焊接質量的超聲波探傷無損檢測探析

曾琛翔

（中國神華能源股份有限公司國華惠州熱電分公司，廣東 惠州 516082）

1 超聲波探傷無損檢測焊接質量的原理

超聲波探傷無損檢測的原理是利用聲波在焊接口的傳播，通過回收聲音的回波來判斷焊接質量的一種檢測方式。這種檢測方式因為不需要直接的接觸，而且也不屬于破壞性檢測，所有現在很多的焊接質量檢測都用超聲波檢測，比如長距離輸油管道的焊接質量檢測、薄板鋁合金的焊接質量檢測、鋼結構的焊接質量檢測等。

超聲波探傷無損檢測在不同的介質中傳播的形式有所區別，我們知道聲波在空氣中衰減很快，這也是為什么我們說的話傳不了很遠。所以超聲波檢測需要使用油或者水作為介質，通過收集在介質中反射或者透射的聲波，轉換成在示波器中的波形顯示，再通過波形的波長、反射時間等信息判斷被檢測材料是否存在焊接質量問題。

因為超聲波探傷檢測方式十分的方便、簡單，而且檢測后不會對被檢材料產生任何影響，是一種方便快捷安全的檢測方式，目前已經應用在各大領域。

2 超聲波探傷無損檢測焊接質量的檢測方法

2.1 穿透法

穿透法顧名思義就是通過聲波的穿透來進行檢測。通過聲波發射設備對被檢測物品發射脈沖波，脈沖波會持續作用在被檢測物品上，然后在被檢物品的另一邊需要放置接收設備接收穿透過去的聲波[1]。

穿透法是根據聲波在不同介質中的傳播特性不同來進行判斷，原理相對簡單，只需要將被檢測物品放置在兩個探頭中間即可，兩個探頭一個發射一個接收，再通過示波器進行分析即可。

2.2 脈沖反射法

脈沖反射法相較于穿透法區別不大，穿透法是接收穿透被檢測物品的脈沖波，脈沖反射法是接收作用于被檢測物品的脈沖波的反射波。這種檢測被檢物品的方法還有個名稱叫缺陷回波法。同樣后續也需要通過儀器的分析才能進行判斷。

2.3 共振法

共振法有些不一樣，產生聲波的位置在被檢物品的內部，主要適應于管道等被檢物品，因為聲波波長是被檢物品的固定整倍數時，發射出來的聲波會產生共振，這時候通過儀器的檢測能夠確定被檢物品是否存在焊接質量問題，同時能確定有質量問題的準確位置。

2.4 TOFD法

TOFD法相對來說更加的復雜。TOFD法需要在某個環境內布置多個探頭，分別進行脈沖波的發射和接收。然后再將被檢測的物品放置到這個環境中，所有的脈沖波在經過被檢測物品時會產生穿透、反射、衍射等一系列的動作，通過對儀器對這些波形的分析，就能確定被檢測物品的焊接質量以及出現焊接質量問題的位置。

TOFD法對于缺陷的檢測更加全面和準確，相較前面幾種方式更加可靠，對于焊接質量問題的走向并不敏感。所以該檢測方法在比較重要的零部件檢測中使用較多。

3 超聲波探傷無損檢測焊接質量的注意事項

3.1 技術要求

超聲波探傷無損檢測焊接質量的方法需要有一定的技術要求，在進行檢測之前，檢測人員需要根據被檢測物品的結構及設計圖紙、焊接圖紙進行分析，了解其可能存在的問題及位置，分析探頭放置的位置，檢測過程中還需要遵守相關的國家標準規定進行操作。

除此之外，還要排除其他的因素的干擾。第一是檢測人員的干擾，檢測人員一定要在熟悉設備、檢測步驟之后才能實際進行操作；第二是檢測材料的干擾，比如在耦合劑的選擇中，不能對被檢物品產生影響，并且檢測完成后還要便于清理；第三是檢測環境的干擾，所有的檢測必須在空曠安全的環境中進行，狹小的環境會嚴重影響接收到的脈沖波，另外，現場的管理必須有條不紊，不能出現步驟錯亂或者人員資質不齊的情況[2]。

超聲波檢測時一項技術較高的高精檢測，對于人員、環境、技術的要求相對較高，檢測人員的高素質，檢測流程的透明有序和檢測環境的規范都能使檢測結果更加科學有效。

3.2 使用要點

在進行超聲波探傷無損檢測焊接質量時有兩個需要特別注意的要點，一個時檢測的焊縫長度，還有一個是探傷的時機。

先說說焊縫的長度，在進行檢測時要根據實際的焊縫長度計算確定好需要檢測的焊縫長度，避免出現焊縫過長時檢測的比例不夠導致檢測不完備。同時，檢測時的焊縫長度不得小于200mm，對于小于200mm的焊縫檢測結果準確性會降低。如果在檢測的過程中發現了被檢測的物品存在焊接質量問題時，要延長檢測的長度，但是整體的比例還是要維持在一定的比例內[3]。

