海洋工程无损检测方法和特点分析

杜加辉　宋青武

【摘 要】在能源需求日益高涨的今天，各国都加大海洋油气资源的开发力度，对海洋工程装备制造的需求也相应地大幅增加，而对焊接的无损检测技术在海洋工程装备制造中具有举足轻重的重要地位，是确保海洋工程装备正常投用和安全运行的关键环节。本文主要介绍海洋工程装备制造中主要焊接缺陷的分类以及几种主要的无损检测技术的特点和应用。

【关键词】海洋工程；无损检测；特点

前言：

在海洋工程装备的制造的过程中，由于质量控制的需要，必须对材料、工件或结构物进行各种检测，以判定其是否符合要求，而检测所采取的方法必须是对被检物体没有损害的，这些方法就统称为无损检测。近年来，随着科技水平的发展提高，无损检测的方法和手段也都有了很大的发展，目前，在海洋工程领域应用较为广泛的检测方法主要有射线检测、超声波检测、渗透检测、磁粉检测等。

一、海洋工程无损检测的定义和目的

海洋工程无损检测的定义：在不破坏试件的前提下，借助于现代化的技术和设备器材，对试件的内部及表面的结构、性质和状态及缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法。

海洋工程无损检测的目的：保证产品质量、保障产品使用安全、降低生产制造过程的成本。

在保证产品质量方面--由于海洋工程所涉及的结构物往往体量庞大，价格昂贵，对产品质量要求很高，而运用无损检测技术，可以探测到工件表面以下隐藏的缺陷，给产品质量提供有力的保证。

在保障产品使用安全方面--运用无损检测技术，对制造过程中的产品以及在役设备产品进行定期检查，可以及时发现材料内部缺陷，采取措施避免事故发生，从而保障了生产和使用的安全。

在降低制造成本方面--在海洋工程装备制造的某些中间过程可以利用无损检测及早发现缺陷和返修，避免全部工序完成后才发现缺陷再从头返工而造成的材料和工时浪费，从而降低总的制造成本。

二、海洋工程无损检测方法的分类和应用

1.）射线检测

这种技术是通过设备操作以X射线或伽马射线穿透被检试件，以试件后方胶片记录射线通过试件之后变化情况的无损检测方法，该方法是应用最广泛也是最基本的一种无损检验方法。其原理：对被检试件发射X射线或者伽马射线，透过材料时被吸收部分辐射能量后，X射线或伽马射线的强度就会发生衰减，衰减分布情况不同的射线照射到胶片上，经显影后材料内部是否存在缺陷等情况就可以显示在胶片上，包括缺陷大小、形状、数量等特征，以此判断该缺陷的性质和危害。射线检测的特点是定性准确度高，有胶片可供长期保存，检测总体成本也相对较高，其射线对人体健康有害，检验操作周期较长。目前，射线检测技术方法在海洋工程中主要应用于检测焊缝内部的缺陷，特别是对于焊接技术要求较高的产品。

2.）超声波检测

超声波检测的原理是利用超声波在试件内部传播时与试件的相互作用产生反射、透射和散射。具体做法是，通过声源产生超声波，操作探头使超声波通过特定角度或方式进入被检测试件，超声波在试件内部传播过程中必然会与试件材料发生相互作用，如果试件内部存在缺陷，就会使超声波的传播特性和方向发生变化，在检测设备接收到回波后，可以对回波进行处理和分析，以此对试件的内部情况做出合理的判断，得出试件是否存在缺陷的结论并给出相应的缺陷特征等信息。超声波的穿透能力强，可以应用于金属、非金属以及复合材料等多种材料的无损检测。在缺陷的定位方面，超声波检测的方法较为准确，特别是针对面积性的缺陷，超声波检测的检出率较高，而对于小尺寸的试件的内部缺陷，超声波检测的灵敏度同样很高。超声波检测在经济性和环保型具备优势，检测过程方便快捷。

3.）磁粉检测

磁粉检测的原理主要是对磁场的工程应用，如果被测试件的内部存在缺陷，就会导致材质产生不连续性，这种不连续性会导致穿过材质的磁力线发生变化，而磁粉检测正是通过监测这种变化而实现对于试件的检验。在磁粉检测过程中，首先必须对工件或试件进行磁化，而这些工件和试件必须是铁磁性的，然后在试件表面施放磁粉，在试件内部存有缺陷的情况下，材质的不连续会使试件表面和近表面的磁力线发生局部改变，施放在试件表面的磁粉能够明确反映出磁力线也即磁场的分布情况，通过这种分布情况即可判定缺陷的位置大小和形状。

