超声无损检测技术在金属材料焊接中的应用探讨

胡秋月

随着我国信息技术的大范围使用，钢铁、铜等金属材料成品的生产领域也愈来愈大。焊接技术作为一门单独的工艺，在各个地方得到了普及与运用。其中，机械配件制造业是利用焊接技术较为广泛的生产行业。所以，人们对金属焊接的检验技术精度也日益关注。金属焊接材料的高精度、高质量，是实现中国金属焊接产业长远发展的重要技术策略。自超声波技术普及应用以来，尤其是针对金属产品的质量检测领域，成功促进了金属产品检测和制造的发展。在这一环节中，许多设备都是由金属材料制成的，在主要领域也使用了焊接技术。所以，在工业产品中，对焊接工艺提出了更严格的要求，金属产品的质量检测工作所占的比重也越来越大。

1 无损检测技术

1.1 无损检测技术概念

无损检验技术指在不损伤或影响被检查物品的自身使用性能的条件下，通过利用光、磁、声、电等特性检测检查的物品中有无存在缺陷以及不均匀特性，从而揭示出缺陷的具体部位、特性、严重程度及其数量，进而判断检查物品的技术状况(如使用寿命、合格与否等)所有手段的总称。

1.2 无损检测技术应用

①无损检测的最大特征就是能够在不破坏金属材料或者内部结构的条件下进行检测。因此，进行无损检测后，金属产品的检测合格率可达到100%。但是，并不是所有需要检测的物体和相关数据都可以通过无损检测得到，无损检测技术自身也有一定程度的束缚性。有些实验只能通过破坏性实验，所以无损检测和破坏性实验不能够一视同仁一般来说，针对每一个配件、金属材料、机械甚至金属设备的评价，都务必与无损检测手段和破坏性测试的最终结论加以互相比较与匹配，才能得到较为精确的评价结论；②准确选定金属材料采用无损检测的最好时间:无损检测时，都务必按照无损检测的目标正确选择无损检测的最好时间；③准确选定最适用的无损检测手段：由于各种无损检测手段都各有自身的优点，为提高无损检测结论的精确度和可信度，应当按照金属材料实际的类型、形状、尺寸选择材料以及适当的不损检测方式。并按照有关设备材质、工作介质、加工方式、适用环境及其故障类型判断可能出现问题的部位与方向；④由于所有无损检查手段都是非通用的，所以各种手段均有自身的优缺点。应该尽量采用各种检查手法互相参考比较，去其糟粕，扬长避短，以确保检测设备的安全工作。同时，在无损检验的应用领域中，还应充分考虑到检验工作的目的并不能只是片面追求"高质量"，而且在保证足够的稳定性和适当风险度的条件下，注重检测工作的经济性。唯有实现了这几点，以及无损检测技术在承压相关设备中的广泛运用，方可达到期望的目标。

2 超声波无损检测技术

2.1 超声波无损检测技术概念

超声波无损测试技术，是一项高质量、高精度的测试技术。随着世界经济一体化的长远发展，不同发达国家之间在积极进行经贸交流的同时，也逐步达成了科技交流的共同目标，为中国国内技术先进水平的提高，打下了扎实的技术基础。超声波无损检测技术，主要是利用超声波在物质内与物质外二者之间的往返传递，来检验金属材料的品质能否合格。超声波传感器在各种媒介中的传递速率是迥然不同的。在一般的固态介质材料内部，工作温度越低，传递速率越快，而应力条件就能直接影响传导频率。此外，金属材料内部结构的均匀也会直接或间接地负面影响超声的传播速度。另外，超声波无损检测技术具备广泛的检测深度以及检测精度，为实际质量检测工程中的合格率发挥了重要作用。

2.2 超声波无损检测技术原理

超声波无损检测技术原理主要依靠超声波在检测样品中的传播特性。①超声波由声源产生，采用一定方式使超声波进入检测样品；②超声波在检测样品中传播，并与检测样品材料和缺陷相互作用，其传播方向或特性发生变化；③通过检测设备接收检测样品变化的超声波，并可对其进行数据处理和分析；④根据接收到检测样品的超声波的特征，评估检测样品本身及其内部结构是否存在缺陷或者缺陷的特征。

