常規鋼結構焊縫探傷無損檢測方法概述及未來展望

楊文卓，胡 峰，馮俊雄，王嘉晨，黨軍雷

（1.西安石油大學，陜西 西安 710300；2.渭南市檢驗檢測研究院，陜西 渭南 714000）

1 概論

近年以來，常規鋼結構的無損檢測技術取得了較大的發展，例如目視檢測，超聲波檢測，磁粉檢測，射線檢測，滲透檢測，渦輪技術等都在無損檢測方面有著具體的應用。分析總結這幾類常見方法，對于企業在技術選型，控制成本等方面都具有重要的意義。

2 幾種常見無傷檢測方法介紹

2.1 目視檢驗

目視檢測技術，即技術人員直接目測或使用內窺鏡目測鋼結構表面及內部結構的方法。國際上的正確做法就是要求在進行超聲檢測或射線檢測前，進行外觀目視檢測，只有當檢測全部合格后，再進行超聲檢測或射線檢測[1]。這種技術在航空航天領域的使用尤其廣泛，對技術人員素質要求較高，且需要技術人員有相關技術資格認證。其中內窺鏡的使用是對內部焊接質量檢測的重要器材。視頻內視鏡也叫孔探儀，利用了先進的視頻技術，突破了傳統的一人觀察，在光纖信號的幫助下，結構內部視頻可以傳接到監視器上讓多人觀看，也可以實現一人佩戴液晶眼鏡觀看。在無線通信技術的幫助下，可以將視頻信號上傳到指揮中心，便于多人遠程進行工程指導，同時可以對檢驗過程的記錄進行有效保存。

目視檢驗技術的優點主要在于不需要過多的儀器設備、檢驗成本較低、可以多人遠程指導、操作簡單等優點。局限性在于內窺鏡對被檢鋼結構口徑大小有所要求、檢測員技術要求較高、人工檢測具有主觀性易出現誤差等。與此同時，無損檢測技術部分起源于醫療行業射線及渦流探傷方面的檢測，前者應用X射線、y射線即可檢測是否存在缺陷；后者能對機體、結構部件，以及螺栓孔等表面情況加以檢測，比如：表面有無裂紋、腐蝕、導電材料缺陷等情況，建議合理使用渦流探傷檢測技術進行維修，以此充分發揮出該項檢測技術的最大應用價值[2]。

2.2 超聲波檢測

焊接中比較常見偏析問題、夾雜問題對焊接質量的影響非常大，而且會降低接頭力學方面的性能、鋼結構穩定性。與此同時，氮化物、氧化物及硫化物等，均會致使焊縫硬度增加，這時塑性及韌性下降，產生層狀撕裂現象，而這也是鋼結構質量受到威脅的基本原因，直接關系到工程的整體質量和安全問題[3]。針對此類問題，利用超聲波無傷檢測會帶來較大便利。超聲波無傷檢測技術是指在檢測時，利用超聲波技術對材料的內部結構進行檢測。利用聲波特性，當聲波從一個截面接觸到另一個截面時，會在接觸點形成不同的聲波反射。尤其在傳播過程中遇到的材料缺陷，超聲波會轉化為脈沖波。設備會對最終反射的脈沖加以分析，能準確的分析出材料存在的缺陷及缺陷位置與大小。隨著超聲波技術的不斷研究和應用，超聲波技術在工業探傷上的使用作用越發重要。

超聲波檢測技術相比于目測技術，更好的避免了由于檢測人員失誤而產生的檢測誤差，大大提高了工作效率，而且利用互聯網大數據和計算機技術，能對材料缺陷做出較為綜合的評價，且直觀的顯示出缺陷的形狀和大小，有助于檢測人員對提出更為準確的檢測報告。同時射線檢測的底片也易于保存，對工程檢測溯源會有直接幫助。但其也存在一定局限性，無法對缺陷埋藏深度進行定位。同時檢測厚度有限，底片需專門送洗。并且對人身體有一定傷害，成本較高[4]。

2.3 磁粉檢測

磁粉檢測是利用磁粉為介質，利用磁粉的分布，并加以觀察。主要使用方法是磁性材料的產品部件被磁化后，讓其表面與磁粉均勻接觸，利用其不連續性存在的原理，使得產品部件的表面發生局部畸變而產生漏磁場。通過目視的方式，在合適光照下會形成可見的磁痕，從而顯現其不連續性的位置。同時磁粉檢驗也可以檢測缺陷的大小、形狀和嚴重程度。科技發達國家很重視磁粉檢測設備的開發，因為只有先進的檢測設備，才能給磁粉檢測帶來成功的應用[5]。

