溫度場分布規(guī)律不同，45鋼渦流緊貼裂紋，裂紋邊沿的溫度較高，而不銹鋼渦流被推離裂紋，裂紋邊沿的溫度較低。因此，在檢測兩種試件裂紋時，設定的激勵電流頻率和加熱時間也不一樣，45鋼需要較長的高頻加熱時間，而不銹鋼則需要短的低頻加熱時間。王曉娜等[60]針對傳統技術檢測漆層下金屬表面裂紋信噪比低的問題，提出了一種基于方向調制原理的渦流熱成像檢測技術，可檢測出0.902mm漆層下的人工裂紋與 0.517mm 漆層下的模擬自然裂紋，方向調制方法有效提升了漆層下裂紋的檢測能力。針對渦流檢測存在的趨膚效應，限制了渦流熱成像檢測亞表面缺陷的能力，WU等[61]提出了一種基于DC偏置磁化的渦流熱成像檢測技術，通過增強趨膚深度層中的磁導率失真來增加缺陷區(qū)域和完好區(qū)域之間的熱對比度，可以檢測到表面下6mm的亞表面缺陷。渦流脈沖熱成像系統如圖9所示，渦流鎖相熱成像系統如圖10所示，渦流熱成像檢測結果如圖11所示。

圖9 渦流脈沖熱成像系統

圖10 渦流鎖相熱成像系統

圖11 渦流熱成像檢測結果

渦流陣列檢測（ECAT）的探頭由多個獨立工作的線圈構成，線圈可以布置在具有一定柔性的橡膠墊上，以滿足小曲率曲面零件檢測要求[62]。通過電子切換線圈來代替機械式探頭掃描，并通過多路復用器收集信號來完成陣列的巡回檢測，實現大面積高速測量，達到單個線圈相同的測量精度和分辨力[63，64]。張義鳳[65]采用渦流陣列檢測技術對電纜不銹鋼護套焊縫進行檢測，研究了提離距離、檢測頻率對檢測信號的影響，給出了不同深度槽形缺陷和孔形缺陷的提離距離極限值，當缺陷深度為1.2mm時，兩種缺陷的提離距離極限值均達到2mm。李來平等[64]采用陣列渦流檢測方法成功檢測出了鋁合金熔焊縫表面長3mm、寬0.2mm、深0.3mm的人工槽缺陷。TAO等[66]提出了一種新型差動多模態(tài)柔性陣列渦流探頭，具有4個模式，對不同類型缺陷敏感性不同，選擇1MHz作為探針的工作頻率，該方法可以識別尺寸為長3mm、寬0.1mm、深0.5mm的平底孔和尺寸為0.8mm×0.5mm的凹槽缺陷。渦流檢測對比見表4。

綜上所述，渦流檢測由于趨膚效應，主要檢測焊縫表面下0～1.5mm缺陷。對于渦流熱成像技術，不同材料加熱時的渦流場與溫度場有差異，主要用于檢測裂紋。經DC偏置磁化后，渦流熱成像可以檢測到亞表面下6mm的缺陷。

對于渦流陣列檢測，檢測探頭由許多小線圈組成，檢測精度較高，線圈能柔性布置，可以檢測其他檢測方法無法檢測的特殊焊縫，如角焊縫、曲面焊縫等。

2.4 磁光成像檢測

磁光成像檢測（M a g n e t o-o p t i c a l I m a g e Testing）以法拉第磁光效應成像為理論基礎，利用磁光傳感器對缺陷實時成像，實現焊縫表面微小缺陷可視化。焊縫磁光成像原理如圖12所示，磁光成像系統如圖14所示。電磁鐵作為磁場發(fā)生器放置在被測件下方，由可調的交流電源供電，使電磁鐵產生交流磁場對工件進行激勵，工控機控制三軸運動平臺調整電磁鐵的空間位置，磁光傳感器將磁信號轉換成光信號并將其發(fā)送給圖像采集系統，即可獲得焊縫缺陷的磁光圖像[51]。