2.3 超声波无损检测适用领域

在焊接金属材料时，材质本身会产生各种的问题。所以，在进行焊接品质检查时，必须选择各种检查方式。在并行检查方法中，以超声波无损检查技术为主，辅助其他检查技术进行综合检查。

①从测试对象的材质来看，可适合于非金属材料、各种金属及其复合物等；②从测试对象的生产过程来看，也可适合于各种金属铸造、焊接件、锻压机械、胶结类件等；③从测试对象的外形来看，可适合于各种金属棒材、管材以及实木板等；④从测量对象的尺寸大小来讲，可以厚度精确到几毫米，或者也可能大到几米；⑤从测量对象的缺陷部位来讲，可以应用在内部缺陷和表面缺陷上；⑥在航天应用领域，可以借助超声波等无损测量技术的先进性能优点，将高能束焊接技术和固态焊接技术引入到航天相关连接器中。另外，超声无损检查技术也在造船业进行了大量的使用，可以不断提高半自动焊接水平，更好地减小造船生产成本，提高整个造船工艺水平。

3 超声波无损检测的优缺点

3.1 超声波无损检测的优点

超声波无损检测技术应用在各类不同的物体检验领域中，往往能够取得十分理想的成效。也因为该技术有着优异的特性，在众多应用领域中获得了普遍的应用。其中以机器工业和钢铁工业领域的技术使用较为普遍。对于金属超声波的无损测量技术，在其使用过程中，不但能够测量金属板材，还能够测量非金属材料，因此有着非常好的适应性。同时，与超声无损监测技术及其他类似的技术与手段比较，该技术有着更为突出的优点。它能够更加深入检测过程，从而找到被检测对象的隐蔽性问题，并从不同程度上避免了物质、人力、财力的过度输出。使用该技术时，由于它自身生产成本不高，而且检测手段比较灵活，是其他类型技术无可比拟的，但随着计算机技术等新兴科学技术的推广，超声波无损检测技术的科技成本也很高。这些情况都在一定程度上提高了金属零件的稳定性，这不但能够大大提高测试效果，同时也能够确保了测试过程中工作人员的安全性。

3.2 超声波无损检测的缺点

就现状分析，超声无损检查技术已经达到了一定的效果，但它既有优点，也有缺点，还存在很大的缺陷。所以，若要积极探究超声无害检测在当前金属材料焊接过程中的实际运用，就需要在了解以上内容的基础上，剖析超声无害检测的缺陷，并采用相应的检测手段。

超声波无损检测的宏观局限性:超声波无害检测的主要原理，是利用在固体物质中的回波能力来确定瑕疵的程度。但该种方式比较复杂。对形态不规则的产品，往往很难有效地找到实际存在的瑕疵。而目前，人们如果无法精确掌握瑕疵的具体程度和部位，将对今后的工作进展产生一定的负面影响。因此超声波无害检测对被检物料的质量有严格标准规定。才能够测量到瑕疵。但假如我们不能了解瑕疵的具体长度和大小，则就不能够针对实际状况制订相应规划。另外，超声波无害检测在面积形态测量与容积测试方面也存在着显著的差异。据有关调查证明，区域形态的测量效率远高于容积测量效率。可见，在外形测量流程中还是存在着一定问题。

超声波无损检测的微观缺点：超声波无损检测人员的技术能力达不到标准，不能满足特定的超声波无损检测任务，导致自身工作目的混乱，无从下手。同时，一些超声波无损检测作业人员配置存在诸多问题，如人员专业不匹配，超声波无损检测技术人员的失误、疏忽或对整个检测过程的不熟悉导致操作过程中必要的标准和程序出现错误。另外，在超声波无损检测过程中，没有按规定对超声波无损检测工具和焊件材料进行检验，管道和乙炔会发生一定的反应，也会发生爆炸。另外，在超声波无损检测过程中，如果工作结束后现场不打扫干净，造成一定的火灾，也会造成相应的安全隐患。

4 超声波无损检测的作用

由于超声波无损测试技术在金属焊接中的广泛应用，有关专家很快发现它能够测量金属的缺陷。它包括检查金属内部缺陷的功能，以及检查金属焊接宏观缺陷的功能和检查金属焊接微观缺陷的功能。

