探析機械工程中的焊接無損檢測技術

胡凱明

（濱州醫學院附屬醫院，山東 濱州 256600）

0 引言

焊接是機械工程領域中非常重要的加工方法，但是受到各種因素影響，焊接接頭往往存在缺陷，這些缺陷可能會導致焊接接頭的強度和穩定性下降，從而影響整個機械設備的使用壽命和安全性。因此，在機械工程中采用無損檢測技術對焊接接頭進行質量檢測具有重要的意義。本文將介紹焊接無損檢測技術的重要性、機械工程中常見的焊接結構問題以及無損檢測技術的應用策略。

1 無損檢測對機械工程焊接質量的重要性

機械工程中焊接是一種常見且重要的加工方式，其應用范圍廣泛，如航空航天、汽車制造、交通運輸等領域。而焊接質量的好壞直接影響到機械工程設備的運行安全和使用壽命，因此對焊接質量的檢測、評估和控制顯得尤為重要。而無損檢測技術作為一種非破壞性的檢測手段，已成為焊接質量檢測的重要方法之一。具體來說，其重要性主要體現在以下4 個方面。

（1）無損檢測主要利用物理檢測原理，檢測設備無須接觸材料表面，可以有效檢測和診斷焊接件內部的缺陷，比如裂紋、夾雜、殘余應力等問題。這些因素都會嚴重影響焊接件的性能和使用壽命，如果不及時發現并采取措施，可能會導致機械設備失效或發生事故。

（2）相比于傳統的檢測方法，無損檢測具有快速、高效、不易破壞樣品等優點。通過無損檢測技術，可以避免拆除設備、切割樣品、進行化學分析等煩瑣的操作，從而節約時間和資源，降低成本。

（3）通過無損檢測，可以全面檢測焊縫的質量和性能，并及時發現問題，如缺陷和不符合規定的焊接參數等，提出完善的措施解決問題，從而提高焊接質量。

（4）焊接質量直接影響到機械設備的安全性和工作效率，如果發現焊接質量問題并及時解決，可以避免設備危險和損壞，同時提高工作效率，減少機械設備維修和更換的次數和成本。總體來說，無損檢測對機械工程焊接質量的重要性不言而喻。隨著科技的不斷進步和應用范圍的擴大，無損檢測技術將會越來越普及，并成為焊接質量控制的重要手段之一[1]。

2 機械工程中焊接結構常見問題

2.1 夾雜

焊接質量往往受到夾雜的影響，夾雜是指焊縫內部存在的異物，它們可能是氧化物、非金屬夾雜、氣孔等，在焊接過程中形成。這些夾雜物會導致焊縫的強度降低，從而影響結構件的機械性能和耐用性。除了焊接過程中產生的夾雜外，還有一些夾雜可能源于焊材的質量問題，如含濕氣過多的焊條，也會對焊接質量造成不良影響。因此，為了確保焊接質量，不但要在焊接前做好相關準備工作，如選擇合適的焊材、清理焊接區域、控制焊接參數等，更需要在焊接后進行檢測和修復，確保焊接部位沒有夾雜存在，并且符合相應的質量標準[2]。

2.2 氣孔

在焊接過程中，氣孔是一個常見的問題，并且也是最嚴重的之一。這個問題通常是由于在焊接時，氣體（氫氣等）被困在了焊縫當中而形成的。氣孔可能會導致焊接部分的強度降低，甚至在聚集在一起的情況下還會導致焊接部分的斷裂。為了有效解決和預防此問題，應加強相應缺陷的檢測工作[3]。

2.3 未熔合

在焊接頭中，未熔合指的是在焊縫中存在沒有被完全熔化的金屬顆粒。這些未融合的顆粒可能會導致焊縫表面看起來比較光滑，但是金屬層之間的結合并不牢固。如果存在未融合，那么焊接件在受到負重時就可能產生應力集中，這將降低焊接部分的強度。

2.4 焊接裂紋

焊接過程中，熱量對于金屬和周圍環境都有一定的影響，溫度的變化和氧化還原反應容易導致材料內部結構的變化，從而形成焊縫裂紋。在很多情況下，焊接件本身需要承受較大的負荷或是工作在嚴苛的環境條件下，如果發生了焊縫裂紋，就會對焊接件的完整性和使用壽命造成很大的威脅。

2.5 錯邊

錯邊指的是焊縫兩側不對稱。如果錯邊現象得不到及時糾正，那么它將會嚴重影響焊接件的使用效果或甚至導致焊接件斷裂，給操作人員和設備帶來危險。發生錯邊的原因是多種多樣的，其中最常見的是焊接溫度或焊接速度不一致，以及焊接時未正確地夾持焊接件。

