无损检测技术在焊接检验中的应用

李涛

摘 要：无损焊接技术的应用，对于焊接检验意义重大，一方面它提高了焊接检验的准确性以及工作效率，另一方面促进了焊接检验技术的进一步发展。文章描述了无损检测技术的发展情况，并对无损检测技术在焊接裂纹检测中的应用做了详细的阐述，以期能够促进无损技术的进一步发展以及焊接检验的进步。

关键词：无损检测；焊接检验；应用

现代科学技术的进步，为无损检测技术的发展奠定了基础，随着各种常规无损检测技术的不断改进，各种技术彼此之间相互借鉴，实现优势互补，使得无损检测技术的发展更加快速，在实际焊接检验中的应用，也更加广泛。

1 无损检测技术概述

无损检测的实质是，不损害被检测对象的结构、性能，利用材料具有的特殊结构或特点所引起的物理反应的变化，如光、热、电等方面，达到对其进行检测的目的。无损检测技术实际上一门跨学科的检测技术，他对于对象的检测要依靠一些技术，分析材料构建内部的物理变化，确定缺陷的存在，无损检测的发展经历了三个阶段，已由无损检查（NDI）经无损检测（NDT）、材料的无损表征（NDC）发展到无损评估（NDE）。

目前五大常规无损检测方法有：射线检测（RT）、超声检测（UT）、磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）、涡流检测（ECT）。

焊接，是一种特殊的物理冶金过程。现代焊接无损检测，主要是对焊接过程中，对影响焊接构建质量的因素进行检测。焊接过程中，影响焊接质量的因素比较多，除了焊接工艺、焊接设备，还有冶金因素、残余应力的影响，使得焊接构件产生不同程度、不同类型的缺陷，对其使用性能以至寿命产生不利的影响。

2 无损检测技术在焊接裂纹检测中的应用

2.1 射线检测（RT）

作为五大常规无损检测方法之一的射线检测（RT），在工业上有着非常广泛的应用。

工件局部区域存在缺陷，它将改变物体对射线的衰减，引起透射射线强度的变化，这样采用一定的射线检测方法，利用胶片感光，来检测透射线强度，就可以判断工件中是否存在缺陷以及缺陷的位置、大小。射线检测由于有底片图像，检测结果比其他检测方法显示直观，检测结果可长期保存，检测技术和检测工作质量可以自我监督，适用于体积型缺陷。

目前有射线检测常用的有：X射线和γ射线（Ir192、Se75、Co60等），射线检测裂纹灵敏度较高的是X射线和γ射线（Se75）。

射线检测影响裂纹检出率的主要因素：开口宽度平；裂纹与射线束的角度β。检出裂纹的能力主要取决于裂纹自身关键参数中的开口宽度W，以及裂纹与射线束的角度θ。裂纹的自身高度d和所使用的透照参数也是重要因素。一般来说，开口宽度小的裂纹在任何情况下均不大可能被检出，除非是在很薄的试件中。开口宽度为0. 025mm数量级的裂纹可检出的最大倾角为10°，这还取决于裂纹自身的尺寸和形状。在使用γ射线检测时需注意使入射的射线与裂纹方向保持平行；当γ射线方向与裂纹倾抖时，会使裂纹影像变宽、颜色变淡；裂纹面与射线近乎垂直时、缺陷很难被检刚出来“常见的焊接裂纹影像一般呈折线条或略带据齿状的细纹，轮廓分明，两端尖细且颜色较淡，中间稍宽且颜色较深，有时出现树枝状影像，可在胶片上观察焊接裂纹。由于X射线对人体有害，必须采取有效的安全保护措施。

2.2 超声波检测

超声检测（UT）也是五大常规无损检测方法之一。超声波传播到金属与缺陷的界面处时，就会全部或部分反射，接收器可对反射波进行分析，就能异常精确地测出缺陷来，并且能显示内部缺陷的位置和大小，测定材料厚度等。

脉冲反射检测法通常用于锻件、焊缝等的检测。可发现工件内部较小的裂纹、夹渣、缩孔、未焊透等缺欠。被检测物要求形状较简单，并有一定的表面光洁度。

超声检测法的优点是：穿透能力较大，对面积型缺陷如裂纹、夹层等，检测灵敏度较高，并可测定缺陷的深度和相对大小；超声检测的适应性强、对人体无害、适合于户内外环境作业。缺点是：不易检查形状复杂的工件，要求被检查表面有一定的光洁度，并需有耦合剂充填满探头和被检查表面之间的空隙，以保证充分的声耦合。对于有些粗晶粒的铸件和焊缝，因超声波在材料中传播时受金属组织体积（特别是晶拉大小）的影响很大，易产生杂乱反射波而较难应用，不适用于检测焊缝存在各向异性、组织粗大的奥氏体不锈钢焊接件。超声检测对检验人员要求较高，须有一定经验的人员来进行操作和评定检测结果。

