超聲無損檢測技術在金屬材料焊接中的應用探討

胡秋月

隨著我國信息技術的大范圍使用，鋼鐵、銅等金屬材料成品的生產領域也愈來愈大。焊接技術作為一門單獨的工藝，在各個地方得到了普及與運用。其中，機械配件制造業是利用焊接技術較為廣泛的生產行業。所以，人們對金屬焊接的檢驗技術精度也日益關注。金屬焊接材料的高精度、高質量，是實現中國金屬焊接產業長遠發展的重要技術策略。自超聲波技術普及應用以來，尤其是針對金屬產品的質量檢測領域，成功促進了金屬產品檢測和制造的發展。在這一環節中，許多設備都是由金屬材料制成的，在主要領域也使用了焊接技術。所以，在工業產品中，對焊接工藝提出了更嚴格的要求，金屬產品的質量檢測工作所占的比重也越來越大。

1 無損檢測技術

1.1 無損檢測技術概念

無損檢驗技術指在不損傷或影響被檢查物品的自身使用性能的條件下，通過利用光、磁、聲、電等特性檢測檢查的物品中有無存在缺陷以及不均勻特性，從而揭示出缺陷的具體部位、特性、嚴重程度及其數量，進而判斷檢查物品的技術狀況(如使用壽命、合格與否等)所有手段的總稱。

1.2 無損檢測技術應用

①無損檢測的最大特征就是能夠在不破壞金屬材料或者內部結構的條件下進行檢測。因此，進行無損檢測后，金屬產品的檢測合格率可達到100%。但是，并不是所有需要檢測的物體和相關數據都可以通過無損檢測得到，無損檢測技術自身也有一定程度的束縛性。有些實驗只能通過破壞性實驗，所以無損檢測和破壞性實驗不能夠一視同仁一般來說，針對每一個配件、金屬材料、機械甚至金屬設備的評價，都務必與無損檢測手段和破壞性測試的最終結論加以互相比較與匹配，才能得到較為精確的評價結論；②準確選定金屬材料采用無損檢測的最好時間:無損檢測時，都務必按照無損檢測的目標正確選擇無損檢測的最好時間；③準確選定最適用的無損檢測手段：由于各種無損檢測手段都各有自身的優點，為提高無損檢測結論的精確度和可信度，應當按照金屬材料實際的類型、形狀、尺寸選擇材料以及適當的不損檢測方式。并按照有關設備材質、工作介質、加工方式、適用環境及其故障類型判斷可能出現問題的部位與方向；④由于所有無損檢查手段都是非通用的，所以各種手段均有自身的優缺點。應該盡量采用各種檢查手法互相參考比較，去其糟粕，揚長避短，以確保檢測設備的安全工作。同時，在無損檢驗的應用領域中，還應充分考慮到檢驗工作的目的并不能只是片面追求"高質量"，而且在保證足夠的穩定性和適當風險度的條件下，注重檢測工作的經濟性。唯有實現了這幾點，以及無損檢測技術在承壓相關設備中的廣泛運用，方可達到期望的目標。

2 超聲波無損檢測技術

2.1 超聲波無損檢測技術概念

超聲波無損測試技術，是一項高質量、高精度的測試技術。隨著世界經濟一體化的長遠發展，不同發達國家之間在積極進行經貿交流的同時，也逐步達成了科技交流的共同目標，為中國國內技術先進水平的提高，打下了扎實的技術基礎。超聲波無損檢測技術，主要是利用超聲波在物質內與物質外二者之間的往返傳遞，來檢驗金屬材料的品質能否合格。超聲波傳感器在各種媒介中的傳遞速率是迥然不同的。在一般的固態介質材料內部，工作溫度越低，傳遞速率越快，而應力條件就能直接影響傳導頻率。此外，金屬材料內部結構的均勻也會直接或間接地負面影響超聲的傳播速度。另外，超聲波無損檢測技術具備廣泛的檢測深度以及檢測精度，為實際質量檢測工程中的合格率發揮了重要作用。

2.2 超聲波無損檢測技術原理

超聲波無損檢測技術原理主要依靠超聲波在檢測樣品中的傳播特性。①超聲波由聲源產生，采用一定方式使超聲波進入檢測樣品；②超聲波在檢測樣品中傳播，并與檢測樣品材料和缺陷相互作用，其傳播方向或特性發生變化；③通過檢測設備接收檢測樣品變化的超聲波，并可對其進行數據處理和分析；④根據接收到檢測樣品的超聲波的特征，評估檢測樣品本身及其內部結構是否存在缺陷或者缺陷的特征。

