超聲無損檢測技術(shù)在金屬材料焊接中的應用探討

胡秋月

隨著我國信息技術(shù)的大范圍使用，鋼鐵、銅等金屬材料成品的生產(chǎn)領(lǐng)域也愈來愈大。焊接技術(shù)作為一門單獨的工藝，在各個地方得到了普及與運用。其中，機械配件制造業(yè)是利用焊接技術(shù)較為廣泛的生產(chǎn)行業(yè)。所以，人們對金屬焊接的檢驗技術(shù)精度也日益關(guān)注。金屬焊接材料的高精度、高質(zhì)量，是實現(xiàn)中國金屬焊接產(chǎn)業(yè)長遠發(fā)展的重要技術(shù)策略。自超聲波技術(shù)普及應用以來，尤其是針對金屬產(chǎn)品的質(zhì)量檢測領(lǐng)域，成功促進了金屬產(chǎn)品檢測和制造的發(fā)展。在這一環(huán)節(jié)中，許多設備都是由金屬材料制成的，在主要領(lǐng)域也使用了焊接技術(shù)。所以，在工業(yè)產(chǎn)品中，對焊接工藝提出了更嚴格的要求，金屬產(chǎn)品的質(zhì)量檢測工作所占的比重也越來越大。

1 無損檢測技術(shù)

1.1 無損檢測技術(shù)概念

無損檢驗技術(shù)指在不損傷或影響被檢查物品的自身使用性能的條件下，通過利用光、磁、聲、電等特性檢測檢查的物品中有無存在缺陷以及不均勻特性，從而揭示出缺陷的具體部位、特性、嚴重程度及其數(shù)量，進而判斷檢查物品的技術(shù)狀況(如使用壽命、合格與否等)所有手段的總稱。

1.2 無損檢測技術(shù)應用

①無損檢測的最大特征就是能夠在不破壞金屬材料或者內(nèi)部結(jié)構(gòu)的條件下進行檢測。因此，進行無損檢測后，金屬產(chǎn)品的檢測合格率可達到100%。但是，并不是所有需要檢測的物體和相關(guān)數(shù)據(jù)都可以通過無損檢測得到，無損檢測技術(shù)自身也有一定程度的束縛性。有些實驗只能通過破壞性實驗，所以無損檢測和破壞性實驗不能夠一視同仁一般來說，針對每一個配件、金屬材料、機械甚至金屬設備的評價，都務必與無損檢測手段和破壞性測試的最終結(jié)論加以互相比較與匹配，才能得到較為精確的評價結(jié)論；②準確選定金屬材料采用無損檢測的最好時間:無損檢測時，都務必按照無損檢測的目標正確選擇無損檢測的最好時間；③準確選定最適用的無損檢測手段：由于各種無損檢測手段都各有自身的優(yōu)點，為提高無損檢測結(jié)論的精確度和可信度，應當按照金屬材料實際的類型、形狀、尺寸選擇材料以及適當?shù)牟粨p檢測方式。并按照有關(guān)設備材質(zhì)、工作介質(zhì)、加工方式、適用環(huán)境及其故障類型判斷可能出現(xiàn)問題的部位與方向；④由于所有無損檢查手段都是非通用的，所以各種手段均有自身的優(yōu)缺點。應該盡量采用各種檢查手法互相參考比較，去其糟粕，揚長避短，以確保檢測設備的安全工作。同時，在無損檢驗的應用領(lǐng)域中，還應充分考慮到檢驗工作的目的并不能只是片面追求"高質(zhì)量"，而且在保證足夠的穩(wěn)定性和適當風險度的條件下，注重檢測工作的經(jīng)濟性。唯有實現(xiàn)了這幾點，以及無損檢測技術(shù)在承壓相關(guān)設備中的廣泛運用，方可達到期望的目標。

2 超聲波無損檢測技術(shù)

