芻議金屬材料焊接中超聲無損檢測技術

顧 強，杜仁碩

（重慶市計量質量檢測研究院，重慶 402260）

隨著科學技術的快速發展，超聲無損檢測技術的應用日趨廣泛，技術應用過程中的自動化處理、數字化統計、智能化分析也受到各界高度重視。為保證超聲無損檢測技術更好服務于金屬材料焊接，正是本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在。

1 超聲無損檢測技術應用要點

1.1 常用技術形式

超聲無損檢測技術可細分為多種形式，如直接接觸縱波脈沖反射法、液浸法、電磁超聲無損檢測法均屬于其中代表。直接接觸縱波脈沖反射法在應用中需采用耦合介質使檢測材料表面與超聲探頭直接接觸，在兩種介質交界面處入射的超聲波能夠發生反射，檢測可基于該原理完成。為保證超聲波的發送和接收能夠由探頭向被測對象有效完成，需設法規避聲能全部反射情況，檢測前需要排除干凈接觸層間的空氣，一般需要將非常薄的耦合劑設置在探頭和被測對象間，以此排除干凈空氣。耦合劑的性能、探測表面的平行度和光潔度會直接影響檢測結果，如存在粗糙的材料表面，應開展表面清理工作，保證被接觸面與探頭相互吻合，提升檢測效果。對于負責傳遞超聲波能量的耦合劑，需選用具備無害、高聲阻抗、無腐蝕性等特點的耦合劑，如甘油、硅油、純凈水等；液浸法同樣屬于常用的超聲無損檢測技術，基于一定距離液體耦合層，探頭發射超聲波的反射會出現于液體表面與被檢測材料交界處，同時被檢測材料中存在入射的但部分聲能，如缺陷在被檢測材料中產生，傳到底面時的一部分聲能會發生反射。由于被檢測對象與探頭不需要直接接觸，液浸法應用過程中存在較為穩定的超聲波接收和發射；電磁超聲無損檢測法在超高溫、超低溫等環境下的應用較為廣泛，該技術形式存在不同的超聲波激發方法，超聲波通過電磁場激發而非壓電晶片激發，這使得其在應用中無需使用耦合劑，因此電磁超聲無損檢測法能夠開展非接觸式檢測，能夠提高探頭掃描效率，在耦合劑凍結和揮發的環境下也能夠實現較好應用，不會因不均勻耦合劑出現測量誤差。輔以不同的磁鐵和線圈，電磁超聲無損檢測法可實現不同的超聲波模式，如水平橫波模式，更加便捷、多樣的金屬材料焊接無損檢測可由此實現[1]。

1.2 技術應用方向

在金屬材料焊接領域，超聲無損檢測技術的應用主要體現在三個方面：第一，宏觀缺陷檢測。材料厚度均勻情況、材料表面粗糙程度等肉眼可見的缺陷被稱作宏觀缺陷，焊接后較低熔點金屬出現的熔融物墜落也屬于宏觀缺陷范疇。在超聲無損檢測技術應用中，這類缺陷能夠快速、準確鎖定，工件的精密度要求能夠更好滿足，金屬材料焊接質量也能夠更好得到保障；第二，微觀缺陷檢測。肉眼無法看到的缺陷被稱作微觀缺陷，焊接溫度過高、焊接材料與技術選擇不當均可能導致金屬材料微觀形態結構受到影響，進而導致產品質量下降，有氧情況下金屬在焊接過程中產生的粉末形式氧化物也會引發質量問題，這類問題均可通過超聲無損檢測技術及時發現；第三，材料材質缺陷檢測。金屬材料本身存在的質量缺陷也會影響焊接后產品質量，這類缺陷同樣可通過超聲無損檢測技術及時發現，如在焊接前明確金屬材料雜質情況，即可避免焊接牢固性受到雜質影響[2]。

1.3 技術應用要點

為保證超聲無損檢測技術更好服務于金屬材料焊接檢測，以下三方面技術應用要點同樣需要得到重視：第一，明確檢測要點。焊接材料的制作工藝、用途、理化性質直接影響焊接方法的選擇，超聲無損檢測技術的應用方案需結合焊接方法特點，這直接關系著技術應用針對性。在具體實踐中，需結合相關技術標準，并合理客觀評價焊接質量。以存在偏低熔點的金屬為例，這類金屬的焊接很容易在表面形成由融化金屬組成的金屬瘤，這會導致粗糙度增加的金屬表面產生，金屬美觀性也會受到直接影響，因此需重點圍繞金屬瘤開展超聲無損檢測；第二，科學安排檢測時間。對于存在較高耗能的超聲無損檢測技術，為控制檢測成本，檢測時間的合理安排也需要得到重視。檢測人員需要深入研究金屬材料焊接流程，考慮到一般無需開展全程檢測，因此必須結合焊接和檢測經驗，重點關注容易出現問題的環節和部位開展針對性檢測，焊接質量可由此結合焊接進度開展檢測，金屬材料焊接問題檢出率也能夠得到保障，因此檢測時間需結合具體焊接情況科學安排；第三，強化焊接人員與檢測人員的交流。不同金屬材料在焊接過程中出現的變化不同，因此超聲無損檢測技術的應用必須隨之變化，必要時還需要配合應用其他檢測技術，以此降低材料自身晶粒度、幾何形貌等因素帶來的影響。因此，在開展超聲無損檢測的全過程，檢測人員與焊接人員必須強化彼此溝通，以此明確焊接流程和方法，保證定量和定性分析能夠在檢測前開展，提升檢測技術與焊接施工的匹配性，準備工作也能夠更好開展。具體檢測過程中需緊跟焊接進度，對于臨近結束的焊接環節，檢測人員需及時做好準備，保證檢測和施工效率。檢測結束后還應聽取焊接人員的分析和意見，以此更好為焊接工作提供支持[3]。

