焊接质量的超声波探伤无损检测探析

曾琛翔

（中国神华能源股份有限公司国华惠州热电分公司，广东 惠州 516082）

1 超声波探伤无损检测焊接质量的原理

超声波探伤无损检测的原理是利用声波在焊接口的传播，通过回收声音的回波来判断焊接质量的一种检测方式。这种检测方式因为不需要直接的接触，而且也不属于破坏性检测，所有现在很多的焊接质量检测都用超声波检测，比如长距离输油管道的焊接质量检测、薄板铝合金的焊接质量检测、钢结构的焊接质量检测等。

超声波探伤无损检测在不同的介质中传播的形式有所区别，我们知道声波在空气中衰减很快，这也是为什么我们说的话传不了很远。所以超声波检测需要使用油或者水作为介质，通过收集在介质中反射或者透射的声波，转换成在示波器中的波形显示，再通过波形的波长、反射时间等信息判断被检测材料是否存在焊接质量问题。

因为超声波探伤检测方式十分的方便、简单，而且检测后不会对被检材料产生任何影响，是一种方便快捷安全的检测方式，目前已经应用在各大领域。

2 超声波探伤无损检测焊接质量的检测方法

2.1 穿透法

穿透法顾名思义就是通过声波的穿透来进行检测。通过声波发射设备对被检测物品发射脉冲波，脉冲波会持续作用在被检测物品上，然后在被检物品的另一边需要放置接收设备接收穿透过去的声波[1]。

穿透法是根据声波在不同介质中的传播特性不同来进行判断，原理相对简单，只需要将被检测物品放置在两个探头中间即可，两个探头一个发射一个接收，再通过示波器进行分析即可。

2.2 脉冲反射法

脉冲反射法相较于穿透法区别不大，穿透法是接收穿透被检测物品的脉冲波，脉冲反射法是接收作用于被检测物品的脉冲波的反射波。这种检测被检物品的方法还有个名称叫缺陷回波法。同样后续也需要通过仪器的分析才能进行判断。

2.3 共振法

共振法有些不一样，产生声波的位置在被检物品的内部，主要适应于管道等被检物品，因为声波波长是被检物品的固定整倍数时，发射出来的声波会产生共振，这时候通过仪器的检测能够确定被检物品是否存在焊接质量问题，同时能确定有质量问题的准确位置。

2.4 TOFD法

TOFD法相对来说更加的复杂。TOFD法需要在某个环境内布置多个探头，分别进行脉冲波的发射和接收。然后再将被检测的物品放置到这个环境中，所有的脉冲波在经过被检测物品时会产生穿透、反射、衍射等一系列的动作，通过对仪器对这些波形的分析，就能确定被检测物品的焊接质量以及出现焊接质量问题的位置。

TOFD法对于缺陷的检测更加全面和准确，相较前面几种方式更加可靠，对于焊接质量问题的走向并不敏感。所以该检测方法在比较重要的零部件检测中使用较多。

3 超声波探伤无损检测焊接质量的注意事项

3.1 技术要求

超声波探伤无损检测焊接质量的方法需要有一定的技术要求，在进行检测之前，检测人员需要根据被检测物品的结构及设计图纸、焊接图纸进行分析，了解其可能存在的问题及位置，分析探头放置的位置，检测过程中还需要遵守相关的国家标准规定进行操作。

除此之外，还要排除其他的因素的干扰。第一是检测人员的干扰，检测人员一定要在熟悉设备、检测步骤之后才能实际进行操作；第二是检测材料的干扰，比如在耦合剂的选择中，不能对被检物品产生影响，并且检测完成后还要便于清理；第三是检测环境的干扰，所有的检测必须在空旷安全的环境中进行，狭小的环境会严重影响接收到的脉冲波，另外，现场的管理必须有条不紊，不能出现步骤错乱或者人员资质不齐的情况[2]。

超声波检测时一项技术较高的高精检测，对于人员、环境、技术的要求相对较高，检测人员的高素质，检测流程的透明有序和检测环境的规范都能使检测结果更加科学有效。

3.2 使用要点

在进行超声波探伤无损检测焊接质量时有两个需要特别注意的要点，一个时检测的焊缝长度，还有一个是探伤的时机。

先说说焊缝的长度，在进行检测时要根据实际的焊缝长度计算确定好需要检测的焊缝长度，避免出现焊缝过长时检测的比例不够导致检测不完备。同时，检测时的焊缝长度不得小于200mm，对于小于200mm的焊缝检测结果准确性会降低。如果在检测的过程中发现了被检测的物品存在焊接质量问题时，要延长检测的长度，但是整体的比例还是要维持在一定的比例内[3]。

另一个是检测的时机，因为焊接是在高温下进行的，温度对于材料有一定的影响，比如对碳素钢进行检测时，一定要在碳素钢自然冷却后，并且在室温的条件下维持12小时才能进行检测。这样检测的结果更加符合实际的情况。