2.1 超聲波無損檢測技術(shù)概念

超聲波無損測試技術(shù)，是一項高質(zhì)量、高精度的測試技術(shù)。隨著世界經(jīng)濟一體化的長遠發(fā)展，不同發(fā)達國家之間在積極進行經(jīng)貿(mào)交流的同時，也逐步達成了科技交流的共同目標，為中國國內(nèi)技術(shù)先進水平的提高，打下了扎實的技術(shù)基礎(chǔ)。超聲波無損檢測技術(shù)，主要是利用超聲波在物質(zhì)內(nèi)與物質(zhì)外二者之間的往返傳遞，來檢驗金屬材料的品質(zhì)能否合格。超聲波傳感器在各種媒介中的傳遞速率是迥然不同的。在一般的固態(tài)介質(zhì)材料內(nèi)部，工作溫度越低，傳遞速率越快，而應力條件就能直接影響傳導頻率。此外，金屬材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻也會直接或間接地負面影響超聲的傳播速度。另外，超聲波無損檢測技術(shù)具備廣泛的檢測深度以及檢測精度，為實際質(zhì)量檢測工程中的合格率發(fā)揮了重要作用。

2.2 超聲波無損檢測技術(shù)原理

超聲波無損檢測技術(shù)原理主要依靠超聲波在檢測樣品中的傳播特性。①超聲波由聲源產(chǎn)生，采用一定方式使超聲波進入檢測樣品；②超聲波在檢測樣品中傳播，并與檢測樣品材料和缺陷相互作用，其傳播方向或特性發(fā)生變化；③通過檢測設備接收檢測樣品變化的超聲波，并可對其進行數(shù)據(jù)處理和分析；④根據(jù)接收到檢測樣品的超聲波的特征，評估檢測樣品本身及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在缺陷或者缺陷的特征。

2.3 超聲波無損檢測適用領(lǐng)域

在焊接金屬材料時，材質(zhì)本身會產(chǎn)生各種的問題。所以，在進行焊接品質(zhì)檢查時，必須選擇各種檢查方式。在并行檢查方法中，以超聲波無損檢查技術(shù)為主，輔助其他檢查技術(shù)進行綜合檢查。

①從測試對象的材質(zhì)來看，可適合于非金屬材料、各種金屬及其復合物等；②從測試對象的生產(chǎn)過程來看，也可適合于各種金屬鑄造、焊接件、鍛壓機械、膠結(jié)類件等；③從測試對象的外形來看，可適合于各種金屬棒材、管材以及實木板等；④從測量對象的尺寸大小來講，可以厚度精確到幾毫米，或者也可能大到幾米；⑤從測量對象的缺陷部位來講，可以應用在內(nèi)部缺陷和表面缺陷上；⑥在航天應用領(lǐng)域，可以借助超聲波等無損測量技術(shù)的先進性能優(yōu)點，將高能束焊接技術(shù)和固態(tài)焊接技術(shù)引入到航天相關(guān)連接器中。另外，超聲無損檢查技術(shù)也在造船業(yè)進行了大量的使用，可以不斷提高半自動焊接水平，更好地減小造船生產(chǎn)成本，提高整個造船工藝水平。

3 超聲波無損檢測的優(yōu)缺點

3.1 超聲波無損檢測的優(yōu)點

超聲波無損檢測技術(shù)應用在各類不同的物體檢驗領(lǐng)域中，往往能夠取得十分理想的成效。也因為該技術(shù)有著優(yōu)異的特性，在眾多應用領(lǐng)域中獲得了普遍的應用。其中以機器工業(yè)和鋼鐵工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)使用較為普遍。對于金屬超聲波的無損測量技術(shù)，在其使用過程中，不但能夠測量金屬板材，還能夠測量非金屬材料，因此有著非常好的適應性。同時，與超聲無損監(jiān)測技術(shù)及其他類似的技術(shù)與手段比較，該技術(shù)有著更為突出的優(yōu)點。它能夠更加深入檢測過程，從而找到被檢測對象的隱蔽性問題，并從不同程度上避免了物質(zhì)、人力、財力的過度輸出。使用該技術(shù)時，由于它自身生產(chǎn)成本不高，而且檢測手段比較靈活，是其他類型技術(shù)無可比擬的，但隨著計算機技術(shù)等新興科學技術(shù)的推廣，超聲波無損檢測技術(shù)的科技成本也很高。這些情況都在一定程度上提高了金屬零件的穩(wěn)定性，這不但能夠大大提高測試效果，同時也能夠確保了測試過程中工作人員的安全性。

3.2 超聲波無損檢測的缺點

就現(xiàn)狀分析，超聲無損檢查技術(shù)已經(jīng)達到了一定的效果，但它既有優(yōu)點，也有缺點，還存在很大的缺陷。所以，若要積極探究超聲無害檢測在當前金屬材料焊接過程中的實際運用，就需要在了解以上內(nèi)容的基礎(chǔ)上，剖析超聲無害檢測的缺陷，并采用相應的檢測手段。