3 機械工程焊接中無損檢測技術的應用策略

3.1 射線檢測

射線在物體內部的吸收情況與物體內部結構、密度等因素有關，因此通過這種方法可以獲取物體內部的結構信息，并可以對機械工程中存在的焊接質量缺陷進行檢測。在實施射線檢測之前，應先選擇合適的輻射源。輻射源是影響檢測結果準確性和安全性的關鍵因素之一，常見的有X 射線和γ 射線，如果使用具有較強的殺傷力和放射性的高能輻射源，則必須進行嚴格的防護措施和操作規程。應根據所需檢測的焊縫類型、材料厚度和質量要求等方面進行綜合考慮，選擇合適的輻射源。例如，在檢測薄壁焊縫時，通常會選擇低能的X 射線或γ 射線輻射源，以避免過度輻射造成對焊縫的破壞。之后，進行圖像獲取，需要考慮以下因素：曝光時間、焦距、照射角度、距離等。這些參數都直接影響到最終圖像質量和檢測效果。其中，曝光時間決定了所獲得的圖像清晰度和對比度，通常需要根據材料密度、厚度等因素進行調整。焦距和照射角度則決定了被檢物體的投射角度和成像大小，需要根據具體焊縫結構和形狀進行調整。距離則會影響到輻射源的功率和擴散程度，需要根據具體焊縫材料和結構進行調整。最后，進行缺陷分析。對于X 射線或γ 射線檢測所得到的圖像，需要針對不同缺陷類型進行不同的處理。例如，在發現裂紋時，需要通過裂紋的形態、大小和位置等因素，判斷其對焊縫的影響程度，并采取相應的補救措施，以確保焊接質量。此外，在進行焊接無損檢測時，需要充分考慮各種參數的調整和校準，以確保檢測結果的可靠性和準確性。同時，還需要具備一定的檢測經驗和專業知識，才能對檢測過程和結果進行正確判斷和處理[4]。

X 射線檢測技術以及γ 射線檢測技術的主要優勢如下。

（1）X 射線和γ 射線都是通過物體內部的吸收情況獲取物體內部結構信息，并可以對其中存在的缺陷進行檢測，不需要對被檢測物體進行直接接觸或破壞。

（2）X 射線和γ 射線可以探測到焊縫內部的缺陷以及材料的內部缺陷，包括氣孔、夾雜、裂紋等，且對于較小的缺陷也有較好的分辨能力。

（3）X 射線和γ 射線檢測具有實時成像的能力，檢測速度較快，可以滿足生產線上的快速檢測需求。

（4）X 射線和γ 射線穿透性強，不同材料的焊接均可進行檢測，如金屬材料、塑料材料等。

（5）X 射線和γ 射線檢測具有高精度、高分辨率的特點，可以獲取到高質量、準確的檢測結果。然而，射線檢測技術的使用成本較高，射線檢測設備較為笨重。同時，該技術對防護具有較高的要求，且在一些情況下難以發現缺陷，因此，需要與其他的檢測技術配合使用。

3.2 磁粉檢測

磁粉無損檢測技術能夠準確、快速地發現和定位金屬材料的表面或近表面缺陷，如裂紋、孔洞、夾雜等，具有廣泛的應用價值。一般來說，磁粉無損檢測技術應用流程可以分為以下步驟，首先，需要對被檢測的金屬材料進行表面清潔處理，以免磁粉與臟物混雜影響檢測結果。金屬材料表面的油污、水分和其他雜質都會影響磁粉的聚集情況，降低檢測精度。因此，在進行磁粉無損檢測前，要徹底清洗被檢測表面，確保表面干凈。其次，將被檢測的金屬材料施加磁化電流，使其成為一個臨時磁體。磁化方式有多種選擇，如周向磁化法、縱向磁化法、復合磁化法和旋轉磁化法等，具體要根據實際需求進行選擇。磁化后，被檢測的金屬材料會產生磁場漏磁，即磁力線從缺陷處流出而形成的磁場。再次，在被檢測表面上撒布磁粉。磁粉是一種可以被磁化的粉末，能夠在磁場強度較高的區域聚集形成磁化圖案，讓缺陷更加醒目。一般來說，磁粉無損檢測技術有干粉法和濕粉法兩種。干粉法是將磁粉直接灑到被測物體表面上，而濕粉法則是將磁粉與水混合后在表面噴涂或涂抹。這些磁粉會在缺陷處堆積形成顯著的影響，從而使缺陷更加容易觀察和判定。最后，觀察檢測結果。利用磁粉在缺陷處堆積情況來確定金屬材料上的缺陷位置和尺寸大小。操作人員可以通過肉眼觀察磁粉的分布狀態，進而確定金屬材料上的缺陷位置和尺寸大小[5]。

磁粉無損檢測技術具有如下優勢：①應用流程簡單，操作方便。②與傳統的探傷方法相比，磁粉無損檢測技術使用的工具簡單，因此成本相對較低，可以廣泛應用于工業制造中。③磁粉無損檢測技術可以檢測出小到幾微米的缺陷，同時可以將缺陷的深度、長度、寬度等信息都獲取到，這使得該技術在機械工程制造的各個領域都有廣泛的應用。