另一個是檢測的時機，因為焊接是在高溫下進行的，溫度對于材料有一定的影響，比如對碳素鋼進行檢測時，一定要在碳素鋼自然冷卻后，并且在室溫的條件下維持12小時才能進行檢測。這樣檢測的結果更加符合實際的情況。

3.3 儀器校準

另一個對檢測結果有重大影響的是儀器的準確程度，儀器的校準又分為兩個方面，一方面是儀器本身的準確度校正，另一方面是對于被測物品影響檢測結果的存在需要進行清理。

儀器本身的校準是檢測前必須經過的重要一步，檢測前先對儀器的曲線進行檢測，從垂直和平行兩方面的數據看曲線是否正確，精確度是否正確。如果存在偏差需要進行修正，一定要保證在檢測前，儀器的曲線和精度都是正確的。

除了儀器的準確外，還有探測面和被檢測物品也存在影響檢測結果的存在。儀器探測面整體的粗糙程度一定要和被檢測物品的粗糙程度基本一樣。另外，被檢測物品表面影響檢測結果的如一些銹蝕和未清理的焊渣等，也要在檢測前及時清理，減少影響檢測結果的因素，提高檢測準確度和精度。

4 超聲波探傷無損檢測焊接質量的主要檢測內容

4.1 氣孔檢測

氣孔是焊接中最容易出現的焊接質量問題，簡單說就是焊縫中存在像蓮藕一樣的孔洞，形成的原因還有很多方面。主要是焊條的質量、焊接時焊接師傅的手藝、焊接時電流的大小、以及焊完之后冷卻烘干的條件等，這些方面都是會影響氣孔的產生。在檢測的過程中怎么判定氣孔呢？如果是單個的氣孔，在脈沖波的反射中反應會很明顯，反射波的幅度比較大，而且能夠穩定存在。對于氣孔，無論從哪個方向去探傷，最后形成的波形大體差不多，但是一旦移動探頭去探測，波形基本就會消失。除了單個的還有一些焊縫中也會出現較為密集的一連串氣孔，在一連串的氣孔中，脈沖波的反射不再是一個簡單的波形，而是一簇反射波，波形幅度時由氣孔的大小而決定的。如果這個時候將探測的探頭原地旋轉，我們可以看到波形會此起彼伏。

氣孔的存在會使得金屬不再是緊密的排列，會加快金屬的銹蝕，影響金屬的使用壽命，同時，本應該是金屬的地方變成了空氣，降低了材料的機械性能，無法承受更高強度的拉伸。所以在焊接的時候一定要注意，使用優質的焊條、調節好焊接電流不要產生過大的電弧、焊完之后的材料按照材料的要求進行冷卻和存放、對于被焊接的材料焊接前要進行焊口、坡口的清理等。

4.2 夾渣檢測

夾渣也是焊接中經常出現的質量問題，焊接產生的焊渣在焊接的過程中被焊接到了材料中，會影響到材料的性能。產生夾渣的原因主要是焊接時速度過快，導致焊渣還沒有出來就被焊進去了。在多層焊接時，因為前一層的焊縫清理的不徹底，下一層焊接時也會把上一層的焊渣焊進去。

在超聲波的檢測中，焊渣是怎么被檢測到的呢？焊渣主要有兩種，一種是零星的焊渣，一種就是長條形的，這兩種焊渣對應的波形也是不一樣的。零星的焊渣波形跟氣孔波形相近，長條狀的焊渣反射的波形是有點參差不齊，像鋸齒。當探頭進行微小的移動時波形也會隨著變化。

夾渣也會影響到材料的機械性能，因此要盡量避免夾渣的產生。在焊接的過程中，應該選擇合適的焊接電流，避免過大過小，同時在進行坡度處理的材料上，坡度盡量處理的大一些，給材料的對接留出足夠的余地，如果要進行幾層的焊接，每一層必須處理完焊渣之后才能進行焊接。

4.3 裂紋檢測

裂紋出現的原理其實就是熱脹冷縮，出現裂紋的原因有兩個，一個是冷裂紋，就是指在冷卻的時候，由于材料會隨著溫度下降產生拉力，導致焊縫裂開。另一個是熱裂紋，熱裂紋的產生是由于在焊接的時候受熱不均勻導致產生的裂紋。

在檢測的過程中，裂紋產生的波形和夾渣、氣孔的波形有明顯的區別。在儀器顯示中波幅很高，而且存在很多的峰值點，出現波動的范圍明顯更寬。當移動探頭時，波形也會發生明顯的變化[4]。

裂紋的存在是焊接質量的重大問題，在焊接的過程中要注意遵守焊接的流程規范，冷卻也要按照要求進行冷卻，不能使用一些其他辦法加速冷卻，這只會加重裂紋的產生。

5 總結

本文探析了超聲波探傷無損檢測焊接質量的原理、方法、注意事項和檢測內容，超聲波探傷無損檢測的原理就是聲波在不同介質中的傳播速度不一樣；檢測的方法有透射法、反射法、共振法和TOFO法；在檢測的過程中需要按照要求進行操作，開始檢測前要對儀器進行校準；超聲波探傷檢測的主要內容是焊接質量最普遍的問題：氣孔、夾渣和裂縫。