焊接質(zhì)量的超聲波探傷無(wú)損檢測(cè)探析

曾琛翔

（中國(guó)神華能源股份有限公司國(guó)華惠州熱電分公司，廣東 惠州 516082）

1 超聲波探傷無(wú)損檢測(cè)焊接質(zhì)量的原理

超聲波探傷無(wú)損檢測(cè)的原理是利用聲波在焊接口的傳播，通過(guò)回收聲音的回波來(lái)判斷焊接質(zhì)量的一種檢測(cè)方式。這種檢測(cè)方式因?yàn)椴恍枰苯拥慕佑|，而且也不屬于破壞性檢測(cè)，所有現(xiàn)在很多的焊接質(zhì)量檢測(cè)都用超聲波檢測(cè)，比如長(zhǎng)距離輸油管道的焊接質(zhì)量檢測(cè)、薄板鋁合金的焊接質(zhì)量檢測(cè)、鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量檢測(cè)等。

超聲波探傷無(wú)損檢測(cè)在不同的介質(zhì)中傳播的形式有所區(qū)別，我們知道聲波在空氣中衰減很快，這也是為什么我們說(shuō)的話傳不了很遠(yuǎn)。所以超聲波檢測(cè)需要使用油或者水作為介質(zhì)，通過(guò)收集在介質(zhì)中反射或者透射的聲波，轉(zhuǎn)換成在示波器中的波形顯示，再通過(guò)波形的波長(zhǎng)、反射時(shí)間等信息判斷被檢測(cè)材料是否存在焊接質(zhì)量問(wèn)題。

因?yàn)槌暡ㄌ絺麢z測(cè)方式十分的方便、簡(jiǎn)單，而且檢測(cè)后不會(huì)對(duì)被檢材料產(chǎn)生任何影響，是一種方便快捷安全的檢測(cè)方式，目前已經(jīng)應(yīng)用在各大領(lǐng)域。

2 超聲波探傷無(wú)損檢測(cè)焊接質(zhì)量的檢測(cè)方法

2.1 穿透法

穿透法顧名思義就是通過(guò)聲波的穿透來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)聲波發(fā)射設(shè)備對(duì)被檢測(cè)物品發(fā)射脈沖波，脈沖波會(huì)持續(xù)作用在被檢測(cè)物品上，然后在被檢物品的另一邊需要放置接收設(shè)備接收穿透過(guò)去的聲波[1]。

穿透法是根據(jù)聲波在不同介質(zhì)中的傳播特性不同來(lái)進(jìn)行判斷，原理相對(duì)簡(jiǎn)單，只需要將被檢測(cè)物品放置在兩個(gè)探頭中間即可，兩個(gè)探頭一個(gè)發(fā)射一個(gè)接收，再通過(guò)示波器進(jìn)行分析即可。

2.2 脈沖反射法

脈沖反射法相較于穿透法區(qū)別不大，穿透法是接收穿透被檢測(cè)物品的脈沖波，脈沖反射法是接收作用于被檢測(cè)物品的脈沖波的反射波。這種檢測(cè)被檢物品的方法還有個(gè)名稱(chēng)叫缺陷回波法。同樣后續(xù)也需要通過(guò)儀器的分析才能進(jìn)行判斷。

2.3 共振法

共振法有些不一樣，產(chǎn)生聲波的位置在被檢物品的內(nèi)部，主要適應(yīng)于管道等被檢物品，因?yàn)槁暡úㄩL(zhǎng)是被檢物品的固定整倍數(shù)時(shí)，發(fā)射出來(lái)的聲波會(huì)產(chǎn)生共振，這時(shí)候通過(guò)儀器的檢測(cè)能夠確定被檢物品是否存在焊接質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)能確定有質(zhì)量問(wèn)題的準(zhǔn)確位置。

2.4 TOFD法

TOFD法相對(duì)來(lái)說(shuō)更加的復(fù)雜。TOFD法需要在某個(gè)環(huán)境內(nèi)布置多個(gè)探頭，分別進(jìn)行脈沖波的發(fā)射和接收。然后再將被檢測(cè)的物品放置到這個(gè)環(huán)境中，所有的脈沖波在經(jīng)過(guò)被檢測(cè)物品時(shí)會(huì)產(chǎn)生穿透、反射、衍射等一系列的動(dòng)作，通過(guò)對(duì)儀器對(duì)這些波形的分析，就能確定被檢測(cè)物品的焊接質(zhì)量以及出現(xiàn)焊接質(zhì)量問(wèn)題的位置。

TOFD法對(duì)于缺陷的檢測(cè)更加全面和準(zhǔn)確，相較前面幾種方式更加可靠，對(duì)于焊接質(zhì)量問(wèn)題的走向并不敏感。所以該檢測(cè)方法在比較重要的零部件檢測(cè)中使用較多。