4.）渗透检测

渗透检测的原理主要对毛细现象的工程应用。首先将着渗透液涂于试件表面，等待一段时间之后，如果在试件表面存在有裂缝等缺陷，毛细管效应会使渗透液慢慢地渗透入试件表面的开口缺陷中去。然后用清洗剂清除试件表面多余的渗透液，待干燥后再将显像剂涂在试件的表面，试件缺陷处的渗透液同样在毛细管作用下被显像剂吸出，在试件表面形成可以辨别的显示缺陷部位的颜色痕迹，从而达到直观地判断缺陷的形态及分布情况的效果。渗透检测只适用于对表面开口型缺陷进行检测，不适用于疏松材料和多孔性试件以及不光滑表面的试件。通过渗透检测体现的只是缺陷的表面分布情况，对于表面以下的缺陷情况如深度和大小等信息则无法给出具体评价。

三、海洋工程无损检测目标缺陷的分类

作为无损检测的探测目标，在海洋工程装备制造过程中的材料或焊接接头中可能出现的几种主要缺陷分类如下：

裂纹：这是危害性最大的一种缺陷，因为裂纹是线性不连续的，而且它的端部非常尖锐，在有应力的情况极易扩展和延伸。按产生温度可分为热裂纹和冷裂纹，按方向可分为纵向裂纹、横向裂纹。裂纹是在焊接热应力及其它因素共同作用下，在焊接接头内形成的局部区域的新界面和缝隙。裂纹除了导致接头力学性能降低外，还极易在裂纹末端的尖口引起应力集中，使裂纹向外延伸，导致焊接结构开裂。裂纹是不允许在焊缝中存在的。

气孔：焊接冷凝时未能逸出而固化在焊接金属中的气泡或空洞。气孔可分为分散气孔，密集气孔，线状气孔和管状气孔。由于它的外形接近球状，不易延伸和扩展，所以气孔的危害相对最小。如果是气孔处于焊缝压力边界，那么气孔有可能造成介质泄漏，所以不能完全忽视它的危害。

夹渣：焊接后残留在焊缝中的熔渣，有点状和条状之分。产生原因是熔渣的流动速度落后于熔池中熔化金属的凝固速度，当熔化金属冷却凝固时，熔渣不能够及时浮出熔池而形成的。它主要存于焊道之间和焊道与母材坡口之间。

未熔合：未熔合是一种焊接的不连续，表现为焊道与母材之间或焊道与焊道之间未完全熔化结合，即熔合度未达到规定范围。由于未熔合呈线形并且末端相对尖锐，有导致扩展的倾向，所以必须引起注意。未熔合存在于焊接部位的很多区域。未熔合的起因通常是由于焊工操作焊条不当，另外某些焊接方法如GMAW相对更易产生未熔合缺陷，因为热量不够集中导致焊缝金属未能充分熔化。

未焊透：未焊透主要是坡口焊缝中出现的缺陷，焊接时焊缝金属没有贯穿整个接头的厚度，在根部出现未完全熔透的现象，表现为间隙或钝边未被熔化而留下间隙，或是母材金属之间没有熔化，焊缝熔敷金属未能进入根部而造成缺陷。产生原因为焊接方法不当或接头形状不当。不同规范对此要求不同，有的不允许任何未焊透出现，有的允许焊縫不需要全焊透。

结束语：

通过上述分析说明海洋工程的无损检测应用的是较为先进的科学原理与探测检验技术，对于海洋工程中常见的各种类型缺陷，只要把这些检测技术有机的结合起来，在实际运用中就可以最大限度的覆盖所有缺陷，取得显著的探测效果，而无损检测对于保证海洋工程质量的重要意义也因此显现出来。

参考文献：

[1]雷毅，丁刚，鲍华等.无损检测技术问答.北京：中国石化出版社，2013：1.

[2]冯子蒙.超声波无损检测与评价的关键技术问题及其解决方案[J].煤矿机械，2009（9）.