機(jī)械工程中的焊接無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

王永向，孔令彬，郭慶斌

（濟(jì)南魯新新型建材股份有限公司，山東濟(jì)南 250109）

0 引言

很多行業(yè)的發(fā)展都離不開(kāi)機(jī)械工程的實(shí)施，尤其隨著機(jī)械化的快速發(fā)展，機(jī)械工程實(shí)施更是成為激勵(lì)企業(yè)、行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。機(jī)械工程實(shí)施過(guò)程中，焊接技術(shù)是不可或缺的技術(shù)。由于焊接技術(shù)種類(lèi)繁多，焊接質(zhì)量是影響機(jī)械工程質(zhì)量和效益的一個(gè)重要因素。為保障機(jī)械工程良好的焊接效果，工程企業(yè)往往通過(guò)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量評(píng)估，最大程度促進(jìn)機(jī)械工程各個(gè)環(huán)節(jié)焊接目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

1 機(jī)械工程焊接時(shí)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的重要性

1.1 有效提高設(shè)備焊接結(jié)構(gòu)檢測(cè)的先進(jìn)性

機(jī)械工程項(xiàng)目中，一些工件結(jié)構(gòu)往往需要通過(guò)焊接工藝實(shí)現(xiàn)，焊接質(zhì)量會(huì)影響工件結(jié)構(gòu)質(zhì)量的穩(wěn)定性。在焊接質(zhì)量評(píng)估方面，傳統(tǒng)的質(zhì)量檢驗(yàn)主要由人工完成，專(zhuān)業(yè)人員根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)判斷焊接質(zhì)量。當(dāng)然，在有些條件下，也會(huì)采用破壞性檢測(cè)分析的方式來(lái)評(píng)估焊接質(zhì)量。這種檢測(cè)方式對(duì)工件結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞，整體工作量相對(duì)較大，甚至存在部分資源的浪費(fèi)[1]。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)不僅能夠維持工件結(jié)構(gòu)的完整性，還能夠直接進(jìn)行焊接質(zhì)量的評(píng)估，檢測(cè)過(guò)程更為安全與高效。

1.2 可顯著降低機(jī)械設(shè)備維護(hù)成本

在機(jī)械工程實(shí)施過(guò)程中，焊接是機(jī)械設(shè)備安裝的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。機(jī)械投入使用時(shí)間越長(zhǎng)，意味著機(jī)械設(shè)備在使用時(shí)存在嚴(yán)重磨損。為維持設(shè)備的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，相關(guān)人員在實(shí)際的機(jī)械工程管理過(guò)程中，必須要做好定期檢測(cè)與維護(hù)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械工程中存在的質(zhì)量缺陷與安全隱患。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)機(jī)械工程的焊接情況，識(shí)別與處理焊接質(zhì)量缺陷都相對(duì)及時(shí)。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在機(jī)械工程焊接中的應(yīng)用可以有效降低機(jī)械設(shè)備維護(hù)成本。

2 機(jī)械工程中焊接結(jié)構(gòu)常見(jiàn)問(wèn)題分析

2.1 直觀缺陷

機(jī)械工程中，焊接工藝是關(guān)鍵工藝，可以使不同結(jié)構(gòu)之間能夠緊密結(jié)合。為保證機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量，一般在機(jī)械工程中對(duì)于焊接質(zhì)量有著嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械工程焊接時(shí)，焊接的缺陷類(lèi)型相對(duì)較多，一些焊接缺陷可以直接觀測(cè)到。在焊接質(zhì)量檢測(cè)過(guò)程中，只需要通過(guò)專(zhuān)業(yè)人員的檢查、觀測(cè)就可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確判定，基本不需要借助專(zhuān)業(yè)的焊接檢測(cè)設(shè)備。

2.2 內(nèi)部缺陷

機(jī)械焊接時(shí)，內(nèi)部缺陷也是最為常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題。很多內(nèi)部缺陷往往是由于相關(guān)人員在實(shí)際焊接過(guò)程中，未嚴(yán)格遵守相應(yīng)的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)部缺陷的檢測(cè)相對(duì)復(fù)雜，一般難以通過(guò)直接觀測(cè)獲得，必須要借助于一些輔助檢測(cè)設(shè)備來(lái)進(jìn)行內(nèi)部缺陷的檢測(cè)。穿孔、焊瘤、夾渣與裂紋都屬于常見(jiàn)的內(nèi)部缺陷，一旦在焊接工藝應(yīng)用過(guò)程中沒(méi)有及時(shí)處理這些內(nèi)部缺陷，將會(huì)使得整個(gè)焊接作業(yè)存在嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題，影響機(jī)械的正常使用。