3 超聲波探傷無(wú)損檢測(cè)焊接質(zhì)量的注意事項(xiàng)

3.1 技術(shù)要求

超聲波探傷無(wú)損檢測(cè)焊接質(zhì)量的方法需要有一定的技術(shù)要求，在進(jìn)行檢測(cè)之前，檢測(cè)人員需要根據(jù)被檢測(cè)物品的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)圖紙、焊接圖紙進(jìn)行分析，了解其可能存在的問(wèn)題及位置，分析探頭放置的位置，檢測(cè)過(guò)程中還需要遵守相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行操作。

除此之外，還要排除其他的因素的干擾。第一是檢測(cè)人員的干擾，檢測(cè)人員一定要在熟悉設(shè)備、檢測(cè)步驟之后才能實(shí)際進(jìn)行操作；第二是檢測(cè)材料的干擾，比如在耦合劑的選擇中，不能對(duì)被檢物品產(chǎn)生影響，并且檢測(cè)完成后還要便于清理；第三是檢測(cè)環(huán)境的干擾，所有的檢測(cè)必須在空曠安全的環(huán)境中進(jìn)行，狹小的環(huán)境會(huì)嚴(yán)重影響接收到的脈沖波，另外，現(xiàn)場(chǎng)的管理必須有條不紊，不能出現(xiàn)步驟錯(cuò)亂或者人員資質(zhì)不齊的情況[2]。

超聲波檢測(cè)時(shí)一項(xiàng)技術(shù)較高的高精檢測(cè)，對(duì)于人員、環(huán)境、技術(shù)的要求相對(duì)較高，檢測(cè)人員的高素質(zhì)，檢測(cè)流程的透明有序和檢測(cè)環(huán)境的規(guī)范都能使檢測(cè)結(jié)果更加科學(xué)有效。

3.2 使用要點(diǎn)

在進(jìn)行超聲波探傷無(wú)損檢測(cè)焊接質(zhì)量時(shí)有兩個(gè)需要特別注意的要點(diǎn)，一個(gè)時(shí)檢測(cè)的焊縫長(zhǎng)度，還有一個(gè)是探傷的時(shí)機(jī)。

先說(shuō)說(shuō)焊縫的長(zhǎng)度，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)要根據(jù)實(shí)際的焊縫長(zhǎng)度計(jì)算確定好需要檢測(cè)的焊縫長(zhǎng)度，避免出現(xiàn)焊縫過(guò)長(zhǎng)時(shí)檢測(cè)的比例不夠?qū)е聶z測(cè)不完備。同時(shí)，檢測(cè)時(shí)的焊縫長(zhǎng)度不得小于200mm，對(duì)于小于200mm的焊縫檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性會(huì)降低。如果在檢測(cè)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了被檢測(cè)的物品存在焊接質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，要延長(zhǎng)檢測(cè)的長(zhǎng)度，但是整體的比例還是要維持在一定的比例內(nèi)[3]。

另一個(gè)是檢測(cè)的時(shí)機(jī)，因?yàn)楹附邮窃诟邷叵逻M(jìn)行的，溫度對(duì)于材料有一定的影響，比如對(duì)碳素鋼進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，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(shí)才能進(jìn)行檢測(cè)。這樣檢測(cè)的結(jié)果更加符合實(shí)際的情況。

3.3 儀器校準(zhǔn)

另一個(gè)對(duì)檢測(cè)結(jié)果有重大影響的是儀器的準(zhǔn)確程度，儀器的校準(zhǔn)又分為兩個(gè)方面，一方面是儀器本身的準(zhǔn)確度校正，另一方面是對(duì)于被測(cè)物品影響檢測(cè)結(jié)果的存在需要進(jìn)行清理。

儀器本身的校準(zhǔn)是檢測(cè)前必須經(jīng)過(guò)的重要一步，檢測(cè)前先對(duì)儀器的曲線進(jìn)行檢測(cè)，從垂直和平行兩方面的數(shù)據(jù)看曲線是否正確，精確度是否正確。如果存在偏差需要進(jìn)行修正，一定要保證在檢測(cè)前，儀器的曲線和精度都是正確的。

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

4 超聲波探傷無(wú)損檢測(cè)焊接質(zhì)量的主要檢測(cè)內(nèi)容

4.1 氣孔檢測(cè)