3.3 超聲波檢測

超聲波無損檢測技術可以用于評估焊接質量和缺陷。在機械工程焊接行業中，使用超聲波無損檢測技術來評估焊接接頭的質量非常普遍。要進行超聲波無損檢測，需要準備一臺超聲波檢測儀以及相應的傳感器。在檢測時，要根據儀器發出的超聲波記錄超聲波進出焊接位置的時間和反射信號。同時，為了獲得更好的測試結果，需要對測試樣品的外表面進行處理，例如清潔、去除氧化物和油脂等，并進行平整化處理。檢測過程中，將檢測儀的傳感器與測試樣品接觸，啟動檢測儀并開始記錄數據。傳感器會在測試樣品表面產生超聲波，并通過記錄時間和反射信號的方式反映出焊接試件內部的情況。待檢測結束后，根據測試數據進行分析并評估測試結果，確定焊接接頭的質量。

除了無損檢測與可靠性強以外，該檢測技術還具有以下優勢：①超聲波無損檢測技術可以在很短的時間內完成檢測，使得焊接生產過程更加高效快捷。②相較于其他檢測方法，超聲波無損檢測技術不存在對人體健康的影響，對環境污染較小。這個特點在機械工程焊接中顯得尤為重要。③超聲波無損檢測技術可以適用于各種形狀和尺寸的焊接接頭，無論是直線焊縫還是曲線焊縫，都可以進行有效檢測。總之，超聲波無損檢測技術在機械工程焊接中具有重要的應用價值。通過采用超聲波無損檢測技術，可以保證焊接接頭的質量，提高生產效率，降低生產成本，并且保證人員和環境的安全。

3.4 渦流檢測

渦流無損檢測技術在應用的過程中，需要準備檢測儀器，其中主要包括發生器、探頭等。為了獲得更好的測試結果，需要對焊接接頭的外表面進行處理，例如清潔、去除氧化物和油脂等，并進行平整化處理。隨后，將探頭與測試樣品接觸，啟動檢測儀并開始記錄數據。渦流無損檢測的原理是利用交變電磁場感應渦流，通過檢測渦流變化來推斷缺陷情況。最后，根據測試數據進行分析并評估測試結果，確定焊接接頭的質量。渦流檢測技術具有以下優勢。

（1）渦流無損檢測技術能夠探測小到幾微米的缺陷，且精度高。通過無損檢測，可以及時發現并定位焊接接頭中的各種缺陷，為下一步的修補提供了可靠的數據支持。

（2）渦流無損檢測技術可以在很短的時間內完成檢測，是一種快速、高效的檢測方法。

（3）渦流無損檢測技術在檢測過程中不會對環境造成污染和對人體健康產生影響。相較于其他檢測方法，其檢測過程干凈、無噪聲，屬于環保、安全的檢測技術。

（4）渦流無損檢測技術可以適用各種形狀和尺寸的焊接接頭，適用于各種金屬材料的焊接檢測，可以有效地評估焊接接頭的質量。

（5）渦流無損檢測技術可以記錄檢測結果、圖像等數據，便于客戶和生產組織評估焊接接頭的質量，并在后續的操作中進行技術追溯。

3.5 全息影像檢測技術

在全息影像檢測技術的應用過程中，首先，要清潔焊接區域表面，擺放被檢測物體。其次，使用激光或白光干涉儀等設備，采集被檢測物體的全息圖像。再次，通過對全息圖進行數字化處理，生成被檢測物體的三維立體模型。最后，對生成的三維模型進行分析，確定焊接區域內是否存在缺陷。

全息影像檢測技術在機械工程焊接中具有以下優點：①相比傳統的二維影像技術，全息影像檢測技術可以提供更加全面、精確的三維測量數據，從而更好地評估焊接質量。②在全息影像檢測技術中，一個樣品只需要進行一次全息圖像采集，即可得到完整的三維模型，檢測效率極高。③全息影像檢測技術可以生成具有真實感和立體感的三維圖像，使得對焊接區域存在的缺陷進行更加直觀、準確判斷。

4 結語

本文通過對焊接無損檢測技術的探析，著重介紹了無損檢測對機械工程焊接質量的重要性和機械工程中焊接結構常見問題，列舉了夾雜、氣孔、未熔合、焊接裂紋和錯邊等問題，并闡述了無損檢測技術的應用策略，包括射線檢測、磁粉檢測、超聲波檢測、渦流檢測和電磁檢測。這些方法是目前機械工程焊接領域中常用且可靠的無損檢測技術。有效地利用這些技術可以提高焊接接頭的質量，保障產品的質量和安全性，同時也提高了機械工程焊接的生產效率和可靠性。本文旨在為機械工程焊接行業提供科學、合理、安全、高效的無損檢測技術方案，促進行業的發展和進步。