探析机械工程中的焊接无损检测技术

胡凯明

（滨州医学院附属医院，山东 滨州 256600）

0 引言

焊接是机械工程领域中非常重要的加工方法，但是受到各种因素影响，焊接接头往往存在缺陷，这些缺陷可能会导致焊接接头的强度和稳定性下降，从而影响整个机械设备的使用寿命和安全性。因此，在机械工程中采用无损检测技术对焊接接头进行质量检测具有重要的意义。本文将介绍焊接无损检测技术的重要性、机械工程中常见的焊接结构问题以及无损检测技术的应用策略。

1 无损检测对机械工程焊接质量的重要性

机械工程中焊接是一种常见且重要的加工方式，其应用范围广泛，如航空航天、汽车制造、交通运输等领域。而焊接质量的好坏直接影响到机械工程设备的运行安全和使用寿命，因此对焊接质量的检测、评估和控制显得尤为重要。而无损检测技术作为一种非破坏性的检测手段，已成为焊接质量检测的重要方法之一。具体来说，其重要性主要体现在以下4 个方面。

（1）无损检测主要利用物理检测原理，检测设备无须接触材料表面，可以有效检测和诊断焊接件内部的缺陷，比如裂纹、夹杂、残余应力等问题。这些因素都会严重影响焊接件的性能和使用寿命，如果不及时发现并采取措施，可能会导致机械设备失效或发生事故。

（2）相比于传统的检测方法，无损检测具有快速、高效、不易破坏样品等优点。通过无损检测技术，可以避免拆除设备、切割样品、进行化学分析等烦琐的操作，从而节约时间和资源，降低成本。

（3）通过无损检测，可以全面检测焊缝的质量和性能，并及时发现问题，如缺陷和不符合规定的焊接参数等，提出完善的措施解决问题，从而提高焊接质量。

（4）焊接质量直接影响到机械设备的安全性和工作效率，如果发现焊接质量问题并及时解决，可以避免设备危险和损坏，同时提高工作效率，减少机械设备维修和更换的次数和成本。总体来说，无损检测对机械工程焊接质量的重要性不言而喻。随着科技的不断进步和应用范围的扩大，无损检测技术将会越来越普及，并成为焊接质量控制的重要手段之一[1]。

2 机械工程中焊接结构常见问题

2.1 夹杂

焊接质量往往受到夹杂的影响，夹杂是指焊缝内部存在的异物，它们可能是氧化物、非金属夹杂、气孔等，在焊接过程中形成。这些夹杂物会导致焊缝的强度降低，从而影响结构件的机械性能和耐用性。除了焊接过程中产生的夹杂外，还有一些夹杂可能源于焊材的质量问题，如含湿气过多的焊条，也会对焊接质量造成不良影响。因此，为了确保焊接质量，不但要在焊接前做好相关准备工作，如选择合适的焊材、清理焊接区域、控制焊接参数等，更需要在焊接后进行检测和修复，确保焊接部位没有夹杂存在，并且符合相应的质量标准[2]。

2.2 气孔

在焊接过程中，气孔是一个常见的问题，并且也是最严重的之一。这个问题通常是由于在焊接时，气体（氢气等）被困在了焊缝当中而形成的。气孔可能会导致焊接部分的强度降低，甚至在聚集在一起的情况下还会导致焊接部分的断裂。为了有效解决和预防此问题，应加强相应缺陷的检测工作[3]。

2.3 未熔合

在焊接头中，未熔合指的是在焊缝中存在没有被完全熔化的金属颗粒。这些未融合的颗粒可能会导致焊缝表面看起来比较光滑，但是金属层之间的结合并不牢固。如果存在未融合，那么焊接件在受到负重时就可能产生应力集中，这将降低焊接部分的强度。

2.4 焊接裂纹

焊接过程中，热量对于金属和周围环境都有一定的影响，温度的变化和氧化还原反应容易导致材料内部结构的变化，从而形成焊缝裂纹。在很多情况下，焊接件本身需要承受较大的负荷或是工作在严苛的环境条件下，如果发生了焊缝裂纹，就会对焊接件的完整性和使用寿命造成很大的威胁。

2.5 错边

错边指的是焊缝两侧不对称。如果错边现象得不到及时纠正，那么它将会严重影响焊接件的使用效果或甚至导致焊接件断裂，给操作人员和设备带来危险。发生错边的原因是多种多样的，其中最常见的是焊接温度或焊接速度不一致，以及焊接时未正确地夹持焊接件。