2.3 磁粉检测（MT）

磁粉检测主要应用于检测铁磁性材料和工件表面或近表面裂纹。其具有敏感度高、方便操作等优点，但是随着材料内部缺陷的的深度增加，敏感度发生变化。对于材料检出率降低。因此，磁粉檢测技术，若是应用于特厚的钢板，或是焊接性能较差的钢种，焊接过程中应该多次检验，以保证焊接的每一层都没有裂纹等问题。另外，为了保证检测质量，在进行磁粉检测前，要确保检测区域的清洁，对焊缝区、热影响区的表面污垢等，使用干粉或者清洗液进行处理，避免这些污垢对检测结果造成影响，清洗后等焊缝干燥在进行磁粉检测。

2.4 渗透检测（PT）

区别于磁粉检测，渗透检测的范围，不仅仅局限于焊接件的表面开口裂纹，其渗透性可以对其他材料如奥氏体钢等进行检测。渗透检测技术同样具有灵敏度高、操作简便等优点，但是其渗透性的使用，要求其在检测前在被检测材料的表面涂抹渗透剂。值得注意的是，渗透剂涂抹过程要均匀，这样才能保证检测效果的准确无误差，渗透剂的涂抹一般选择刷涂法或喷罐法，在刷涂前首先要确保材料表面清洁，没有污渍。涂抹均匀之后，等待渗透剂渗入，针对不同的材料、涂抹方式以及渗透剂的种类、温度等，渗透时间不尽相同，适当一般在一小时以上，才能保证检测效果。另外，要根据实际情况，适当的调整渗透时间。比如，在外界温度较低的情况下，适当延长渗透时间，外界温度如果比较高，渗透时间的调整相对较短的间隔。（如：NB/T47013.5中规定：渗透剂的温度和工件表面温度应该在5℃～50℃的温度范围，在10℃～50℃的温度条件下，渗透剂持续时间一般不应少于10min；在5℃～10℃的温度条件下，渗透剂持续时间一般不应少于20min或者按照说明书进行操作。当温度条件不能满足上述条件时，应进行非标准温度的对比试验。）干燥时间通常为5min～10min。焊缝检测推荐的显像时间一般不小于10min，且不大于60min。渗透检测的特点决定了它具有检测结果较为直观的优势。其不足之处在于，材料表面的粗糙度往往影响渗透，从而对缺陷的检出率难以把握。

2.5 涡流检测（ECT）

涡流检测，顾名思义，就是采用多频涡流或脉冲涡流对材料进行检测。涡流检测具有其他检测技术所不具备的优势，即检测过程不用去除表面涂层。但是涡流检测要求探头垂直于被检工件，才能保证检测结果不被其他信号干扰，然而实际检测过程不能完全做到这一点，所以检测结果往往存在误差。除此之外，焊缝表面高低不平和热影响区表面的不清洁等，都容易对绝对式探头的磁导率产生影响。但是随着技术的发展，科研技术逐渐克服探头不垂直甚至摇摆对检测结果的影响，研发出基于复平面分析的金属材料焊缝涡流检测技术，使得涡流检测技术应用到多方面。

2.6 无损检测新技术

无损检测新技术指的是最新研发的用于焊接检验的红外热波、激光全息和微波检测技术。这三种技术可以针对不同的焊接材料、不同的焊接类型进行针对性的检验。比如，红外热波技术用于焊缝表面垂直并完全闭合的裂纹进行检测；激光全息干涉测量技术的应用更加广泛，技术更加先进，它的检测过程完全避免了探头于焊接零件的接触，并且打破了其他几种检测技术的局限性，对构件表面的粗糙度、缺陷的深度、构件的形状等完全没有要求，检测结果不受这些因素的影响，结果准确率高。目前，激光全息技术已应用于印制电路板内的焊接接头、压力容器焊缝质量的检测。微波检测，顾名思义，以微波为载体，对焊接材料进行检测。微波在检验结果、检验的范围上扩大了，它除了用来定位工件内的裂纹，还可以测定裂纹的尺寸。以上三种技术，是目前应用最为广泛的无损检测技术，并且随着科学技术的发展，客观因素、条件等对检测技术的影响越来越小，科研人员甚至可以打破各项技术的局限性，对多种检测技术进行融合，实现优势互补。

3 结束语

除了上述几种检测方法技术以外，其他检测技术还包括：声发射检测（AE）、衍射时差法超声检测（TOFD）、漏磁检测（MFL）等。这些检测技术方法都有各自的优势与不足，因此检测技术的使用过程中，要注意方法，尽量针对不同的焊接材料、焊接设备选择合适的检测技术，例如，超声波方法不适用于检测焊缝存在各向异性、组织粗大的奥氏体不锈钢焊接件，会对检测结果有一定的影响；渗透检测在检测前要对材料表面的进行清洗等。endprint