2.3 微觀缺陷

在機(jī)械焊接過(guò)程中，微觀缺陷也極為常見(jiàn)。這種類(lèi)型的缺陷檢測(cè)過(guò)程中，往往需借助專(zhuān)業(yè)儀器設(shè)備。通常情況下，焊接過(guò)程中的微觀缺陷一般是焊接操作不當(dāng)造成。如果在焊接過(guò)程中存在過(guò)熱、過(guò)燒的情況，將會(huì)使得焊接熔液粒子過(guò)大，甚至在焊接位置處極易發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致焊接出現(xiàn)未焊透、未熔合、夾渣和裂紋等各種質(zhì)量缺陷[2]。如果在實(shí)際焊接過(guò)程中，沒(méi)有充分熔化焊接材料，且焊接材料的分布不均勻，將會(huì)使得焊接處出現(xiàn)小氣泡。未焊透主要表現(xiàn)在焊接接頭根部的熔透不足，在焊接過(guò)程中，坡口鈍邊間隙太小，焊接時(shí)的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)造成這種質(zhì)量缺陷。

3 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在機(jī)械工程焊接中的應(yīng)用

3.1 射線檢測(cè)

射線檢測(cè)是焊接質(zhì)量檢測(cè)中的一種常用技術(shù)，屬于新型檢測(cè)技術(shù)。在具體檢測(cè)過(guò)程中，主要是通過(guò)對(duì)射線特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)的利用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械工程焊接檢測(cè)時(shí)若采用射線檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)人員需根據(jù)激光或掃描等射線方式檢測(cè)焊接點(diǎn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。通過(guò)直觀成像，專(zhuān)業(yè)人員可以根據(jù)系統(tǒng)化、科學(xué)化的計(jì)算方式，進(jìn)行焊接結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確評(píng)估。但是，現(xiàn)實(shí)的機(jī)械工程項(xiàng)目中，一些機(jī)械設(shè)備的構(gòu)成極為復(fù)雜，在焊接過(guò)程中的技術(shù)難度相對(duì)較大。要實(shí)現(xiàn)焊接結(jié)構(gòu)的完整、準(zhǔn)確檢測(cè)，掌握焊接點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的形狀、大小與性質(zhì)特征，就必須要嚴(yán)格加強(qiáng)對(duì)射線檢測(cè)技術(shù)的綜合應(yīng)用，充分發(fā)揮射線檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)[3]。從焊接檢測(cè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，射線檢測(cè)在封閉環(huán)境的焊接檢測(cè)中最為有效。

3.2 超聲波檢測(cè)

超聲波檢測(cè)同樣是機(jī)械工程焊接檢測(cè)中的一種有效檢測(cè)技術(shù)，這種檢測(cè)技術(shù)在具體應(yīng)用過(guò)程中，為獲得完整、準(zhǔn)確的檢測(cè)數(shù)據(jù)，需利用專(zhuān)業(yè)的檢測(cè)設(shè)備。檢測(cè)設(shè)備探頭存在高速振動(dòng)，在此過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生超聲波，超聲波發(fā)送與接收過(guò)程中，可以進(jìn)行焊接質(zhì)量的檢測(cè)。超聲波檢測(cè)技術(shù)的原理主要體現(xiàn)在超聲波存在直線傳播與回彈的特性，當(dāng)其在設(shè)備中均勻傳播時(shí)，設(shè)備會(huì)采集、分析回彈的超聲波信息，從而全面評(píng)價(jià)焊接質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)焊接時(shí)存在的質(zhì)量缺陷。超聲波檢測(cè)技術(shù)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地獲得機(jī)械工程中焊接的質(zhì)量與安全問(wèn)題，可以對(duì)焊接部位開(kāi)展全方位的檢測(cè)，所獲得的檢測(cè)數(shù)據(jù)精度高，檢測(cè)操作相對(duì)便捷，沒(méi)有較大的時(shí)間消耗與人力物力投入。由于這些優(yōu)勢(shì)，使得超聲波檢測(cè)技術(shù)成為機(jī)械工程焊接檢測(cè)時(shí)最為常用的一種技術(shù)[4]。

3.3 全息檢測(cè)