3 机械工程焊接中无损检测技术的应用策略

3.1 射线检测

射线在物体内部的吸收情况与物体内部结构、密度等因素有关，因此通过这种方法可以获取物体内部的结构信息，并可以对机械工程中存在的焊接质量缺陷进行检测。在实施射线检测之前，应先选择合适的辐射源。辐射源是影响检测结果准确性和安全性的关键因素之一，常见的有X 射线和γ 射线，如果使用具有较强的杀伤力和放射性的高能辐射源，则必须进行严格的防护措施和操作规程。应根据所需检测的焊缝类型、材料厚度和质量要求等方面进行综合考虑，选择合适的辐射源。例如，在检测薄壁焊缝时，通常会选择低能的X 射线或γ 射线辐射源，以避免过度辐射造成对焊缝的破坏。之后，进行图像获取，需要考虑以下因素：曝光时间、焦距、照射角度、距离等。这些参数都直接影响到最终图像质量和检测效果。其中，曝光时间决定了所获得的图像清晰度和对比度，通常需要根据材料密度、厚度等因素进行调整。焦距和照射角度则决定了被检物体的投射角度和成像大小，需要根据具体焊缝结构和形状进行调整。距离则会影响到辐射源的功率和扩散程度，需要根据具体焊缝材料和结构进行调整。最后，进行缺陷分析。对于X 射线或γ 射线检测所得到的图像，需要针对不同缺陷类型进行不同的处理。例如，在发现裂纹时，需要通过裂纹的形态、大小和位置等因素，判断其对焊缝的影响程度，并采取相应的补救措施，以确保焊接质量。此外，在进行焊接无损检测时，需要充分考虑各种参数的调整和校准，以确保检测结果的可靠性和准确性。同时，还需要具备一定的检测经验和专业知识，才能对检测过程和结果进行正确判断和处理[4]。

X 射线检测技术以及γ 射线检测技术的主要优势如下。

（1）X 射线和γ 射线都是通过物体内部的吸收情况获取物体内部结构信息，并可以对其中存在的缺陷进行检测，不需要对被检测物体进行直接接触或破坏。

（2）X 射线和γ 射线可以探测到焊缝内部的缺陷以及材料的内部缺陷，包括气孔、夹杂、裂纹等，且对于较小的缺陷也有较好的分辨能力。

（3）X 射线和γ 射线检测具有实时成像的能力，检测速度较快，可以满足生产线上的快速检测需求。

（4）X 射线和γ 射线穿透性强，不同材料的焊接均可进行检测，如金属材料、塑料材料等。

（5）X 射线和γ 射线检测具有高精度、高分辨率的特点，可以获取到高质量、准确的检测结果。然而，射线检测技术的使用成本较高，射线检测设备较为笨重。同时，该技术对防护具有较高的要求，且在一些情况下难以发现缺陷，因此，需要与其他的检测技术配合使用。

3.2 磁粉检测

磁粉无损检测技术能够准确、快速地发现和定位金属材料的表面或近表面缺陷，如裂纹、孔洞、夹杂等，具有广泛的应用价值。一般来说，磁粉无损检测技术应用流程可以分为以下步骤，首先，需要对被检测的金属材料进行表面清洁处理，以免磁粉与脏物混杂影响检测结果。金属材料表面的油污、水分和其他杂质都会影响磁粉的聚集情况，降低检测精度。因此，在进行磁粉无损检测前，要彻底清洗被检测表面，确保表面干净。其次，将被检测的金属材料施加磁化电流，使其成为一个临时磁体。磁化方式有多种选择，如周向磁化法、纵向磁化法、复合磁化法和旋转磁化法等，具体要根据实际需求进行选择。磁化后，被检测的金属材料会产生磁场漏磁，即磁力线从缺陷处流出而形成的磁场。再次，在被检测表面上撒布磁粉。磁粉是一种可以被磁化的粉末，能够在磁场强度较高的区域聚集形成磁化图案，让缺陷更加醒目。一般来说，磁粉无损检测技术有干粉法和湿粉法两种。干粉法是将磁粉直接洒到被测物体表面上，而湿粉法则是将磁粉与水混合后在表面喷涂或涂抹。这些磁粉会在缺陷处堆积形成显著的影响，从而使缺陷更加容易观察和判定。最后，观察检测结果。利用磁粉在缺陷处堆积情况来确定金属材料上的缺陷位置和尺寸大小。操作人员可以通过肉眼观察磁粉的分布状态，进而确定金属材料上的缺陷位置和尺寸大小[5]。

磁粉无损检测技术具有如下优势：①应用流程简单，操作方便。②与传统的探伤方法相比，磁粉无损检测技术使用的工具简单，因此成本相对较低，可以广泛应用于工业制造中。③磁粉无损检测技术可以检测出小到几微米的缺陷，同时可以将缺陷的深度、长度、宽度等信息都获取到，这使得该技术在机械工程制造的各个领域都有广泛的应用。

