金属材料焊接中超声无损检测技术的应用

【摘  要】超声无损检测技术已经非常成熟，而且在针对金属材料焊接中的检测也已经普遍应用。为了进一步总结超声无损检测技术的应用经验，最大限度地规避金属焊接缺陷，本文分析了超声无损检测技术特点，并归纳了一些应用方法。希望對提高金属材料焊接检测效率和质量具有借鉴和参考价值。

【关键词】金属材料;焊接技术;超声无损检测

金属材料焊接中，很多焊点看似毫无破绽，却可能存在明显的焊接缺陷。超声无损检测具有便携、探伤范围大、检测量值数据输出快等特点，更适合在针对金属焊接缺陷中应用。现作如下分析。

一、超声无损检测技术特点

在针对金属材料焊接效果的检测中，无损检测是主要的检测方法。通常情况下，可直接以肉眼检查观察焊接位置的接口完整度，是宏观检验的一种普遍方式。而用射线照相探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤等仪器检测，同时具备了无损检测的各种优势^[1]。肉眼宏观检测不可能完全准确，而使用仪器则能够给出精准的数据判断，对焊接部位的盲点检测结果也更具可信度。

超声无损检测，需要根据金属材料的性质来判断焊接标准。总体来看，超声波频率超过人耳听觉，是频率高于20千赫兹的声波。采用超声无损检测技术，用于对金属材料的焊接效果探伤，超声频率控制在25兆赫兹以内即可，其中1-5兆赫兹几乎适用于所有普通金属材料。

利用超声无损检测技术的优势较为明显，而且早已经应用于诊断金属材料焊接效果的检测中。超声检测数据更为客观和准确，而且也便于给出标准测定值。由于超声波探伤的探测距离较大，探伤装置体积更小，所以在很多施工项目中便于携带且适合各种环境。施工现场对钢筋焊接进行超声无损探伤，检测速度相对更快，而且探伤过程也只磨损了探头，消耗了少量耦合剂，相对的检测费用更低，故而在很多建筑工程项目中，检测金属材料的焊接工艺是否达标时，多采用超声无损检测技术。

二、金属材料焊接中超声无损检测技术的应用

（一）焊缝检测

焊缝中常见的缺陷有：气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等，根据（CSK-IA、CSK-ⅢA）准备标准试块。首先观察外观，而后完成致密性试验和水压强度试验。再对焊缝射线照相，使用超声波探伤或磁力探伤。返修规定主要是依据焊接金属材料而定，具体情况具体对待，总之要尽量降低返修次数。尤其在设备安装或厂房建设中，由于中大量使用钢结构，无损检测是保证钢结构焊接质量的重要方法，故而更要严格执行统一标准^[2]。虽然目前尚未有研究证明超声无损检测可以完全判断任何金属材料的焊接缺陷性质，但是也可以尽量根据检测仪器的反馈数据，综合反射波高度和缺陷波形状来判断焊接标准。

由于每一种金属材质的性质都并不完全相同，所以在选择耦合剂时，更应该综合考量黏度、流动性、附着力、对金属材料的腐蚀性问题，以及是否便于清洗。在探伤操作过程中可以综合选择粗探伤和精探伤。为了大概了解金属材料焊接位置的缺陷，以及金属材料焊接缺陷的分布状态，可以初次探伤时选择粗探伤。如果未发现明显缺陷，可以采用定量和定位的精探伤方法。使用锯齿形扫查、左右扫查、前后扫查、转角扫查、环绕扫查等几种扫查方式，从而便于发现各种金属材料可能存在的焊接缺陷。

（二）检测设备

HY-30超声波探伤仪，增益范围达到了110dB，频带宽度为0.4～20.0MHz，探测范围可以控制在0～6000.0mm以内。一般金属焊接的面积不超过这一范围，可精准测量焊接接口处的密实度。而且HY-30超声波探伤仪达到了56dB以上（深200mmΦ2平底孔），分辨率也高于40dB，动态范围在32dB以上。水平线误差值小于<0.1%，垂直线误差值小于3%，噪声电平也低于10%，更适合针对金属材料焊接情况的检测。尤其金属焊接检测模式包括了单探头、双晶探头、穿透探头，选用了可变脉冲发生器，衰减器精度可控制在±1dB/12dB以内，数字抑制在80%以内切不影响线性与增益。

可根据实际金属材料的焊缝生成自定义探伤工艺，自动生成DAC、AVG、分贝DAC 曲线图，取样点不受限制，对金属焊接补偿值与修正值的确定更准，曲线随增益自动浮动，随声程自动扩展。缺陷回波包括：水平、垂直、距离、dB当量值等关键数值的实时显示，而且焊缝剖面显示图更为精准。尤其峰值记忆和包络功能，为寻找较高波形提供了便捷，也就更容易发现焊接盲点。

（三）辅助检测

超声无损技术，在针对金属材料焊接中的运用，检测人员需要以实际检测情况选用更为适合的检测方案。可以在选用超声无损检测之后，同时参考雷达波检测结果和磁粉探伤检测结果，对金属焊接效果作出更为客观的综合判断。超声无损检测技术优势，主要是对金属材料焊接定位更准确，而且识别性更强。

如果一些特殊金属材质，所得无损检测数据前后偏差值较大，可以用红外线成像技术探查接缝处。由于金属材质的导热性能不同，在一些特殊环境下，红外成像仪检测的辐射信号范围更广且具象化输出，可以作为金属焊接效果的辅助判断依据^[3]。更适合与超声无损技术联合使用，更为精准地判断金属材质的焊接工艺是否达标。虽然无损检测技术更便于针对金属材质焊接进行检验，但是由于检测结果受环境影响产生的误差或偏差也比较明显，所以建议实际应用中考虑结合其他检测技术，最大限度地提高检测结果精准度。

结语

综上所述，超声无损检测技术特点是便携性好、探伤范围大、检测量值数据输出更快。针对金属材料焊接中出现气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹等缺陷，具有较为精准的检测效果。建议在使用超声无损检测技术对金属材料焊接进行检测时，注重分析金属材质特性，从而甄选耦合剂并完成焊缝检测，甄选检测设备并在必要时选用辅助检测数据作为参考。

参考文献：

[1]何龙龙，张闯，李泽欢，刘素贞，杨庆新.涂层厚度与粘接质量的电磁声谐振无损检测[J].声学学报，2021，46（02）：292-300.

[2]郑凯，武兴，李俊燕，倪辰荫，沈中华，马向东，俞燕萍，何君华.高温下金属材料厚度的激光超声检测研究[J].机械工程学报：1-7.

[3]高鹏，王明宇.关于无损检测脉冲反射法超声检测中探头选择问题的探讨[J].大众标准化，2021（01）：252-253.

作者简介：

张若雯（1994.07）女，汉，辽宁省，沈阳市人，本科学历，辽宁石油化工大学，测控技术与仪器（检测方向）。

（作者单位：辽宁石油化工大学）