3.3 仪器校准

另一个对检测结果有重大影响的是仪器的准确程度，仪器的校准又分为两个方面，一方面是仪器本身的准确度校正，另一方面是对于被测物品影响检测结果的存在需要进行清理。

仪器本身的校准是检测前必须经过的重要一步，检测前先对仪器的曲线进行检测，从垂直和平行两方面的数据看曲线是否正确，精确度是否正确。如果存在偏差需要进行修正，一定要保证在检测前，仪器的曲线和精度都是正确的。

除了仪器的准确外，还有探测面和被检测物品也存在影响检测结果的存在。仪器探测面整体的粗糙程度一定要和被检测物品的粗糙程度基本一样。另外，被检测物品表面影响检测结果的如一些锈蚀和未清理的焊渣等，也要在检测前及时清理，减少影响检测结果的因素，提高检测准确度和精度。

4 超声波探伤无损检测焊接质量的主要检测内容

4.1 气孔检测

气孔是焊接中最容易出现的焊接质量问题，简单说就是焊缝中存在像莲藕一样的孔洞，形成的原因还有很多方面。主要是焊条的质量、焊接时焊接师傅的手艺、焊接时电流的大小、以及焊完之后冷却烘干的条件等，这些方面都是会影响气孔的产生。在检测的过程中怎么判定气孔呢？如果是单个的气孔，在脉冲波的反射中反应会很明显，反射波的幅度比较大，而且能够稳定存在。对于气孔，无论从哪个方向去探伤，最后形成的波形大体差不多，但是一旦移动探头去探测，波形基本就会消失。除了单个的还有一些焊缝中也会出现较为密集的一连串气孔，在一连串的气孔中，脉冲波的反射不再是一个简单的波形，而是一簇反射波，波形幅度时由气孔的大小而决定的。如果这个时候将探测的探头原地旋转，我们可以看到波形会此起彼伏。

气孔的存在会使得金属不再是紧密的排列，会加快金属的锈蚀，影响金属的使用寿命，同时，本应该是金属的地方变成了空气，降低了材料的机械性能，无法承受更高强度的拉伸。所以在焊接的时候一定要注意，使用优质的焊条、调节好焊接电流不要产生过大的电弧、焊完之后的材料按照材料的要求进行冷却和存放、对于被焊接的材料焊接前要进行焊口、坡口的清理等。

4.2 夹渣检测

夹渣也是焊接中经常出现的质量问题，焊接产生的焊渣在焊接的过程中被焊接到了材料中，会影响到材料的性能。产生夹渣的原因主要是焊接时速度过快，导致焊渣还没有出来就被焊进去了。在多层焊接时，因为前一层的焊缝清理的不彻底，下一层焊接时也会把上一层的焊渣焊进去。

在超声波的检测中，焊渣是怎么被检测到的呢？焊渣主要有两种，一种是零星的焊渣，一种就是长条形的，这两种焊渣对应的波形也是不一样的。零星的焊渣波形跟气孔波形相近，长条状的焊渣反射的波形是有点参差不齐，像锯齿。当探头进行微小的移动时波形也会随着变化。

夹渣也会影响到材料的机械性能，因此要尽量避免夹渣的产生。在焊接的过程中，应该选择合适的焊接电流，避免过大过小，同时在进行坡度处理的材料上，坡度尽量处理的大一些，给材料的对接留出足够的余地，如果要进行几层的焊接，每一层必须处理完焊渣之后才能进行焊接。

4.3 裂纹检测

裂纹出现的原理其实就是热胀冷缩，出现裂纹的原因有两个，一个是冷裂纹，就是指在冷却的时候，由于材料会随着温度下降产生拉力，导致焊缝裂开。另一个是热裂纹，热裂纹的产生是由于在焊接的时候受热不均匀导致产生的裂纹。

在检测的过程中，裂纹产生的波形和夹渣、气孔的波形有明显的区别。在仪器显示中波幅很高，而且存在很多的峰值点，出现波动的范围明显更宽。当移动探头时，波形也会发生明显的变化[4]。

裂纹的存在是焊接质量的重大问题，在焊接的过程中要注意遵守焊接的流程规范，冷却也要按照要求进行冷却，不能使用一些其他办法加速冷却，这只会加重裂纹的产生。

5 总结

本文探析了超声波探伤无损检测焊接质量的原理、方法、注意事项和检测内容，超声波探伤无损检测的原理就是声波在不同介质中的传播速度不一样；检测的方法有透射法、反射法、共振法和TOFO法；在检测的过程中需要按照要求进行操作，开始检测前要对仪器进行校准；超声波探伤检测的主要内容是焊接质量最普遍的问题：气孔、夹渣和裂缝。