圖13 動態(tài)磁光成像系統

圖14 焊縫偏移缺陷實物與紅外圖像對比

廣東工業(yè)大學高向東等[67]在2016年提出基于磁光成像的小波多尺度邊緣提取算法及主成分分析-誤差反向傳播神經網絡（PCA-BP）缺陷分類模型，試驗證明該方法能準確識別微小凹陷、未熔合和焊偏等焊接缺陷，分類準確率可達90.80%。2017年，高向東團隊研究出了一種交變磁場激勵下焊縫表面及亞表面缺陷的磁光成像動態(tài)無損檢測方法，可以識別高強鋼焊件中的焊縫特征（未熔透、裂紋、凹坑和無缺陷），缺陷分類模型的整體識別率達到92.6%，能夠實現焊縫表面及亞表面缺陷的自動檢測[68]。2019年，發(fā)現在旋轉磁場的激勵下磁光圖像包含的焊縫磁信息比在恒定磁場激勵下更多，并發(fā)現母材厚2mm時，磁光成像試驗磁光傳感器最佳提離度為0.8mm[69]。2020年，提出了基于感應旋轉磁場的多方向磁光成像技術，解決了在交變磁場激勵下磁光成像只能定向檢測的問題，以檢測多方向裂紋，并通過試驗證明了該NDT系統性能，該系統可以通過掃描來檢測不可見的任意角度焊縫缺陷[70]。莫玲等[71]采用磁光傳感器采集焊接過程的微間隙焊縫（間隙＜0.1mm）區(qū)域圖像，對圖像在RGB和HSV彩色空間的灰度分布進行分析，確定閾值提取焊縫邊緣，能有效地檢測肉眼難以分辨的微間隙焊縫。焊接缺陷動態(tài)磁光圖像見表5，磁光成像檢測對比見表6。

表5 焊接缺陷動態(tài)磁光圖像

表6 磁光成像檢測對比

綜上所述，磁光成像檢測技術檢測焊縫的整體準確率＞90%，在對焊縫磁化激勵時，選用交變磁場或旋轉磁場的檢測效果優(yōu)于恒定磁場。可對間隙＜0.1mm的焊縫進行檢測，且成像比較清晰，不需要專業(yè)人員與一定的工作經驗也能準確判別缺陷。但檢測裝置過于復雜，需要在焊縫背面設置電磁鐵激勵裝置，正面放置磁光傳感器，不能檢測容器以及不規(guī)則或表面不平整的型材焊縫。

2.5 紅外檢測

紅外檢測即紅外熱成像IRT，基本原理是通過紅外熱成像儀獲取焊縫中的熱量分布，因缺陷處特殊結構會出現溫度差異，因此來觀察熱成像圖指出缺陷位置與大小，具有非接觸、高檢測速度、高分辨力和靈敏度等優(yōu)勢，由于熱傳導而導致的內部缺陷的可檢測性以及在大檢測區(qū)域上的實時測量。

紅外熱成像檢測技術按其檢測方式可分為主動式和被動式[72]。被動熱成像是依靠工件、焊縫剛加工完自身殘余熱量用于成像。主動熱成像采用外部激發(fā)源，比如閃光燈激發(fā)、渦流激發(fā)、激光激發(fā)、微波激發(fā)和聲波激發(fā)等，使被檢測的工件中產生熱量[73]。在各種紅外檢測中，超聲波紅外檢測應用得比較廣泛。

超聲波紅外熱成像檢測是利用低頻超聲波脈沖作用在焊縫結構中，引起結構振動，超聲波傳播到缺陷時會引起缺陷接觸面相互摩擦，導致缺陷區(qū)域溫度升高，通過紅外熱像儀檢測表面溫度變化來得到紅外熱波序列圖像，經分析判斷缺陷具體信息[74]。楊忠華等[75]針對超聲波檢測與紅外熱成像檢測兩者單獨檢測效果不佳的問題，提出超聲波紅外熱成像檢測法，利用超聲波在焊縫缺陷中傳播產生激勵作用，導致缺陷部位的表面溫度異常升高，該方法平均識別率達92.36%，分別高于單一超聲波檢測75.50%和單一紅外熱成像檢測87.25%的平均識別率。葉朝偉等[76]采用超聲波紅外檢測系統精準檢測了長輸天然氣管道焊接裂紋，裂紋提取的完整性與質量較高，當裂紋長度＜12mm、寬度＜4mm時，檢測到的裂紋長寬與實際長寬完全相同。曹宏巖等[77]利用紅外熱成像無損檢測技術對TIG焊接過程中焊縫可能出現的缺陷進行實時檢測，當焊縫出現夾渣、焊縫偏移缺陷時，熱成像圖上會出現明顯的溫度場分布不均。焊縫偏移缺陷實物與紅外圖像對比如圖14所示。紅外檢測方法對比見表7。

表7 紅外檢測方法對比

綜上所述，被動式紅外熱成像技術，檢測系統結構簡單，但需要焊接后利用自身熱量及時檢測。主動式紅外熱成像需要激勵加熱，方便與其他檢測方式結合。但紅外熱成像儀價格很高，且壽命有限，故紅外熱成像檢測的成本很高。

3 結束語

本文主要從結構光視覺檢測、超聲波檢測、渦流檢測、磁光成像檢測及紅外檢測方法對焊后焊縫的無損檢測進行了論述。發(fā)現各無損檢測技術單獨檢測時，會存在對某種缺陷特別敏感，檢出率比較高，卻不能較好地檢測出某種或特定方向的缺陷。視覺檢測只能檢測表面特征與缺陷，而其他檢測技術可以檢測內部缺陷，卻不能檢測表面形貌缺陷。在今后的焊縫質量檢測時，可以選取兩種或多種檢測技術相結合，優(yōu)勢互補，實現焊縫的全面檢測。