2.3 超聲波無損檢測適用領域

在焊接金屬材料時，材質本身會產生各種的問題。所以，在進行焊接品質檢查時，必須選擇各種檢查方式。在并行檢查方法中，以超聲波無損檢查技術為主，輔助其他檢查技術進行綜合檢查。

①從測試對象的材質來看，可適合于非金屬材料、各種金屬及其復合物等；②從測試對象的生產過程來看，也可適合于各種金屬鑄造、焊接件、鍛壓機械、膠結類件等；③從測試對象的外形來看，可適合于各種金屬棒材、管材以及實木板等；④從測量對象的尺寸大小來講，可以厚度精確到幾毫米，或者也可能大到幾米；⑤從測量對象的缺陷部位來講，可以應用在內部缺陷和表面缺陷上；⑥在航天應用領域，可以借助超聲波等無損測量技術的先進性能優點，將高能束焊接技術和固態焊接技術引入到航天相關連接器中。另外，超聲無損檢查技術也在造船業進行了大量的使用，可以不斷提高半自動焊接水平，更好地減小造船生產成本，提高整個造船工藝水平。

3 超聲波無損檢測的優缺點

3.1 超聲波無損檢測的優點

超聲波無損檢測技術應用在各類不同的物體檢驗領域中，往往能夠取得十分理想的成效。也因為該技術有著優異的特性，在眾多應用領域中獲得了普遍的應用。其中以機器工業和鋼鐵工業領域的技術使用較為普遍。對于金屬超聲波的無損測量技術，在其使用過程中，不但能夠測量金屬板材，還能夠測量非金屬材料，因此有著非常好的適應性。同時，與超聲無損監測技術及其他類似的技術與手段比較，該技術有著更為突出的優點。它能夠更加深入檢測過程，從而找到被檢測對象的隱蔽性問題，并從不同程度上避免了物質、人力、財力的過度輸出。使用該技術時，由于它自身生產成本不高，而且檢測手段比較靈活，是其他類型技術無可比擬的，但隨著計算機技術等新興科學技術的推廣，超聲波無損檢測技術的科技成本也很高。這些情況都在一定程度上提高了金屬零件的穩定性，這不但能夠大大提高測試效果，同時也能夠確保了測試過程中工作人員的安全性。

3.2 超聲波無損檢測的缺點

就現狀分析，超聲無損檢查技術已經達到了一定的效果，但它既有優點，也有缺點，還存在很大的缺陷。所以，若要積極探究超聲無害檢測在當前金屬材料焊接過程中的實際運用，就需要在了解以上內容的基礎上，剖析超聲無害檢測的缺陷，并采用相應的檢測手段。

超聲波無損檢測的宏觀局限性:超聲波無害檢測的主要原理，是利用在固體物質中的回波能力來確定瑕疵的程度。但該種方式比較復雜。對形態不規則的產品，往往很難有效地找到實際存在的瑕疵。而目前，人們如果無法精確掌握瑕疵的具體程度和部位，將對今后的工作進展產生一定的負面影響。因此超聲波無害檢測對被檢物料的質量有嚴格標準規定。才能夠測量到瑕疵。但假如我們不能了解瑕疵的具體長度和大小，則就不能夠針對實際狀況制訂相應規劃。另外，超聲波無害檢測在面積形態測量與容積測試方面也存在著顯著的差異。據有關調查證明，區域形態的測量效率遠高于容積測量效率。可見，在外形測量流程中還是存在著一定問題。

超聲波無損檢測的微觀缺點：超聲波無損檢測人員的技術能力達不到標準，不能滿足特定的超聲波無損檢測任務，導致自身工作目的混亂，無從下手。同時，一些超聲波無損檢測作業人員配置存在諸多問題，如人員專業不匹配，超聲波無損檢測技術人員的失誤、疏忽或對整個檢測過程的不熟悉導致操作過程中必要的標準和程序出現錯誤。另外，在超聲波無損檢測過程中，沒有按規定對超聲波無損檢測工具和焊件材料進行檢驗，管道和乙炔會發生一定的反應，也會發生爆炸。另外，在超聲波無損檢測過程中，如果工作結束后現場不打掃干凈，造成一定的火災，也會造成相應的安全隱患。

4 超聲波無損檢測的作用

由于超聲波無損測試技術在金屬焊接中的廣泛應用，有關專家很快發現它能夠測量金屬的缺陷。它包括檢查金屬內部缺陷的功能，以及檢查金屬焊接宏觀缺陷的功能和檢查金屬焊接微觀缺陷的功能。