磁粉檢測主要應用于鐵磁性材料近表面和表面缺陷檢測，能夠準確將材料存在缺陷的形狀、位置、尺寸、破損等級直觀顯示出來，再加上靈敏度高，即使是微米級的缺陷也能夠被檢測出來，對于后續問題處理有積極作用。再者，該檢測方法操作簡單，成本低廉，檢測速度快、重復性高，可有效提升作業效率，保證信息數據獲取準確性[6]。

2.4 射線檢測

目前，X射線檢測技術在現實無損檢測中已經廣泛利用，其多樣性的檢測方法可以對不同種類的檢測提供多樣的方法。同時多樣的檢測技術還有不同的優缺點，使得其難以無法完全替代。其中射線膠片照相技術在焊縫質檢方面的使用最為常見。其檢測第一步是向被檢工件發射均勻的X射線，待射線穿過工件后使得另一側的膠片感光，得到成像；第二步將膠片影像與工件內部結構影相對應；最后在特殊燈光下分析兩種兩種成像不同之處，分析是否存在缺陷，并得出缺陷數量、類型、大小、位置等數據從而達到對焊接質量的檢測目的。射線檢測技術具有穩定、可靠等諸多優點，在焊接無損檢測技術中廣泛使用，鋁、不銹鋼薄壁管焊縫可使用射線實時成像檢測方法代替射線拍片法，達到高效、綠色、環保的目標，也為檢測鑄件提供方法、依據[7]。

然而，X射線檢測技術也存在很大局限性。由于X射線本身的特點，X射線本身分布均勻且有較強的穿透性，使得其很容易穿過一些微小縫隙，所以檢測結果會收到一定影響。此外，由于受到射線自身因素的影響，射線檢測技術不能檢測到鋼板分層的問題[8]。

2.5 滲透檢測

滲透檢測技術是將熒光染色劑均勻的涂在工件表面，染色劑滲透進入工件缺陷的縫隙。在除去表面多余的染色劑后，利用顯像劑會對缺陷的縫隙發生顯現作用從而直觀的觀察到工件表面的缺陷問題。滲透檢測一般在5℃～50℃的溫度范圍內進行，在此范圍外，特別是在低溫情況下，工件表面存在污垢，滲透檢測靈敏度降低，容易造成漏檢。噴罐噴射壓力也受影響，故低溫環境適用性差[9]。

滲透檢測與其他焊接檢測技術相比，操作更為便捷。在具體焊接檢測過程中，在焊接部位涂抹一定的滲透液，隨后根據滲透的方式進行焊接部位滲透性、密度等分析，根據結果綜合評估焊接質量。但是，在滲透檢測技術應用過程中，極易受到外部條件的干擾。當一些外部環境出現明顯變化后，滲透檢測工作就難以順利進行，檢測結果也與實際存在較大差異。在特定的檢測場景與條件下，滲透檢測技術具有靈活性與便捷性[10]。

2.6 渦輪技術

渦流檢測技術利用電磁感應原理。通過測定被檢工件內感生渦流的變化來發現缺陷的無損檢測。其通常用作工件表面或近表面的檢測。

渦輪檢測技術對導電工件對表面缺陷檢測靈敏度很高。其主要優點包括應用范圍廣、無需耦合劑、能反應有關裂紋深度的信息供技術檢測人員加以參考。同時其關鍵缺點是檢測效率較低，通常此種檢測方法不會單獨使用。

3 未來展望

隨著國家工業體系的日益完備，人民對美好生活的期望也不斷提高，對現實基礎建設工作的需求也越來越大。焊接作為現代社會必不可少的一項技術，其質量檢測地位舉足輕重。但在目前互聯網時代，焊縫的檢測方法還主要需依托人工的檢測及監察。而人工檢測費事費力，同時人這一復雜的個體會對質檢造成無法避免的誤差。如果在一些國家重要工程，如西氣東輸，石油工業管道等出現焊縫故障，其造成的后果無法估量。

對現行的檢測技術加以改進，減少人工的使用，推進互聯網+智能檢測設備的使用，能夠最大程度的減少由于質量檢測疏漏造成的重大安全事故。例如目前有相關研究人員提出的焊接缺陷自動提取與檢測，建立與X射線上的自動檢測技術可以初步自動檢測出缺陷并報警，有效的提高了質檢效率。但是實驗目前也停留在初期，并未有突破性的進展。隨著智能化，自動化技術的不斷發展，無損檢測技術也將取得更好的發展。