對(duì)于機(jī)械工程焊接檢測(cè)，全息檢測(cè)同樣是一種有效的檢測(cè)技術(shù)。在具體應(yīng)用過(guò)程中，主要是通過(guò)激光、回聲，對(duì)機(jī)械設(shè)備內(nèi)部加以全息成像，全面進(jìn)行焊接部位的掃描。在掃描過(guò)程中，會(huì)直接呈現(xiàn)三維立體場(chǎng)景圖，相關(guān)檢測(cè)人員從中能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊接缺陷。全息技術(shù)在焊接檢測(cè)方面具有技術(shù)先進(jìn)性，能夠?qū)附咏Y(jié)構(gòu)開(kāi)展全方位、系統(tǒng)化的檢測(cè)。三維立體場(chǎng)景圖的呈現(xiàn)，更是大大提高了檢測(cè)的嚴(yán)謹(jǐn)性，不僅保障了焊接檢測(cè)的效率，還使得檢測(cè)結(jié)果可以直接作為機(jī)械工程質(zhì)量控制的依據(jù)[5]。但是，全息技術(shù)在我國(guó)機(jī)械工程焊接檢測(cè)方面未得到推廣與普及，主要是在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)步驟相對(duì)較多，檢測(cè)設(shè)備投入非常大，整體焊接檢測(cè)成本過(guò)高，這些嚴(yán)重制約了該技術(shù)的應(yīng)用。未來(lái)，需要加強(qiáng)技術(shù)改進(jìn)，降低全息檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用時(shí)的成本投入。

3.4 滲透檢測(cè)

滲透檢測(cè)與其他焊接檢測(cè)技術(shù)相比，操作更為便捷。在具體焊接檢測(cè)過(guò)程中，在焊接部位涂抹一定的滲透液，隨后根據(jù)滲透的方式進(jìn)行焊接部位滲透性、密度等分析，根據(jù)結(jié)果綜合評(píng)估焊接質(zhì)量。但是，在滲透檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，極易受到外部條件的干擾。當(dāng)一些外部環(huán)境出現(xiàn)明顯變化后，滲透檢測(cè)工作就難以順利進(jìn)行，檢測(cè)結(jié)果也與實(shí)際存在較大差異。在特定的檢測(cè)場(chǎng)景與條件下，滲透檢測(cè)技術(shù)具有靈活性與便捷性。例如，如果焊接工作受到外部條件的影響，存在裂紋或者縫隙，涂抹滲透液后就能夠明顯地表現(xiàn)出質(zhì)量缺陷，對(duì)于焊接氣密性的檢測(cè)十分方便。

3.5 電磁檢測(cè)

電磁檢測(cè)技術(shù)包含磁粉檢測(cè)、渦流檢測(cè)和漏磁檢測(cè)等多種方式。磁粉檢測(cè)技術(shù)在鐵磁性材料的檢測(cè)方面更為有效，當(dāng)工件被磁化，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷時(shí)，缺陷處的磁場(chǎng)分布會(huì)發(fā)生一定變化。漏磁場(chǎng)的形成使得在光照條件下，會(huì)明顯觀測(cè)到磁痕，進(jìn)而顯示不連續(xù)位置、大小和形狀等。在機(jī)械工程檢測(cè)時(shí)，需要在內(nèi)部結(jié)構(gòu)中撒入磁粉，來(lái)準(zhǔn)確檢測(cè)出其與漏磁場(chǎng)作用的位置以及大小，進(jìn)而評(píng)估焊接缺陷位置和程度，同樣具有檢測(cè)的便捷性。渦流檢測(cè)技術(shù)的原理是電磁感應(yīng)，在實(shí)際檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，需將一個(gè)通交流電的線圈深入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，如果焊接結(jié)構(gòu)不存在任何質(zhì)量缺陷，線圈中通過(guò)的電流相對(duì)穩(wěn)定，保持一個(gè)恒定狀態(tài)，反之漏磁場(chǎng)會(huì)與線圈發(fā)生作用，在焊接部位出現(xiàn)渦流，渦流的形成改變線圈中通過(guò)電流的大小[6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，隨著焊接檢測(cè)技術(shù)的日益發(fā)展，在機(jī)械工程焊接質(zhì)量的控制方面，可選擇的檢測(cè)技術(shù)日益增多。為提高檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性，在檢測(cè)過(guò)程中，需要結(jié)合機(jī)械工程焊接的具體情況，選擇最佳的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。從操作的經(jīng)濟(jì)性、便捷性等方面著手，實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量的全面評(píng)估，加強(qiáng)對(duì)機(jī)械工程焊接的質(zhì)量控制。