2 超聲無損檢測技術的具體應用

2.1 雙梁門式起重機焊接特點

為提升研究的實踐價值，本文以雙梁門式起重機焊接過程中的超聲無損檢測技術應用作為研究對象，該設備由門架、渣土翻轉機構、小車、大車運行機構、電氣設備等組成，常用于地鐵等工程建設。受施工現場工況復雜、本身承載重量大影響，雙梁門式起重機存在尤為嚴格的安全性要求。門架為雙梁門式起重機的主要承載件和骨架，翻轉掛鉤屬于關鍵性執行機構，用于大噸位渣土傾倒。門架主要構成包括支腿、端梁、主梁、下橫梁，角焊縫和對接焊縫屬于主要焊縫形式，作業環境、焊接工藝科學性、設備使用、原材料質量、操作人員水平等多方面因素均會對焊接質量造成影響，如引發未焊透、未熔合、氣孔、夾渣、裂紋等焊縫缺陷，雙梁門式起重機的使用性能會受到負面影響，一旦雙梁門式起重機關鍵部件存在焊接缺陷，如主梁、支腿、端橫梁、翻轉掛鉤等部位，施工安全性將受到嚴重威脅。

2.2 超聲無損檢測技術的應用要求

除超聲無損檢測技術外，磁粉、射線等技術也可以用于雙梁門式起重機焊接檢測，但結合實際情況，案例工程選擇了超聲無損檢測技術用于檢測探傷，以此保起重機焊接質量不低于規范要求的1級，門架中主梁、腹板和翼緣板（支腿和下橫梁受拉區）對接焊縫表面質量需達到B級。在對翻轉掛鉤進行超聲無損檢測的過程中，需圍繞未焊透、未熔合、固體夾雜、裂紋、氣孔等缺陷開展，保證這類缺陷不超過規定當量。通過對焊接過程這種可能出現的缺陷進行超聲無損檢測，同時實現定量、定位、定級、定型，焊縫返工也能夠獲得充足依據，焊接施工質量能夠更好得到保增長。超聲無損檢測技術在雙梁門式起重機焊接檢測中的應用存在操作簡單、成本低廉、實用性高等優勢，在未熔合、裂紋等缺陷的檢測中具備較高靈敏度。為保證超聲無損檢測技術較好用于雙梁門式起重機焊接檢測，需配備超聲波檢測儀、耦合劑、試塊、探頭、機械掃查裝置等器材與設備，具體采用直接接觸縱波脈沖反射法進行檢測，檢測用超聲波檢測儀具備與PC機通訊功能，通過USB通訊接頭可向PC機上傳系統設置參數和測量數據，探傷報告生成等進一步處理能夠順利實現，依托鋰電池，輕小便捷的超聲波檢測儀能夠長時間連續工作，雙梁門式起重機焊接檢測需要得以更好滿足。

2.3 超聲無損檢測技術的具體應用

在應用超聲無損檢測技術前，需結合焊接設備情況、焊接人員具體水平、雙梁門式起重機檢測部位、焊接現場環境開展綜合分析，以此圍繞雙梁門式起重機的典型角焊縫和對接焊縫進行分析，科學編制超聲無損檢測工藝，工件、探頭參數、要求技術、驗收標準、探頭位置、焊接方法、試塊種類、檢測靈敏度、檢測比例、坡口形式、檢測時機等信息均需要明確。以主梁腹板對接焊縫為例，作為關鍵的門架結構組成部分，其直接影響雙梁門式起重機的安全性和穩定性。對于由3節組成的主梁來說，存在15-20m的每節長度，受標尺鋼板長度不足影響，需要進行拼接施工，主梁的腹板、上下蓋板允許拼焊，而結合規范標準要求，為保證焊縫無缺陷，需依托超聲無損檢測技術開展針對性檢測，保證焊縫質量滿足1級要求，應在板材拼接焊接完成后進行檢測，采用鋸齒形、斜平行的掃查方式，儀器型號、探頭型號應分別選擇PXUT-350C、2.5P13×13K2，以機油為耦合劑，按照深度1:1進行掃描線調節，需圍繞清除焊接飛濺的露出金屬光澤表面進行檢測。在翻轉掛鉤面板對接焊縫的超聲無損檢測過程中，翻轉掛鉤的長度為8m，且屬于關鍵零部件，對于其允許拼焊的面板，為保證焊縫質量滿足1級要求，可采用與主梁腹板對接焊縫相同方法進行檢測；在雙梁門式起重機角焊縫的檢測過程中，需關注縱向角焊縫，如主梁上下蓋板與腹板間的焊縫，一般存在8mm的焊縫高度，為保證其無缺陷且滿足1級要求，應基于上述設置適當調整探頭類型和檢測位置，以此保證超聲無損檢測技術的有效應用。

3 結論

綜上所述，金屬材料焊接中超聲無損檢測技術存在較高應用價值。在此基礎上，本文涉及的技術應用方向、技術應用要點、超聲無損檢測技術的具體應用等內容，則提供了可行性較高的超聲無損檢測技術應用路徑。為更好服務于金屬材料焊接質量控制，超聲無損檢測技術的應用還需要關注新型焊接技術的發展、焊縫信息干擾的應對、智能化焊縫檢測的探索。