刍议金属材料焊接中超声无损检测技术

顾 强，杜仁硕

（重庆市计量质量检测研究院，重庆 402260）

随着科学技术的快速发展，超声无损检测技术的应用日趋广泛，技术应用过程中的自动化处理、数字化统计、智能化分析也受到各界高度重视。为保证超声无损检测技术更好服务于金属材料焊接，正是本文围绕该课题开展具体研究的原因所在。

1 超声无损检测技术应用要点

1.1 常用技术形式

超声无损检测技术可细分为多种形式，如直接接触纵波脉冲反射法、液浸法、电磁超声无损检测法均属于其中代表。直接接触纵波脉冲反射法在应用中需采用耦合介质使检测材料表面与超声探头直接接触，在两种介质交界面处入射的超声波能够发生反射，检测可基于该原理完成。为保证超声波的发送和接收能够由探头向被测对象有效完成，需设法规避声能全部反射情况，检测前需要排除干净接触层间的空气，一般需要将非常薄的耦合剂设置在探头和被测对象间，以此排除干净空气。耦合剂的性能、探测表面的平行度和光洁度会直接影响检测结果，如存在粗糙的材料表面，应开展表面清理工作，保证被接触面与探头相互吻合，提升检测效果。对于负责传递超声波能量的耦合剂，需选用具备无害、高声阻抗、无腐蚀性等特点的耦合剂，如甘油、硅油、纯净水等；液浸法同样属于常用的超声无损检测技术，基于一定距离液体耦合层，探头发射超声波的反射会出现于液体表面与被检测材料交界处，同时被检测材料中存在入射的但部分声能，如缺陷在被检测材料中产生，传到底面时的一部分声能会发生反射。由于被检测对象与探头不需要直接接触，液浸法应用过程中存在较为稳定的超声波接收和发射；电磁超声无损检测法在超高温、超低温等环境下的应用较为广泛，该技术形式存在不同的超声波激发方法，超声波通过电磁场激发而非压电晶片激发，这使得其在应用中无需使用耦合剂，因此电磁超声无损检测法能够开展非接触式检测，能够提高探头扫描效率，在耦合剂冻结和挥发的环境下也能够实现较好应用，不会因不均匀耦合剂出现测量误差。辅以不同的磁铁和线圈，电磁超声无损检测法可实现不同的超声波模式，如水平横波模式，更加便捷、多样的金属材料焊接无损检测可由此实现[1]。

1.2 技术应用方向

在金属材料焊接领域，超声无损检测技术的应用主要体现在三个方面：第一，宏观缺陷检测。材料厚度均匀情况、材料表面粗糙程度等肉眼可见的缺陷被称作宏观缺陷，焊接后较低熔点金属出现的熔融物坠落也属于宏观缺陷范畴。在超声无损检测技术应用中，这类缺陷能够快速、准确锁定，工件的精密度要求能够更好满足，金属材料焊接质量也能够更好得到保障；第二，微观缺陷检测。肉眼无法看到的缺陷被称作微观缺陷，焊接温度过高、焊接材料与技术选择不当均可能导致金属材料微观形态结构受到影响，进而导致产品质量下降，有氧情况下金属在焊接过程中产生的粉末形式氧化物也会引发质量问题，这类问题均可通过超声无损检测技术及时发现；第三，材料材质缺陷检测。金属材料本身存在的质量缺陷也会影响焊接后产品质量，这类缺陷同样可通过超声无损检测技术及时发现，如在焊接前明确金属材料杂质情况，即可避免焊接牢固性受到杂质影响[2]。

1.3 技术应用要点

为保证超声无损检测技术更好服务于金属材料焊接检测，以下三方面技术应用要点同样需要得到重视：第一，明确检测要点。焊接材料的制作工艺、用途、理化性质直接影响焊接方法的选择，超声无损检测技术的应用方案需结合焊接方法特点，这直接关系着技术应用针对性。在具体实践中，需结合相关技术标准，并合理客观评价焊接质量。以存在偏低熔点的金属为例，这类金属的焊接很容易在表面形成由融化金属组成的金属瘤，这会导致粗糙度增加的金属表面产生，金属美观性也会受到直接影响，因此需重点围绕金属瘤开展超声无损检测；第二，科学安排检测时间。对于存在较高耗能的超声无损检测技术，为控制检测成本，检测时间的合理安排也需要得到重视。检测人员需要深入研究金属材料焊接流程，考虑到一般无需开展全程检测，因此必须结合焊接和检测经验，重点关注容易出现问题的环节和部位开展针对性检测，焊接质量可由此结合焊接进度开展检测，金属材料焊接问题检出率也能够得到保障，因此检测时间需结合具体焊接情况科学安排；第三，强化焊接人员与检测人员的交流。不同金属材料在焊接过程中出现的变化不同，因此超声无损检测技术的应用必须随之变化，必要时还需要配合应用其他检测技术，以此降低材料自身晶粒度、几何形貌等因素带来的影响。因此，在开展超声无损检测的全过程，检测人员与焊接人员必须强化彼此沟通，以此明确焊接流程和方法，保证定量和定性分析能够在检测前开展，提升检测技术与焊接施工的匹配性，准备工作也能够更好开展。具体检测过程中需紧跟焊接进度，对于临近结束的焊接环节，检测人员需及时做好准备，保证检测和施工效率。检测结束后还应听取焊接人员的分析和意见，以此更好为焊接工作提供支持[3]。

