新型無損檢測技術在焊縫缺陷檢驗中的應用

常春梅

（白銀礦冶職業技術學院，白銀 730900）

隨著生活水平的提高，人們對產品質量的要求越來越高。為了保證產品質量，需要對產品進行可靠的質量檢測。針對金屬結構中的焊接結構，采用無損檢測技術進行缺陷檢驗尤為關鍵。文章將重點討論幾種新型無損檢測技術在焊縫缺陷檢驗中的應用，以期為進一步提高焊接產品的質量檢驗水平提供參考。

1 無損檢測技術的優勢

無損檢測技術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。與傳統的檢測技術如目視檢測和破壞性檢測相比，無損檢測技術具有獨特的優勢。首先，無損檢測技術可以實現對被檢測物體的全面檢測。它可以檢測被測物體的內部缺陷，克服了目視檢測只能檢測表面缺陷的局限性。其次，無損檢測技術可以實現高精度的檢測。各種無損檢測技術如射線檢測、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構被完全保留。

2 新型無損檢測技術在焊接檢測中的應用

2.1 超聲波檢測技術

超聲波檢測技術是目前應用較廣泛的無損檢測技術之一，主要用于發現焊接接頭中的各類表面及內部缺陷，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生反射的物理特性來評估焊縫質量。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、快速地對焊縫進行全方位檢測，其檢測結果能夠直觀反映出焊縫的質量狀況，技術人員需要根據經驗準確判讀結果。

超聲波檢測最關鍵的部件是超聲波探頭。根據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。斜探頭中設置有透聲楔塊，使聲束以一定角度傾斜進入被檢件，發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

兩種探頭各有優勢，需要根據具體的檢測要求選用。為了實現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。根據不同的掃查方式，可以實現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。一旦發現疑似缺陷，可以采用基本掃查方法對其進行定位和分析。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，并進行危險程度評定。例如，氣孔會產生單峰穩定的回波，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

渦流檢測技術是建立在電磁感應定律的基礎上，利用交變磁場在電導體中產生的渦流效應進行無損檢測。當將具有一定電導率和磁導率的金屬導體置于交變磁場時，導體中會產生感應電流即渦流。渦流隨著距離導體表面深度的增加而呈指數衰減，衰減程度取決于材料的電導率、磁導率以及交變電流的頻率。渦流在遇到導體表面或內部缺陷時，其分布和方向會發生擾動，從而引起參數變化，通過檢測這些變化可以推斷出導體的內部質量狀況[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、溫度較高等極端環境。但是它僅適用于電導率高的金屬，對于非金屬及絕緣涂層的檢測效果較差。同時，該檢測技術也不能有效檢測垂直于導體表面的缺陷。

渦流檢測系統一般由激勵線圈、檢測線圈和相關檢測電路組成。激勵線圈產生交變磁場和感生渦流。檢測線圈檢測渦流變化，并將其轉換為電信號。檢測線圈檢測到的信號變化主要與渦流密度和相位相關，渦流密度受到導體的電磁參數、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，可以反映導體特性的變化。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體的性質和缺陷情況。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體表層，適用于檢測表面細小的缺陷；較低頻率的渦流可以滲透到更深處，用于檢測內部缺陷。需要注意，頻率降低會導致檢測靈敏度下降，因此需要選擇合適的頻率以達到檢測要求。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

射線檢測技術利用射線（X 射線或γ 射線）的穿透性檢測焊縫的內部質量，是一種重要的焊縫無損檢測技術。當射線經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150 mm)、識別缺陷類型多、靈敏度高等優點，尤其適合檢測焊縫根部和焊趾部分的質量。常用的射線源包括192Ir、60Co、光電子加速器等。檢測時，根據需要也可以通過改變射線參數來獲得最佳效果[3]。射線檢測技術應用廣泛，特別適合對接頭部位和復雜形狀焊縫進行檢測，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、金屬結構和管道等工業設備的焊縫質量。

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

2.4 滲透檢測技術

滲透檢測技術是一種無損檢測技術，其檢測原理基于液體在材料表面的滲透和吸附作用。當液體滲透劑接觸到材料表面時，會滲入表面的微細裂紋或孔隙。如果存在缺陷，那么滲透液會聚集在缺陷處，通過后續的顯影和觀察來判斷材料的質量。滲透檢測技術的主要優勢在于操作簡便、成本低廉，對于檢測疏松結構和表面開口性缺陷具有非常好的靈敏度。但是，這種技術也存在一定局限性。例如，滲透檢測技術無法檢測深層和閉口性缺陷，而且對多層復合結構的檢測效果不佳。滲透檢測技術在焊接檢測中應用廣泛，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。該檢測技術普遍用于快速篩查焊接件的表面質量，也可以與其他檢測技術聯合使用，以提高檢測質量。在進行滲透檢測前，需要規范焊接程序，保證焊縫形狀規范、表面質量良好。

滲透檢測技術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。可以采用清水沖洗，并控制一定的水壓，以避免損傷被檢材料。最后，進行觀察和判斷。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

磁粉檢測技術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度（通常為500～2 000 A·m-1）和適當方向的磁場，材料表面存在缺陷時，磁場在缺陷處會發生扭曲和漏磁現象，在該區域涂布磁性磁粉液，磁粉會聚集在磁場扭曲區域，從而顯示材料表面的缺陷[5]。與其他檢測方法相比，磁粉檢測技術具有操作簡便、檢測速度快（可在1～2 min 內完成）、靈敏度高（可檢出0.1～0.5 mm 細小缺陷）、直觀顯示結果等優點，特別適用于大范圍快速掃查金屬表面缺陷。

磁粉檢測技術已經在石油化工、電力、航空、船舶和汽車等行業得到廣泛應用。例如，對焊接結構進行磁粉檢測，可以有效發現焊縫表面裂紋（長度≥0.5 mm）、氣孔（直徑≥1 mm）、夾渣、未熔合等缺陷，評估焊接質量。此外，磁粉檢測技術還可以用于壓力容器、化工管道的破損和腐蝕檢測，發動機曲軸、車軸等關鍵部件的質量控制，以及鋼結構抗疲勞強度分析等。

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，在待檢區域施加足夠強度和適當方向的磁場。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。可以采用目視或10～25 倍放大鏡進行觀察。第六，記錄并保存檢測結果。檢測結束后，將表面殘留磁粉清除干凈。

3 結語

新型無損檢測技術在焊縫缺陷檢測中的應用越來越廣泛。各種無損檢測技術具有不同的優勢，應根據實際需要選用最佳的檢測技術或多種技術結合，以提高檢測質量和效率。同時，應加強研發新型無損檢測技術，不斷優化檢測程序，提高檢測的自動化和智能化水平。這樣不僅能夠提高鋼結構橋梁的安全性和可靠性，也將推動無損檢測技術進一步發展。