氣孔是焊接中最容易出現(xiàn)的焊接質(zhì)量問(wèn)題，簡(jiǎn)單說(shuō)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(zhì)量、焊接時(shí)焊接師傅的手藝、焊接時(shí)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(huì)影響氣孔的產(chǎn)生。在檢測(cè)的過(guò)程中怎么判定氣孔呢？如果是單個(gè)的氣孔，在脈沖波的反射中反應(yīng)會(huì)很明顯，反射波的幅度比較大，而且能夠穩(wěn)定存在。對(duì)于氣孔，無(wú)論從哪個(gè)方向去探傷，最后形成的波形大體差不多，但是一旦移動(dòng)探頭去探測(cè)，波形基本就會(huì)消失。除了單個(gè)的還有一些焊縫中也會(huì)出現(xiàn)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(gè)簡(jiǎn)單的波形，而是一簇反射波，波形幅度時(shí)由氣孔的大小而決定的。如果這個(gè)時(shí)候?qū)⑻綔y(cè)的探頭原地旋轉(zhuǎn)，我們可以看到波形會(huì)此起彼伏。

氣孔的存在會(huì)使得金屬不再是緊密的排列，會(huì)加快金屬的銹蝕，影響金屬的使用壽命，同時(shí)，本應(yīng)該是金屬的地方變成了空氣，降低了材料的機(jī)械性能，無(wú)法承受更高強(qiáng)度的拉伸。所以在焊接的時(shí)候一定要注意，使用優(yōu)質(zhì)的焊條、調(diào)節(jié)好焊接電流不要產(chǎn)生過(guò)大的電弧、焊完之后的材料按照材料的要求進(jìn)行冷卻和存放、對(duì)于被焊接的材料焊接前要進(jìn)行焊口、坡口的清理等。

4.2 夾渣檢測(cè)

夾渣也是焊接中經(jīng)常出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，焊接產(chǎn)生的焊渣在焊接的過(guò)程中被焊接到了材料中，會(huì)影響到材料的性能。產(chǎn)生夾渣的原因主要是焊接時(shí)速度過(guò)快，導(dǎo)致焊渣還沒(méi)有出來(lái)就被焊進(jìn)去了。在多層焊接時(shí)，因?yàn)榍耙粚拥暮缚p清理的不徹底，下一層焊接時(shí)也會(huì)把上一層的焊渣焊進(jìn)去。

在超聲波的檢測(cè)中，焊渣是怎么被檢測(cè)到的呢？焊渣主要有兩種，一種是零星的焊渣，一種就是長(zhǎng)條形的，這兩種焊渣對(duì)應(yīng)的波形也是不一樣的。零星的焊渣波形跟氣孔波形相近，長(zhǎng)條狀的焊渣反射的波形是有點(diǎn)參差不齊，像鋸齒。當(dāng)探頭進(jìn)行微小的移動(dòng)時(shí)波形也會(huì)隨著變化。

夾渣也會(huì)影響到材料的機(jī)械性能，因此要盡量避免夾渣的產(chǎn)生。在焊接的過(guò)程中，應(yīng)該選擇合適的焊接電流，避免過(guò)大過(guò)小，同時(shí)在進(jìn)行坡度處理的材料上，坡度盡量處理的大一些，給材料的對(duì)接留出足夠的余地，如果要進(jìn)行幾層的焊接，每一層必須處理完焊渣之后才能進(jìn)行焊接。

4.3 裂紋檢測(cè)

裂紋出現(xiàn)的原理其實(shí)就是熱脹冷縮，出現(xiàn)裂紋的原因有兩個(gè)，一個(gè)是冷裂紋，就是指在冷卻的時(shí)候，由于材料會(huì)隨著溫度下降產(chǎn)生拉力，導(dǎo)致焊縫裂開(kāi)。另一個(gè)是熱裂紋，熱裂紋的產(chǎn)生是由于在焊接的時(shí)候受熱不均勻?qū)е庐a(chǎn)生的裂紋。

在檢測(cè)的過(guò)程中，裂紋產(chǎn)生的波形和夾渣、氣孔的波形有明顯的區(qū)別。在儀器顯示中波幅很高，而且存在很多的峰值點(diǎn)，出現(xiàn)波動(dòng)的范圍明顯更寬。當(dāng)移動(dòng)探頭時(shí)，波形也會(huì)發(fā)生明顯的變化[4]。

裂紋的存在是焊接質(zhì)量的重大問(wèn)題，在焊接的過(guò)程中要注意遵守焊接的流程規(guī)范，冷卻也要按照要求進(jìn)行冷卻，不能使用一些其他辦法加速冷卻，這只會(huì)加重裂紋的產(chǎn)生。

5 總結(jié)

本文探析了超聲波探傷無(wú)損檢測(cè)焊接質(zhì)量的原理、方法、注意事項(xiàng)和檢測(cè)內(nèi)容，超聲波探傷無(wú)損檢測(cè)的原理就是聲波在不同介質(zhì)中的傳播速度不一樣；檢測(cè)的方法有透射法、反射法、共振法和TOFO法；在檢測(cè)的過(guò)程中需要按照要求進(jìn)行操作，開(kāi)始檢測(cè)前要對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)；超聲波探傷檢測(cè)的主要內(nèi)容是焊接質(zhì)量最普遍的問(wèn)題：氣孔、夾渣和裂縫。