超聲波無損檢測的宏觀局限性:超聲波無害檢測的主要原理，是利用在固體物質(zhì)中的回波能力來確定瑕疵的程度。但該種方式比較復雜。對形態(tài)不規(guī)則的產(chǎn)品，往往很難有效地找到實際存在的瑕疵。而目前，人們?nèi)绻麩o法精確掌握瑕疵的具體程度和部位，將對今后的工作進展產(chǎn)生一定的負面影響。因此超聲波無害檢測對被檢物料的質(zhì)量有嚴格標準規(guī)定。才能夠測量到瑕疵。但假如我們不能了解瑕疵的具體長度和大小，則就不能夠針對實際狀況制訂相應規(guī)劃。另外，超聲波無害檢測在面積形態(tài)測量與容積測試方面也存在著顯著的差異。據(jù)有關(guān)調(diào)查證明，區(qū)域形態(tài)的測量效率遠高于容積測量效率?？梢?，在外形測量流程中還是存在著一定問題。

超聲波無損檢測的微觀缺點：超聲波無損檢測人員的技術(shù)能力達不到標準，不能滿足特定的超聲波無損檢測任務，導致自身工作目的混亂，無從下手。同時，一些超聲波無損檢測作業(yè)人員配置存在諸多問題，如人員專業(yè)不匹配，超聲波無損檢測技術(shù)人員的失誤、疏忽或?qū)φ麄€檢測過程的不熟悉導致操作過程中必要的標準和程序出現(xiàn)錯誤。另外，在超聲波無損檢測過程中，沒有按規(guī)定對超聲波無損檢測工具和焊件材料進行檢驗，管道和乙炔會發(fā)生一定的反應，也會發(fā)生爆炸。另外，在超聲波無損檢測過程中，如果工作結(jié)束后現(xiàn)場不打掃干凈，造成一定的火災，也會造成相應的安全隱患。

4 超聲波無損檢測的作用

由于超聲波無損測試技術(shù)在金屬焊接中的廣泛應用，有關(guān)專家很快發(fā)現(xiàn)它能夠測量金屬的缺陷。它包括檢查金屬內(nèi)部缺陷的功能，以及檢查金屬焊接宏觀缺陷的功能和檢查金屬焊接微觀缺陷的功能。

內(nèi)在缺陷:當對金屬內(nèi)部進行檢查時，如能發(fā)揮超聲波無損檢查的優(yōu)點，很好地進行了檢查，但由于金屬內(nèi)在的問題并不受一個方面的因素影響，檢查缺陷的方法也很多，這也是金屬焊接接頭性能無法控制的主要原因，而在生產(chǎn)金屬的焊接使用中，也需要確保焊接材料的質(zhì)量完好。所有這都必須尋找有效檢查金屬內(nèi)在問題的辦法。而超聲波無損檢查技術(shù)就能夠很好地做到這一點，可以及時發(fā)現(xiàn)并檢查金屬的內(nèi)在問題。在生產(chǎn)金屬焊接過程中，由于受到了多方面的環(huán)境影響，在焊接接頭中出現(xiàn)了多個問題，從而導致焊接接頭的性能不連續(xù)。所以，在金屬材料焊接過程中，每種金屬材料的內(nèi)在完整性都是確定整個焊接材料完整性的重要基礎(chǔ)。超聲波無損檢驗技術(shù)就可以來檢驗金屬材料的內(nèi)在缺陷，通過判斷材料中是否出現(xiàn)了裂縫、氣洞、夾渣、未焊透等問題，確定了金屬材料自身的內(nèi)在質(zhì)量。

宏觀缺陷:在焊接過程中，由于熔融的各種金屬物料從焊接外流向未熔融的母材，所產(chǎn)生的各種金屬瘤也叫做焊道。在焊接過程中，由于熔化深度遠大于工件厚度，從而使得熔融金屬材料直接流過焊接背面而產(chǎn)生了穿孔。夾渣是工件焊接時在焊接中產(chǎn)生的夾渣，另一種則是在材料焊接流程中形成的氣體夾渣。在熔化金屬材料中，包裹著氣體時會引起氣洞的產(chǎn)生。而另一種則是在工件焊接時，金屬材料之間產(chǎn)生的裂縫。咬邊、焊道、凹模，還有表面的氣洞、表面橫向和縱向裂縫，以及焊趾裂縫等也會產(chǎn)生。