2 超声无损检测技术的具体应用

2.1 双梁门式起重机焊接特点

为提升研究的实践价值，本文以双梁门式起重机焊接过程中的超声无损检测技术应用作为研究对象，该设备由门架、渣土翻转机构、小车、大车运行机构、电气设备等组成，常用于地铁等工程建设。受施工现场工况复杂、本身承载重量大影响，双梁门式起重机存在尤为严格的安全性要求。门架为双梁门式起重机的主要承载件和骨架，翻转挂钩属于关键性执行机构，用于大吨位渣土倾倒。门架主要构成包括支腿、端梁、主梁、下横梁，角焊缝和对接焊缝属于主要焊缝形式，作业环境、焊接工艺科学性、设备使用、原材料质量、操作人员水平等多方面因素均会对焊接质量造成影响，如引发未焊透、未熔合、气孔、夹渣、裂纹等焊缝缺陷，双梁门式起重机的使用性能会受到负面影响，一旦双梁门式起重机关键部件存在焊接缺陷，如主梁、支腿、端横梁、翻转挂钩等部位，施工安全性将受到严重威胁。

2.2 超声无损检测技术的应用要求

除超声无损检测技术外，磁粉、射线等技术也可以用于双梁门式起重机焊接检测，但结合实际情况，案例工程选择了超声无损检测技术用于检测探伤，以此保起重机焊接质量不低于规范要求的1级，门架中主梁、腹板和翼缘板（支腿和下横梁受拉区）对接焊缝表面质量需达到B级。在对翻转挂钩进行超声无损检测的过程中，需围绕未焊透、未熔合、固体夹杂、裂纹、气孔等缺陷开展，保证这类缺陷不超过规定当量。通过对焊接过程这种可能出现的缺陷进行超声无损检测，同时实现定量、定位、定级、定型，焊缝返工也能够获得充足依据，焊接施工质量能够更好得到保增长。超声无损检测技术在双梁门式起重机焊接检测中的应用存在操作简单、成本低廉、实用性高等优势，在未熔合、裂纹等缺陷的检测中具备较高灵敏度。为保证超声无损检测技术较好用于双梁门式起重机焊接检测，需配备超声波检测仪、耦合剂、试块、探头、机械扫查装置等器材与设备，具体采用直接接触纵波脉冲反射法进行检测，检测用超声波检测仪具备与PC机通讯功能，通过USB通讯接头可向PC机上传系统设置参数和测量数据，探伤报告生成等进一步处理能够顺利实现，依托锂电池，轻小便捷的超声波检测仪能够长时间连续工作，双梁门式起重机焊接检测需要得以更好满足。

2.3 超声无损检测技术的具体应用

在应用超声无损检测技术前，需结合焊接设备情况、焊接人员具体水平、双梁门式起重机检测部位、焊接现场环境开展综合分析，以此围绕双梁门式起重机的典型角焊缝和对接焊缝进行分析，科学编制超声无损检测工艺，工件、探头参数、要求技术、验收标准、探头位置、焊接方法、试块种类、检测灵敏度、检测比例、坡口形式、检测时机等信息均需要明确。以主梁腹板对接焊缝为例，作为关键的门架结构组成部分，其直接影响双梁门式起重机的安全性和稳定性。对于由3节组成的主梁来说，存在15-20m的每节长度，受标尺钢板长度不足影响，需要进行拼接施工，主梁的腹板、上下盖板允许拼焊，而结合规范标准要求，为保证焊缝无缺陷，需依托超声无损检测技术开展针对性检测，保证焊缝质量满足1级要求，应在板材拼接焊接完成后进行检测，采用锯齿形、斜平行的扫查方式，仪器型号、探头型号应分别选择PXUT-350C、2.5P13×13K2，以机油为耦合剂，按照深度1:1进行扫描线调节，需围绕清除焊接飞溅的露出金属光泽表面进行检测。在翻转挂钩面板对接焊缝的超声无损检测过程中，翻转挂钩的长度为8m，且属于关键零部件，对于其允许拼焊的面板，为保证焊缝质量满足1级要求，可采用与主梁腹板对接焊缝相同方法进行检测；在双梁门式起重机角焊缝的检测过程中，需关注纵向角焊缝，如主梁上下盖板与腹板间的焊缝，一般存在8mm的焊缝高度，为保证其无缺陷且满足1级要求，应基于上述设置适当调整探头类型和检测位置，以此保证超声无损检测技术的有效应用。

3 结论

综上所述，金属材料焊接中超声无损检测技术存在较高应用价值。在此基础上，本文涉及的技术应用方向、技术应用要点、超声无损检测技术的具体应用等内容，则提供了可行性较高的超声无损检测技术应用路径。为更好服务于金属材料焊接质量控制，超声无损检测技术的应用还需要关注新型焊接技术的发展、焊缝信息干扰的应对、智能化焊缝检测的探索。