常春梅

（白銀礦冶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，白銀 730900）

隨著生活水平的提高，人們對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，需要對產(chǎn)品進(jìn)行可靠的質(zhì)量檢測。針對金屬結(jié)構(gòu)中的焊接結(jié)構(gòu)，采用無損檢測技術(shù)進(jìn)行缺陷檢驗尤為關(guān)鍵。文章將重點(diǎn)討論幾種新型無損檢測技術(shù)在焊縫缺陷檢驗中的應(yīng)用，以期為進(jìn)一步提高焊接產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗水平提供參考。

1 無損檢測技術(shù)的優(yōu)勢

無損檢測技術(shù)是一種在不破壞被檢測物體的前提下，通過檢測和分析物體內(nèi)部或表面的物理量來判斷物體是否存在缺陷或異常情況的檢測方法。與傳統(tǒng)的檢測技術(shù)如目視檢測和破壞性檢測相比，無損檢測技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢。首先，無損檢測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對被檢測物體的全面檢測。它可以檢測被測物體的內(nèi)部缺陷，克服了目視檢測只能檢測表面缺陷的局限性。其次，無損檢測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高精度的檢測。各種無損檢測技術(shù)如射線檢測、超聲波檢測等，都可以檢測出毫米級甚至更小的缺陷。最后，無損檢測技術(shù)可以保持被檢測物體的完整性。由于檢測過程中無須破壞樣品，被檢測物體的原有性能和結(jié)構(gòu)被完全保留。

2 新型無損檢測技術(shù)在焊接檢測中的應(yīng)用

2.1 超聲波檢測技術(shù)

超聲波檢測技術(shù)是目前應(yīng)用較廣泛的無損檢測技術(shù)之一，主要用于發(fā)現(xiàn)焊接接頭中的各類表面及內(nèi)部缺陷，如裂紋、夾渣、氣孔等。其檢測原理是利用聲波在傳播中遇到界面時會產(chǎn)生反射的物理特性來評估焊縫質(zhì)量。由于超聲波具有良好的定向性和敏感性，可以有效檢測各類表面及內(nèi)部缺陷，特別適用于檢測厚度大、無法使用X 射線透射的工作件[1]。超聲波可以直接、快速地對焊縫進(jìn)行全方位檢測，其檢測結(jié)果能夠直觀反映出焊縫的質(zhì)量狀況，技術(shù)人員需要根據(jù)經(jīng)驗準(zhǔn)確判讀結(jié)果。

超聲波檢測最關(guān)鍵的部件是超聲波探頭。根據(jù)聲束的傳播方向不同，超聲波探頭可以分為直探頭和斜探頭兩類。直探頭會發(fā)射和接收垂直于被檢件表面的縱波，聲束垂直入射。斜探頭中設(shè)置有透聲楔塊，使聲束以一定角度傾斜進(jìn)入被檢件，發(fā)射和接收的均為橫波。圖1 為焊縫縱向缺陷探傷原理。

圖1 焊縫縱向缺陷探傷原理

兩種探頭各有優(yōu)勢，需要根據(jù)具體的檢測要求選用。為了實(shí)現(xiàn)超聲波從探頭有效地傳入被檢件，需要在探頭表面涂抹一層耦合劑。采用直探頭法時，探頭發(fā)射的聲束垂直入射待檢工件表面，而斜探頭法中，聲束以一定傾角（如45°、60°等）入射。根據(jù)不同的掃查方式，可以實(shí)現(xiàn)對焊縫全方位的檢測。常見的掃查方式有鋸齒形掃查、平行掃查和斜平行掃查等。一旦發(fā)現(xiàn)疑似缺陷，可以采用基本掃查方法對其進(jìn)行定位和分析。通過分析檢測儀接收到的回波信號，可以判斷出焊縫存在的各類缺陷，并進(jìn)行危險程度評定。例如，氣孔會產(chǎn)生單峰穩(wěn)定的回波，裂紋回波高且寬，夾渣類似氣孔，但是高度不同。根據(jù)反射波幅的位置和大小，可以判定缺陷的等級。

2.2 渦流檢測技術(shù)