微觀缺點:在焊接工藝不規(guī)范、局部焊接工作溫度偏高、焊接表層氧化物等方面。微觀缺點都會影響金屬材料的焊接品質(zhì)。因此使用超聲無損測試技術(shù)就能運用超聲測量金屬材料焊接中的各種指標，以便于真實反應焊接微觀結(jié)構(gòu)問題，改善焊接缺點，從而提升金屬材料的焊接品質(zhì)。在焊接處理過程中，因為焊接工藝的不規(guī)范，造成了焊接區(qū)局部整體受熱時間過長，導致了焊接晶粒變大的過熱狀態(tài)，而在此范圍內(nèi)低碳鋼很容易產(chǎn)生魏氏組織，中碳鋼高碳鋼為網(wǎng)狀珠光體，因此應該退火和正火消除；溫度過高而且長期滯留于焊接處，粗晶區(qū)(過熱區(qū))，這就是熔化組合區(qū)的主要特征，也正因為在熔化組合區(qū)內(nèi)的化學反應和物理性能極不平衡，就導致了熔化組合區(qū)內(nèi)是焊接中最脆弱的區(qū)域；在焊接過程中，因為凝結(jié)速率和結(jié)晶方向而導致的內(nèi)部成分向一方集中的熱偏析現(xiàn)象。

5 超聲無損檢測技術(shù)在金屬材料焊接中的實際應用

超聲波具有傳遞能量和信息的功能。另外，超聲無損檢查有獲取材料簡便、成本低、操作簡易、受外部影響較小、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢，因此在檢測中得到了廣泛的使用:

5.1 鋼管混凝土密度和均勻性的檢驗和測量

超聲波在檢測鋼管混凝土的密度和均勻性方面起著重要作用。超聲波是一種高頻聲波，具有傳遞能量和信息的功能。如果超聲波傳播過程中出現(xiàn)能量損失和高頻波損失，可以根據(jù)這些性能檢測鋼管混凝土的密度和均勻性。如果鋼管混凝土密度大，整體均勻性好，超聲波在傳播過程中能量損失小，高頻波消耗低，更多的高頻波會到達檢測探頭。如果鋼管混凝土密度較小，均勻性較差，則超聲波能量損失較大，高頻波損失較大，低頻聲波到達探頭。

5.2 橋梁內(nèi)部加固的健康檢測

橋梁的重大安全隱患往往會造成及其重大的結(jié)果，但現(xiàn)已有許多橋重大安全事故時有發(fā)生，導致了巨大損失，妨礙了交通方便，主要的危害是嚴重危害了人身。所以要定時地對大橋進行進行橋梁健康檢查，利用超聲波等無損檢測技術(shù)探查橋的結(jié)構(gòu)情況，并與橋原有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)加以對比，確定了橋的損失程度，并做出全面而科學的分析，及時提出了相應的預案，并做好維修，同時做好了預防工作和一系列適當?shù)谋Ｗo措施。大橋的重大安全隱患往往將導致嚴重后果。橋的重大安全事故時有發(fā)生，導致了巨大的損失，妨礙了通行的方便。主要危害是對人身的嚴重威脅。所以，很有必要定期地對橋梁結(jié)構(gòu)進行健康檢查，通過超聲波無損測量技術(shù)對橋梁結(jié)構(gòu)進行檢查，并與橋梁原結(jié)構(gòu)進行比較，以確定橋梁的質(zhì)量損失程度，從而進行更全面、科學的分析，及時制定相關(guān)方案，開展維修，做好防御等一系列相應措施。

5.3 裂縫監(jiān)測

裂縫測量也是超聲波探傷和焊接質(zhì)量無損檢驗的重點。一般來說，裂縫的回波寬度一般很大，且振幅范圍較廣，會形成許多峰值。在將探頭平移時，反射波形也常常不斷改變。同時，在探頭轉(zhuǎn)動時，斷裂的頂飾也常常會上下移動。但應當重視的是，斷裂是一個十分危險的缺陷。這些缺陷的出現(xiàn)不但會影響焊接接頭的強度，同時也會使熱應力過分集中，這往往會成為結(jié)構(gòu)受到破壞的主因。所以，在裂縫檢查流程中，技術(shù)人員應該增加對焊條或接劑的堿度，并選擇合適的焊接順序，以增加焊接收縮的自由度，從而最終推動了超聲波檢測能力與焊接質(zhì)量及無損檢驗效能的進一步提升。