內在缺陷:當對金屬內部進行檢查時，如能發揮超聲波無損檢查的優點，很好地進行了檢查，但由于金屬內在的問題并不受一個方面的因素影響，檢查缺陷的方法也很多，這也是金屬焊接接頭性能無法控制的主要原因，而在生產金屬的焊接使用中，也需要確保焊接材料的質量完好。所有這都必須尋找有效檢查金屬內在問題的辦法。而超聲波無損檢查技術就能夠很好地做到這一點，可以及時發現并檢查金屬的內在問題。在生產金屬焊接過程中，由于受到了多方面的環境影響，在焊接接頭中出現了多個問題，從而導致焊接接頭的性能不連續。所以，在金屬材料焊接過程中，每種金屬材料的內在完整性都是確定整個焊接材料完整性的重要基礎。超聲波無損檢驗技術就可以來檢驗金屬材料的內在缺陷，通過判斷材料中是否出現了裂縫、氣洞、夾渣、未焊透等問題，確定了金屬材料自身的內在質量。

宏觀缺陷:在焊接過程中，由于熔融的各種金屬物料從焊接外流向未熔融的母材，所產生的各種金屬瘤也叫做焊道。在焊接過程中，由于熔化深度遠大于工件厚度，從而使得熔融金屬材料直接流過焊接背面而產生了穿孔。夾渣是工件焊接時在焊接中產生的夾渣，另一種則是在材料焊接流程中形成的氣體夾渣。在熔化金屬材料中，包裹著氣體時會引起氣洞的產生。而另一種則是在工件焊接時，金屬材料之間產生的裂縫。咬邊、焊道、凹模，還有表面的氣洞、表面橫向和縱向裂縫，以及焊趾裂縫等也會產生。

微觀缺點:在焊接工藝不規范、局部焊接工作溫度偏高、焊接表層氧化物等方面。微觀缺點都會影響金屬材料的焊接品質。因此使用超聲無損測試技術就能運用超聲測量金屬材料焊接中的各種指標，以便于真實反應焊接微觀結構問題，改善焊接缺點，從而提升金屬材料的焊接品質。在焊接處理過程中，因為焊接工藝的不規范，造成了焊接區局部整體受熱時間過長，導致了焊接晶粒變大的過熱狀態，而在此范圍內低碳鋼很容易產生魏氏組織，中碳鋼高碳鋼為網狀珠光體，因此應該退火和正火消除；溫度過高而且長期滯留于焊接處，粗晶區(過熱區)，這就是熔化組合區的主要特征，也正因為在熔化組合區內的化學反應和物理性能極不平衡，就導致了熔化組合區內是焊接中最脆弱的區域；在焊接過程中，因為凝結速率和結晶方向而導致的內部成分向一方集中的熱偏析現象。

5 超聲無損檢測技術在金屬材料焊接中的實際應用

超聲波具有傳遞能量和信息的功能。另外，超聲無損檢查有獲取材料簡便、成本低、操作簡易、受外部影響較小、性能穩定等優勢，因此在檢測中得到了廣泛的使用:

5.1 鋼管混凝土密度和均勻性的檢驗和測量

超聲波在檢測鋼管混凝土的密度和均勻性方面起著重要作用。超聲波是一種高頻聲波，具有傳遞能量和信息的功能。如果超聲波傳播過程中出現能量損失和高頻波損失，可以根據這些性能檢測鋼管混凝土的密度和均勻性。如果鋼管混凝土密度大，整體均勻性好，超聲波在傳播過程中能量損失小，高頻波消耗低，更多的高頻波會到達檢測探頭。如果鋼管混凝土密度較小，均勻性較差，則超聲波能量損失較大，高頻波損失較大，低頻聲波到達探頭。

5.2 橋梁內部加固的健康檢測

橋梁的重大安全隱患往往會造成及其重大的結果，但現已有許多橋重大安全事故時有發生，導致了巨大損失，妨礙了交通方便，主要的危害是嚴重危害了人身。所以要定時地對大橋進行進行橋梁健康檢查，利用超聲波等無損檢測技術探查橋的結構情況，并與橋原有的內部結構加以對比，確定了橋的損失程度，并做出全面而科學的分析，及時提出了相應的預案，并做好維修，同時做好了預防工作和一系列適當的保護措施。大橋的重大安全隱患往往將導致嚴重后果。橋的重大安全事故時有發生，導致了巨大的損失，妨礙了通行的方便。主要危害是對人身的嚴重威脅。所以，很有必要定期地對橋梁結構進行健康檢查，通過超聲波無損測量技術對橋梁結構進行檢查，并與橋梁原結構進行比較，以確定橋梁的質量損失程度，從而進行更全面、科學的分析，及時制定相關方案，開展維修，做好防御等一系列相應措施。