渦流檢測技術(shù)是建立在電磁感應(yīng)定律的基礎(chǔ)上，利用交變磁場在電導(dǎo)體中產(chǎn)生的渦流效應(yīng)進(jìn)行無損檢測。當(dāng)將具有一定電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率的金屬導(dǎo)體置于交變磁場時，導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流即渦流。渦流隨著距離導(dǎo)體表面深度的增加而呈指數(shù)衰減，衰減程度取決于材料的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率以及交變電流的頻率。渦流在遇到導(dǎo)體表面或內(nèi)部缺陷時，其分布和方向會發(fā)生擾動，從而引起參數(shù)變化，通過檢測這些變化可以推斷出導(dǎo)體的內(nèi)部質(zhì)量狀況[2]。渦流檢測可以檢測的最小裂紋為0.5 mm，最大檢測深度可以達(dá)到材料厚度的30%，適用于物體表面曲率變化較大、溫度較高等極端環(huán)境。但是它僅適用于電導(dǎo)率高的金屬，對于非金屬及絕緣涂層的檢測效果較差。同時，該檢測技術(shù)也不能有效檢測垂直于導(dǎo)體表面的缺陷。

渦流檢測系統(tǒng)一般由激勵線圈、檢測線圈和相關(guān)檢測電路組成。激勵線圈產(chǎn)生交變磁場和感生渦流。檢測線圈檢測渦流變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號。檢測線圈檢測到的信號變化主要與渦流密度和相位相關(guān)，渦流密度受到導(dǎo)體的電磁參數(shù)、形狀尺寸、表面缺陷等多種因素影響，相位變化則與線圈的阻抗變化相關(guān)，可以反映導(dǎo)體特性的變化。常見的渦流檢測方式是通過檢測線圈的阻抗變化來判斷導(dǎo)體的性質(zhì)和缺陷情況。渦流檢測可以采用不同的檢測頻率，較高頻率的渦流分布集中在導(dǎo)體表層，適用于檢測表面細(xì)小的缺陷；較低頻率的渦流可以滲透到更深處，用于檢測內(nèi)部缺陷。需要注意，頻率降低會導(dǎo)致檢測靈敏度下降，因此需要選擇合適的頻率以達(dá)到檢測要求。典型的檢測頻率范圍為幾十赫茲至幾兆赫茲。

2.3 射線檢測技術(shù)

射線檢測技術(shù)利用射線（X 射線或γ 射線）的穿透性檢測焊縫的內(nèi)部質(zhì)量，是一種重要的焊縫無損檢測技術(shù)。當(dāng)射線經(jīng)過不同厚度或不同密度的材料時，吸收和散射的射線量不同，從而引起射線強(qiáng)度衰減的差異。檢測時利用此原理，通過分析檢測體（焊縫）使射線衰減的情況，可以判斷焊縫內(nèi)部是否存在缺陷。具體來說，X 射線波長為0.01～10 nm，γ 射線波長小于0.01 nm，都屬于短波電磁輻射，具有很強(qiáng)的穿透力。相比其他無損檢測手段，射線檢測具有檢測深度大（可達(dá)150 mm)、識別缺陷類型多、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合檢測焊縫根部和焊趾部分的質(zhì)量。常用的射線源包括192Ir、60Co、光電子加速器等。檢測時，根據(jù)需要也可以通過改變射線參數(shù)來獲得最佳效果[3]。射線檢測技術(shù)應(yīng)用廣泛，特別適合對接頭部位和復(fù)雜形狀焊縫進(jìn)行檢測，如橋梁、儲罐、管道等重要焊縫的無損檢測，其被廣泛用于檢測電廠鍋爐、壓力容器、石油儲罐、金屬結(jié)構(gòu)和管道等工業(yè)設(shè)備的焊縫質(zhì)量。

射線檢測的基本步驟如下。第一，使用X 射線機(jī)或γ 射線裝置，控制射線方向與焊縫保持10°～45°，對準(zhǔn)焊縫照射。第二，在焊縫另一側(cè)放置照相膠片或其他探測介質(zhì)，記錄射線穿過焊縫后的信息。第三，將曝光后的膠片/探測介質(zhì)進(jìn)行化學(xué)處理，如顯影、定影等，獲得顯示焊縫內(nèi)部情況的圖像。第四，分析圖像，根據(jù)明暗不同的區(qū)域判斷是否存在缺陷，并進(jìn)行分類定級。第五，保存檢測記錄，必要時對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

2.4 滲透檢測技術(shù)

滲透檢測技術(shù)是一種無損檢測技術(shù)，其檢測原理基于液體在材料表面的滲透和吸附作用。當(dāng)液體滲透劑接觸到材料表面時，會滲入表面的微細(xì)裂紋或孔隙。如果存在缺陷，那么滲透液會聚集在缺陷處，通過后續(xù)的顯影和觀察來判斷材料的質(zhì)量。滲透檢測技術(shù)的主要優(yōu)勢在于操作簡便、成本低廉，對于檢測疏松結(jié)構(gòu)和表面開口性缺陷具有非常好的靈敏度。但是，這種技術(shù)也存在一定局限性。例如，滲透檢測技術(shù)無法檢測深層和閉口性缺陷，而且對多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的檢測效果不佳。滲透檢測技術(shù)在焊接檢測中應(yīng)用廣泛，可以用于檢測焊縫表面及近表面開口性缺陷，如裂紋、夾渣、未熔合等。該檢測技術(shù)普遍用于快速篩查焊接件的表面質(zhì)量，也可以與其他檢測技術(shù)聯(lián)合使用，以提高檢測質(zhì)量。在進(jìn)行滲透檢測前，需要規(guī)范焊接程序，保證焊縫形狀規(guī)范、表面質(zhì)量良好。