内在缺陷:当对金属内部进行检查时，如能发挥超声波无损检查的优点，很好地进行了检查，但由于金属内在的问题并不受一个方面的因素影响，检查缺陷的方法也很多，这也是金属焊接接头性能无法控制的主要原因，而在生产金属的焊接使用中，也需要确保焊接材料的质量完好。所有这都必须寻找有效检查金属内在问题的办法。而超声波无损检查技术就能够很好地做到这一点，可以及时发现并检查金属的内在问题。在生产金属焊接过程中，由于受到了多方面的环境影响，在焊接接头中出现了多个问题，从而导致焊接接头的性能不连续。所以，在金属材料焊接过程中，每种金属材料的内在完整性都是确定整个焊接材料完整性的重要基础。超声波无损检验技术就可以来检验金属材料的内在缺陷，通过判断材料中是否出现了裂缝、气洞、夹渣、未焊透等问题，确定了金属材料自身的内在质量。

宏观缺陷:在焊接过程中，由于熔融的各种金属物料从焊接外流向未熔融的母材，所产生的各种金属瘤也叫做焊道。在焊接过程中，由于熔化深度远大于工件厚度，从而使得熔融金属材料直接流过焊接背面而产生了穿孔。夹渣是工件焊接时在焊接中产生的夹渣，另一种则是在材料焊接流程中形成的气体夹渣。在熔化金属材料中，包裹着气体时会引起气洞的产生。而另一种则是在工件焊接时，金属材料之间产生的裂缝。咬边、焊道、凹模，还有表面的气洞、表面横向和纵向裂缝，以及焊趾裂缝等也会产生。

微观缺点:在焊接工艺不规范、局部焊接工作温度偏高、焊接表层氧化物等方面。微观缺点都会影响金属材料的焊接品质。因此使用超声无损测试技术就能运用超声测量金属材料焊接中的各种指标，以便于真实反应焊接微观结构问题，改善焊接缺点，从而提升金属材料的焊接品质。在焊接处理过程中，因为焊接工艺的不规范，造成了焊接区局部整体受热时间过长，导致了焊接晶粒变大的过热状态，而在此范围内低碳钢很容易产生魏氏组织，中碳钢高碳钢为网状珠光体，因此应该退火和正火消除；温度过高而且长期滞留于焊接处，粗晶区(过热区)，这就是熔化组合区的主要特征，也正因为在熔化组合区内的化学反应和物理性能极不平衡，就导致了熔化组合区内是焊接中最脆弱的区域；在焊接过程中，因为凝结速率和结晶方向而导致的内部成分向一方集中的热偏析现象。

5 超声无损检测技术在金属材料焊接中的实际应用

超声波具有传递能量和信息的功能。另外，超声无损检查有获取材料简便、成本低、操作简易、受外部影响较小、性能稳定等优势，因此在检测中得到了广泛的使用:

5.1 钢管混凝土密度和均匀性的检验和测量

超声波在检测钢管混凝土的密度和均匀性方面起着重要作用。超声波是一种高频声波，具有传递能量和信息的功能。如果超声波传播过程中出现能量损失和高频波损失，可以根据这些性能检测钢管混凝土的密度和均匀性。如果钢管混凝土密度大，整体均匀性好，超声波在传播过程中能量损失小，高频波消耗低，更多的高频波会到达检测探头。如果钢管混凝土密度较小，均匀性较差，则超声波能量损失较大，高频波损失较大，低频声波到达探头。

5.2 桥梁内部加固的健康检测

桥梁的重大安全隐患往往会造成及其重大的结果，但现已有许多桥重大安全事故时有发生，导致了巨大损失，妨碍了交通方便，主要的危害是严重危害了人身。所以要定时地对大桥进行进行桥梁健康检查，利用超声波等无损检测技术探查桥的结构情况，并与桥原有的内部结构加以对比，确定了桥的损失程度，并做出全面而科学的分析，及时提出了相应的预案，并做好维修，同时做好了预防工作和一系列适当的保护措施。大桥的重大安全隐患往往将导致严重后果。桥的重大安全事故时有发生，导致了巨大的损失，妨碍了通行的方便。主要危害是对人身的严重威胁。所以，很有必要定期地对桥梁结构进行健康检查，通过超声波无损测量技术对桥梁结构进行检查，并与桥梁原结构进行比较，以确定桥梁的质量损失程度，从而进行更全面、科学的分析，及时制定相关方案，开展维修，做好防御等一系列相应措施。