5.3 裂縫監測

裂縫測量也是超聲波探傷和焊接質量無損檢驗的重點。一般來說，裂縫的回波寬度一般很大，且振幅范圍較廣，會形成許多峰值。在將探頭平移時，反射波形也常常不斷改變。同時，在探頭轉動時，斷裂的頂飾也常常會上下移動。但應當重視的是，斷裂是一個十分危險的缺陷。這些缺陷的出現不但會影響焊接接頭的強度，同時也會使熱應力過分集中，這往往會成為結構受到破壞的主因。所以，在裂縫檢查流程中，技術人員應該增加對焊條或接劑的堿度，并選擇合適的焊接順序，以增加焊接收縮的自由度，從而最終推動了超聲波檢測能力與焊接質量及無損檢驗效能的進一步提升。

5.4 夾渣檢測

夾渣檢測的超聲波檢查和無損檢驗的意義，不言而喻。通常，點狀夾渣的返波信號通常和點孔的返波信號相同，但由于條形夾渣的返波信號一般為鋸齒形，所以其幅值并不高。另外，鋼帶夾渣波浪形有時成樹枝形，主峰旁還有其它小峰。同時，探針的平移振幅也會發生變化。工作人員在往不同方向檢查時會發生反射振幅差異，因此，產生這種問題的主要因素是由于焊接電壓太小或轉速太快，以及熔渣溫度上漲的幅度太大，焊接邊緣清理不干凈。所以，工程技術人員應該通過合理選用焊接電流，以及合理選用帶鋼輸送角的連接速度，推動超聲波探傷與無損測試等應用技術水平的有效提升

5.5 合理把握無損檢測的機遇

隨著金屬材料特性的差異，金屬材料的實際焊接質量出現了較大差別。主要因素是測試時間完全不同。亦即對于同樣的金屬材料，結果也大相徑庭。所以，在實際焊接中，根據金屬材料特性的不同，選用最合適的焊接時間。在選用試驗時間時，也應該按照其性能水平的不同，盡量選用在柔佛蘇丹的試驗時間。若技術人員要求及時完成檢測，則針對當前實際狀況確定具體日期。同時，金屬焊接與超聲檢查分屬二個不同的工種，由不同的工人與技師完成。首先必須要在無損檢測技術人員進行突破。堅持做好對重大無損檢測任務的決策。部署，執行以及評價要抓好。同時還要貫徹落實好有關得獎、批評、懲罰。在無損檢測過程中，強化對無損檢測作業檢查的相關要求，將各個部門的責任落實到人頭。全面樹立無損檢測作業人員的安全生產理念，可以通過重視安全條例實施以及無損檢測培訓活動，以及規范現場無損檢測管理要求達到目的。但是，超聲波無損測試技能一經融入金屬材料焊接工作中，這二項管理工作就將形成更密切的聯絡。所以，為促進超聲波檢查科技更高效的使用，就有必要在這二個環節中做好技術人員間的交流與互動，以培養合作默契，提高工作效率。

5.6 注意事項

通過研究超聲波無損檢驗技能在金屬實際工程設計中的運用，可以發現超聲波無損檢驗技能在日常金屬焊接中的運用，應當注重以下幾點:在金屬材料圖紙設計中首先確定了焊接金屬的技術條件，并選用了合適的超聲波無損檢驗標準；第二，首先明確了超聲波無損檢驗技能的正確使用時間，并針對金屬的整個工藝環節對其技術處理開展了實際測試與運用；第三，通過明確了超聲波無損檢測技術的探頭定位，可以進一步提高了測量數據的精確度；其四，在超聲波無損檢測技術的數據中，明確定義了反射波的振幅值，從而進一步提高了超聲波反射電路的精確性、完整性和速度。

6 結語

綜上所述，超聲波無損測試技術在金屬材料焊接中的運用作為近年來的一個新技術發展趨勢，對世界金屬材料焊接理論和技術的發展趨勢起了關鍵性的影響。所以，在實踐工作中，應該確定了金屬材料焊接的有關概念，使工業產品與測試技術相結合，在各個方面保障了工業產品的性能與技術開發。在應用了這些技術的同時，還大大提高了工作的精確度和準確度，大大緩解了工作的壓力，從而推動了工業經濟的發展。在目前的制造業中，利用對金屬焊接和超聲波技術的深入研究，人們能夠在第一時間判斷具體缺陷的部位、實際厚度以及整體寬度。因此，一方面能夠更有效的改善金屬焊接工作的總體品質，另一方面也能夠極大地提高制造效率。