滲透檢測技術(shù)的具體檢測步驟如下。首先，需要充分清洗被檢材料表面，去除各種污垢、油脂等，以保證后續(xù)滲透液能夠良好滲透。其次，在被檢表面均勻涂抹滲透劑，確保缺陷部位可以充分滲透。常用的滲透劑包括著色滲透劑、熒光滲透劑等。涂抹后的滲透時間需要控制在10 min 以上，以保證滲透劑可以有效滲入缺陷[4]。再次，滲透完成后需要及時清洗表面殘留的滲透劑?？梢圆捎们逅疀_洗，并控制一定的水壓，以避免損傷被檢材料。最后，進(jìn)行觀察和判斷。使用著色滲透劑時，可以直接目視觀察染色情況，而使用熒光滲透劑則需要在紫外線照射下觀察。

2.5 磁粉檢測技術(shù)

磁粉檢測技術(shù)能夠有效檢測出金屬材料表面和近表面的缺陷。其檢測原理是在待檢材料表面施加足夠強(qiáng)度（通常為500～2 000 A·m-1）和適當(dāng)方向的磁場，材料表面存在缺陷時，磁場在缺陷處會發(fā)生扭曲和漏磁現(xiàn)象，在該區(qū)域涂布磁性磁粉液，磁粉會聚集在磁場扭曲區(qū)域，從而顯示材料表面的缺陷[5]。與其他檢測方法相比，磁粉檢測技術(shù)具有操作簡便、檢測速度快（可在1～2 min 內(nèi)完成）、靈敏度高（可檢出0.1～0.5 mm 細(xì)小缺陷）、直觀顯示結(jié)果等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于大范圍快速掃查金屬表面缺陷。

磁粉檢測技術(shù)已經(jīng)在石油化工、電力、航空、船舶和汽車等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。例如，對焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行磁粉檢測，可以有效發(fā)現(xiàn)焊縫表面裂紋（長度≥0.5 mm）、氣孔（直徑≥1 mm）、夾渣、未熔合等缺陷，評估焊接質(zhì)量。此外，磁粉檢測技術(shù)還可以用于壓力容器、化工管道的破損和腐蝕檢測，發(fā)動機(jī)曲軸、車軸等關(guān)鍵部件的質(zhì)量控制，以及鋼結(jié)構(gòu)抗疲勞強(qiáng)度分析等。

磁粉檢測主要包括以下6 個步驟。第一，對待檢部位進(jìn)行表面處理。需要將表面清理干凈、打磨平整，要求表面粗糙度不大于6.3 μm，并去除表面油污、銹蝕等，以保證檢測效果。第二，在待檢區(qū)域施加足夠強(qiáng)度和適當(dāng)方向的磁場。常用的磁化方法包括余磁法、電磁法、永磁法等。第三，均勻涂覆磁性磁粉液。常用的磁粉有氟磁粉（粒徑5～50 μm)、黑油磁粉（粒徑3～5 μm）等，磁粉量通常為40～60 g·m-2。第四，聚集并固定磁粉。在磁場作用下，磁粉會聚集在缺陷處形成磁粉印記，可以用強(qiáng)度為1 000～1 500 lx 的白光照射促使磁粉固定。第五，觀察并評定磁粉印記類型、大小和分布，判斷缺陷的位置和性質(zhì)?？梢圆捎媚恳暬?0～25 倍放大鏡進(jìn)行觀察。第六，記錄并保存檢測結(jié)果。檢測結(jié)束后，將表面殘留磁粉清除干凈。

3 結(jié)語

新型無損檢測技術(shù)在焊縫缺陷檢測中的應(yīng)用越來越廣泛。各種無損檢測技術(shù)具有不同的優(yōu)勢，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選用最佳的檢測技術(shù)或多種技術(shù)結(jié)合，以提高檢測質(zhì)量和效率。同時，應(yīng)加強(qiáng)研發(fā)新型無損檢測技術(shù)，不斷優(yōu)化檢測程序，提高檢測的自動化和智能化水平。這樣不僅能夠提高鋼結(jié)構(gòu)橋梁的安全性和可靠性，也將推動無損檢測技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。