5.3 裂缝监测

裂缝测量也是超声波探伤和焊接质量无损检验的重点。一般来说，裂缝的回波宽度一般很大，且振幅范围较广，会形成许多峰值。在将探头平移时，反射波形也常常不断改变。同时，在探头转动时，断裂的顶饰也常常会上下移动。但应当重视的是，断裂是一个十分危险的缺陷。这些缺陷的出现不但会影响焊接接头的强度，同时也会使热应力过分集中，这往往会成为结构受到破坏的主因。所以，在裂缝检查流程中，技术人员应该增加对焊条或接剂的碱度，并选择合适的焊接顺序，以增加焊接收缩的自由度，从而最终推动了超声波检测能力与焊接质量及无损检验效能的进一步提升。

5.4 夹渣检测

夹渣检测的超声波检查和无损检验的意义，不言而喻。通常，点状夹渣的返波信号通常和点孔的返波信号相同，但由于条形夹渣的返波信号一般为锯齿形，所以其幅值并不高。另外，钢带夹渣波浪形有时成树枝形，主峰旁还有其它小峰。同时，探针的平移振幅也会发生变化。工作人员在往不同方向检查时会发生反射振幅差异，因此，产生这种问题的主要因素是由于焊接电压太小或转速太快，以及熔渣温度上涨的幅度太大，焊接边缘清理不干净。所以，工程技术人员应该通过合理选用焊接电流，以及合理选用带钢输送角的连接速度，推动超声波探伤与无损测试等应用技术水平的有效提升

5.5 合理把握无损检测的机遇

随着金属材料特性的差异，金属材料的实际焊接质量出现了较大差别。主要因素是测试时间完全不同。亦即对于同样的金属材料，结果也大相径庭。所以，在实际焊接中，根据金属材料特性的不同，选用最合适的焊接时间。在选用试验时间时，也应该按照其性能水平的不同，尽量选用在柔佛苏丹的试验时间。若技术人员要求及时完成检测，则针对当前实际状况确定具体日期。同时，金属焊接与超声检查分属二个不同的工种，由不同的工人与技师完成。首先必须要在无损检测技术人员进行突破。坚持做好对重大无损检测任务的决策。部署，执行以及评价要抓好。同时还要贯彻落实好有关得奖、批评、惩罚。在无损检测过程中，强化对无损检测作业检查的相关要求，将各个部门的责任落实到人头。全面树立无损检测作业人员的安全生产理念，可以通过重视安全条例实施以及无损检测培训活动，以及规范现场无损检测管理要求达到目的。但是，超声波无损测试技能一经融入金属材料焊接工作中，这二项管理工作就将形成更密切的联络。所以，为促进超声波检查科技更高效的使用，就有必要在这二个环节中做好技术人员间的交流与互动，以培养合作默契，提高工作效率。

5.6 注意事项

通过研究超声波无损检验技能在金属实际工程设计中的运用，可以发现超声波无损检验技能在日常金属焊接中的运用，应当注重以下几点:在金属材料图纸设计中首先确定了焊接金属的技术条件，并选用了合适的超声波无损检验标准；第二，首先明确了超声波无损检验技能的正确使用时间，并针对金属的整个工艺环节对其技术处理开展了实际测试与运用；第三，通过明确了超声波无损检测技术的探头定位，可以进一步提高了测量数据的精确度；其四，在超声波无损检测技术的数据中，明确定义了反射波的振幅值，从而进一步提高了超声波反射电路的精确性、完整性和速度。

6 结语

综上所述，超声波无损测试技术在金属材料焊接中的运用作为近年来的一个新技术发展趋势，对世界金属材料焊接理论和技术的发展趋势起了关键性的影响。所以，在实践工作中，应该确定了金属材料焊接的有关概念，使工业产品与测试技术相结合，在各个方面保障了工业产品的性能与技术开发。在应用了这些技术的同时，还大大提高了工作的精确度和准确度，大大缓解了工作的压力，从而推动了工业经济的发展。在目前的制造业中，利用对金属焊接和超声波技术的深入研究，人们能够在第一时间判断具体缺陷的部位、实际厚度以及整体宽度。因此，一方面能够更有效的改善金属焊接工作的总体品质，另一方面也能够极大地提高制造效率。