5.4 夾渣檢測

夾渣檢測的超聲波檢查和無損檢驗的意義，不言而喻。通常，點狀夾渣的返波信號通常和點孔的返波信號相同，但由于條形夾渣的返波信號一般為鋸齒形，所以其幅值并不高。另外，鋼帶夾渣波浪形有時成樹枝形，主峰旁還有其它小峰。同時，探針的平移振幅也會發(fā)生變化。工作人員在往不同方向檢查時會發(fā)生反射振幅差異，因此，產(chǎn)生這種問題的主要因素是由于焊接電壓太小或轉(zhuǎn)速太快，以及熔渣溫度上漲的幅度太大，焊接邊緣清理不干凈。所以，工程技術(shù)人員應該通過合理選用焊接電流，以及合理選用帶鋼輸送角的連接速度，推動超聲波探傷與無損測試等應用技術(shù)水平的有效提升

5.5 合理把握無損檢測的機遇

隨著金屬材料特性的差異，金屬材料的實際焊接質(zhì)量出現(xiàn)了較大差別。主要因素是測試時間完全不同。亦即對于同樣的金屬材料，結(jié)果也大相徑庭。所以，在實際焊接中，根據(jù)金屬材料特性的不同，選用最合適的焊接時間。在選用試驗時間時，也應該按照其性能水平的不同，盡量選用在柔佛蘇丹的試驗時間。若技術(shù)人員要求及時完成檢測，則針對當前實際狀況確定具體日期。同時，金屬焊接與超聲檢查分屬二個不同的工種，由不同的工人與技師完成。首先必須要在無損檢測技術(shù)人員進行突破。堅持做好對重大無損檢測任務的決策。部署，執(zhí)行以及評價要抓好。同時還要貫徹落實好有關(guān)得獎、批評、懲罰。在無損檢測過程中，強化對無損檢測作業(yè)檢查的相關(guān)要求，將各個部門的責任落實到人頭。全面樹立無損檢測作業(yè)人員的安全生產(chǎn)理念，可以通過重視安全條例實施以及無損檢測培訓活動，以及規(guī)范現(xiàn)場無損檢測管理要求達到目的。但是，超聲波無損測試技能一經(jīng)融入金屬材料焊接工作中，這二項管理工作就將形成更密切的聯(lián)絡。所以，為促進超聲波檢查科技更高效的使用，就有必要在這二個環(huán)節(jié)中做好技術(shù)人員間的交流與互動，以培養(yǎng)合作默契，提高工作效率。

5.6 注意事項

通過研究超聲波無損檢驗技能在金屬實際工程設計中的運用，可以發(fā)現(xiàn)超聲波無損檢驗技能在日常金屬焊接中的運用，應當注重以下幾點:在金屬材料圖紙設計中首先確定了焊接金屬的技術(shù)條件，并選用了合適的超聲波無損檢驗標準；第二，首先明確了超聲波無損檢驗技能的正確使用時間，并針對金屬的整個工藝環(huán)節(jié)對其技術(shù)處理開展了實際測試與運用；第三，通過明確了超聲波無損檢測技術(shù)的探頭定位，可以進一步提高了測量數(shù)據(jù)的精確度；其四，在超聲波無損檢測技術(shù)的數(shù)據(jù)中，明確定義了反射波的振幅值，從而進一步提高了超聲波反射電路的精確性、完整性和速度。

6 結(jié)語

綜上所述，超聲波無損測試技術(shù)在金屬材料焊接中的運用作為近年來的一個新技術(shù)發(fā)展趨勢，對世界金屬材料焊接理論和技術(shù)的發(fā)展趨勢起了關(guān)鍵性的影響。所以，在實踐工作中，應該確定了金屬材料焊接的有關(guān)概念，使工業(yè)產(chǎn)品與測試技術(shù)相結(jié)合，在各個方面保障了工業(yè)產(chǎn)品的性能與技術(shù)開發(fā)。在應用了這些技術(shù)的同時，還大大提高了工作的精確度和準確度，大大緩解了工作的壓力，從而推動了工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展。在目前的制造業(yè)中，利用對金屬焊接和超聲波技術(shù)的深入研究，人們能夠在第一時間判斷具體缺陷的部位、實際厚度以及整體寬度。因此，一方面能夠更有效的改善金屬焊接工作的總體品質(zhì)，另一方面也能夠極大地提高制造效率。