3.3 超声波检测

超声波无损检测技术可以用于评估焊接质量和缺陷。在机械工程焊接行业中，使用超声波无损检测技术来评估焊接接头的质量非常普遍。要进行超声波无损检测，需要准备一台超声波检测仪以及相应的传感器。在检测时，要根据仪器发出的超声波记录超声波进出焊接位置的时间和反射信号。同时，为了获得更好的测试结果，需要对测试样品的外表面进行处理，例如清洁、去除氧化物和油脂等，并进行平整化处理。检测过程中，将检测仪的传感器与测试样品接触，启动检测仪并开始记录数据。传感器会在测试样品表面产生超声波，并通过记录时间和反射信号的方式反映出焊接试件内部的情况。待检测结束后，根据测试数据进行分析并评估测试结果，确定焊接接头的质量。

除了无损检测与可靠性强以外，该检测技术还具有以下优势：①超声波无损检测技术可以在很短的时间内完成检测，使得焊接生产过程更加高效快捷。②相较于其他检测方法，超声波无损检测技术不存在对人体健康的影响，对环境污染较小。这个特点在机械工程焊接中显得尤为重要。③超声波无损检测技术可以适用于各种形状和尺寸的焊接接头，无论是直线焊缝还是曲线焊缝，都可以进行有效检测。总之，超声波无损检测技术在机械工程焊接中具有重要的应用价值。通过采用超声波无损检测技术，可以保证焊接接头的质量，提高生产效率，降低生产成本，并且保证人员和环境的安全。

3.4 涡流检测

涡流无损检测技术在应用的过程中，需要准备检测仪器，其中主要包括发生器、探头等。为了获得更好的测试结果，需要对焊接接头的外表面进行处理，例如清洁、去除氧化物和油脂等，并进行平整化处理。随后，将探头与测试样品接触，启动检测仪并开始记录数据。涡流无损检测的原理是利用交变电磁场感应涡流，通过检测涡流变化来推断缺陷情况。最后，根据测试数据进行分析并评估测试结果，确定焊接接头的质量。涡流检测技术具有以下优势。

（1）涡流无损检测技术能够探测小到几微米的缺陷，且精度高。通过无损检测，可以及时发现并定位焊接接头中的各种缺陷，为下一步的修补提供了可靠的数据支持。

（2）涡流无损检测技术可以在很短的时间内完成检测，是一种快速、高效的检测方法。

（3）涡流无损检测技术在检测过程中不会对环境造成污染和对人体健康产生影响。相较于其他检测方法，其检测过程干净、无噪声，属于环保、安全的检测技术。

（4）涡流无损检测技术可以适用各种形状和尺寸的焊接接头，适用于各种金属材料的焊接检测，可以有效地评估焊接接头的质量。

（5）涡流无损检测技术可以记录检测结果、图像等数据，便于客户和生产组织评估焊接接头的质量，并在后续的操作中进行技术追溯。

3.5 全息影像检测技术

在全息影像检测技术的应用过程中，首先，要清洁焊接区域表面，摆放被检测物体。其次，使用激光或白光干涉仪等设备，采集被检测物体的全息图像。再次，通过对全息图进行数字化处理，生成被检测物体的三维立体模型。最后，对生成的三维模型进行分析，确定焊接区域内是否存在缺陷。

全息影像检测技术在机械工程焊接中具有以下优点：①相比传统的二维影像技术，全息影像检测技术可以提供更加全面、精确的三维测量数据，从而更好地评估焊接质量。②在全息影像检测技术中，一个样品只需要进行一次全息图像采集，即可得到完整的三维模型，检测效率极高。③全息影像检测技术可以生成具有真实感和立体感的三维图像，使得对焊接区域存在的缺陷进行更加直观、准确判断。

4 结语

本文通过对焊接无损检测技术的探析，着重介绍了无损检测对机械工程焊接质量的重要性和机械工程中焊接结构常见问题，列举了夹杂、气孔、未熔合、焊接裂纹和错边等问题，并阐述了无损检测技术的应用策略，包括射线检测、磁粉检测、超声波检测、涡流检测和电磁检测。这些方法是目前机械工程焊接领域中常用且可靠的无损检测技术。有效地利用这些技术可以提高焊接接头的质量，保障产品的质量和安全性，同时也提高了机械工程焊接的生产效率和可靠性。本文旨在为机械工程焊接行业提供科学、合理、安全、高效的无损检测技术方案，促进行业的发展和进步。