关于超声无损检测技术在金属焊接中的应用研究

关于超声无损检测技术在金属焊接中的应用研究

李绍波

（山东联友石化工程有限公司250101）

摘要：金属焊接工艺与成品质量存在密切关联，采用超声无损检测技术是定位焊接缺陷、优化金属焊接质量的重要举措。本文简要分析了金属焊接中存在的主要缺陷类型，围绕质量检测环节把控、直接接触法、液浸法、导波技术以及周向导播技术等层面，探讨了超声无损检测技术在金属焊接中的具体应用，以供参考。

关键词：金属焊接；质量检测；超声无损检测技术

引言：通常在使用金属焊接工艺时会面临一系列干扰因素，诸如焊接工艺水平、金属材质、焊接作业环境等均会影响到焊接质量。超声无损检测技术主要依据超声波在构件内部传播时遇到不同界面将有不同的反射信号（回波）。利用不同反射信号传递到探头的时间差，可以检查到构件内部的缺陷。根据在荧光屏上显示出的回波信号的高度、声程等可以判断缺陷的大小、位置，进而依据检测结果定位被测物质存在的缺陷点，提高金属焊接质量。

1金属焊接中存在的主要缺陷类型及超声回波特征

1.1气孔

通常在金属焊接的过程中，熔池在高温条件下会吸收外部气体，待其冷却后即会在焊缝中形成残留的空穴，同时倘若母材表面存在油污或锈蚀问题、焊剂未能完全烘干、采用低纯度的保护气体执行气体保护焊工艺、焊接电流过大、在施焊过程中未做好防风措施等，均有可能导致金属表面或焊缝处形成气孔。在采用超声无损检测技术观察其波形特征时可以发现，单气孔的回波较低、波形稳定，经环绕扫查后可发现其反射波的高度保持一致，气孔密集处的波高起伏较大[1]。

1.2裂纹

因金属焊接产生的裂纹大体包含分热裂纹、冷裂纹、再热裂纹等几种类型，在承压设备中，裂纹是危害性最大的缺陷，多由施焊过程中熔池冷却速度过快导致，使焊缝处因受热不均匀产生偏析、拉应力等情况，同时焊接应力过大、焊件刚度过大、焊剂的氢含量过高等因素也有可能引发裂纹问题。在探测裂纹波形时可以发现，其回波较高、波幅较宽，且在平移探头时会出现多次反射波，在转动探头时还会引发波峰错动情况。

1.3夹渣

焊缝坡口尺寸过大或过小、焊缝附近有杂质、焊接电流过小、焊剂中硫含量或磷含量过高等因素，均会导致金属焊缝表面处出现夹渣问题。通过观察夹渣的波形特征可以发现，其波峰呈锯齿形、回波较弱，在平移探头时波幅出现明显变化，且不同方位处的反射波幅存在明显差异。

1.4未焊透或未熔合

坡口间隙过小、焊接电流过小、焊根未完全清洁等因素均会造成未焊透问题，通过观察其波形特征可以发现反射波幅较高，波形稳定；坡口处母材破损、焊接电流过小、焊接速度过快等因素均有可能引发未熔合问题，其波形较为稳定，两侧反射波幅存在明显差异。

2超声无损检测技术在金属焊接中的具体应用探讨

2.1质量检测环节把控

在金属焊接中采用超声无损检测技术，需围绕以下三个环节强化质量检测标准的把控：其一是金属焊接环节，检测人员首先利用超声检测技术对焊接母材质量进行检测，焊接完成后，需利用超声无损检测着重针对焊接接头质量进行检测，评级。围绕技术层面检验焊缝内部有无气孔、裂纹、未焊透等缺陷，通过观察焊缝的缺陷回波最大处定位存在异常情况的焊接部位，进而依据焊接工艺及条件判断缺陷成因，以此提高金属焊接的质量与精度；其二是宏观缺陷检测，倘若在高温条件作用下使金属材料在焊接过程中生成液态金属，经由焊缝传递至母材表面，待其温度冷却后即会在金属表面产生金属瘤，严重影响到金属材料的美观性与宏观持续性，因此通常借助超声波探伤仪进行金属焊缝质量的探测，通过探查金属物表面获取到实际焊接厚度，将其与标准值进行对比即可判断有无焊接缺陷，以此实现对宏观焊接故障的有效检测；其三是检测结果的应用，将借助超声无损检测技术绘制的距离波幅曲线进行充分利用，即可定位具体的金属焊接缺陷严重程度并寻求其主要成因，以此为依据进行金属焊接工艺的调整，从而有效防范焊接缺陷的发生。

2.2超声无损检测方法

2.2.1直接接触法

作为超声无损检测技术中的常用方法之一，直接接触法主要在探头处均匀涂抹一层较薄的耦合介质，通过利用探头接触被测金属物质的表面，使超声波在传入两种介质接触面时形成反射，以此获取到反射波。为确保检测结果的可靠性，需在检测前预先排除接触面间的空气，确保探头可有效发送并接收由被测对象处反射回的超声波，防范声能全部反射的问题。同时，需针对被检测对象的表面进行打磨与清洁处理，确保表面的光洁，实现被测表面与探头的充分接触，提高检测结果的可信度。此外，还需针对耦合剂的性能进行调控，优先选取硅油、甘油等高声阻抗、无腐蚀性的耦合剂，以此降低超声波在传递过程中的能量损失，进一步提高检测结果的精确度。

2.2.2液浸法

液浸法通常分为全部液浸、局部液浸与喷流式液浸三种类型，借助液体耦合层实现超声波的反射，确保声能有效入射到被测金属材料中，倘若被测金属材料内部存在缺陷则将会形成回波反射现象，无需探头与被测物质的直接接触，有效提高超声波发射、接收过程的稳定性。

2.3电磁超声无损检测技术

2.3.1导波技术

该技术适用于针对薄板激光焊缝中的气孔、裂纹、未熔合等缺陷进行检测，借助超声导波实现对焊缝区域内存在缺陷的有效判断。通常需利用声波反射特性在薄板激光焊缝处分别完成面缺陷、点缺陷通道的设置，其中面缺陷通道的声波发射方向应与焊缝呈垂直布设，依据焊缝两侧板厚的差异实现声波反射，存在缺陷部位的反射能量将显著增大，因而使接收到的回波信号强度明显增大；而点缺陷通道的声波发射方向应与焊缝间保持一定夹角，借助散射回波实现缺陷判断[2]。

2.3.2周向导波技术

该技术适用于针对电阻焊钢管焊缝的裂纹等缺陷进行无损检测，通常需将检测仪器布设在距焊剂的位置，利用电磁超声单向换能器发出导波，经由接收传感器传递至焊缝位置，在存在缺陷处形成反射回波。为提高检测结果的精确度，还需优化检测装置的跟踪、定位功能，防范出现漏检问题，提高检测实效。

结论：超声无损检测技术主要利用介质的声学传播特性检测物体内部发生的变化，因此还应依据不同金属材料的材质性能、焊接工艺进行超声无损检测工艺的科学选取，确保能够有效判断金属材料的焊接缺陷及其特征。未来还需配合超声相控阵技术、借助计算机智能化自动化等技术实现超声无损检测技术的创新，为检测精度的提高提供保障。

参考文献：

[1]谈雷.金属材料焊接中超声无损检测技术的有效应用[J].科技风,2018,366,(34):153.

[2]陈峰.超声波无损检测系统在金属焊接材料中的应用探究[J].江西建材,2018,236,(11):45+47.