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摘要：目前，焊接已成为船舶、汽车等行业不可缺少的加工技术，是连接材料最重要的加工方法之一。在焊接过程中，由于焊接设备和工艺条件的偏差、冶金因素的变化以及残余应力状态的影响，经常出现气孔、夹渣、未焊透、裂纹等缺陷。疲劳裂纹是金属结构中最常见的缺陷之一。裂纹如果不及时修复，会引起结构变形、断裂等，严重时会导致产品报废，严重影响焊接加工质量和经济效益。因此，焊后裂纹的检测非常重要。
关键词：无损检测；焊接裂纹检测；应用
前言
焊接作为现代钢结构的最主要连接方法之一。采用焊接连接时，焊缝处产生的气孔、裂纹等缺陷会破坏焊缝的连续性，降低焊缝的力学性能。超声波无损检测技术是确保钢构件连接焊缝的焊接质量的重要手段之一。当前，超声波检测新技术种类繁多，除常规的超声检测技术外，近年出现的接触式超声波检测新技术有:超声相控阵检测(UPA)、衍射时差超声检测(TOFD)和超声导波检测技术，而非接触式超声检测新技术主要有:激光超声检测、电磁超声检测(EMA)、空气耦合式超声波检测(ACU)等。笔者结合自身的研究背景，介绍了建筑钢结构领域近些年最热门的几种超声波检测技术，对这些超声波检测新技术的研究进展进行了分析讨论，并对其特点、适用性、局限性和发展方向进行了综述说明。在完成焊接生产活动后,检测人员需对焊接结构进行质量方面的检测工作,在检测时,需要对焊接结构的实际安全性、可靠性、完整性以及实际使用效果进行核查。通过严谨的焊接检查工作,存有质量缺陷的焊接结构会被排除,焊接生产单位的整体生产质量水平也能够得以提升。但是在实际的焊接检测活动中,检测技术的缺陷却阻碍了焊接检测工作顺利开展,主要是很多检测技术的具有极强的破坏性,焊接结构会因检测活动而形成严重的受损问题。本文以无损检测技术为研究对象,探讨其在焊接检测环节的应用情况。
1无损检测技术分析
基于焊接质量检测工作的无损检测要求,检测人员必须要对传统的检测工作模式进行调整,引入全新的检测技术,控制检测过程中材料受到的影响,既不能影响材料的性能与结构,同时也不能使焊接结构出现一些物理方面的变动,在检测质量的同时不能破坏其原有质量,因此技术人员结合焊接工作特点对现代质量检测技术进行了调整与革新,研究出了多种具有无损伤应用特点的质量检测技术。我国的无损检测技术发展周期长,最初只能在检查工作阶段实现无损检测目标,而后在焊接结构检测工作中,无损需求也可被充分实现,在检测焊接材料时,也不会使材料出现被损坏的情况,在当前的焊接检测工作中,无损评估需求也可被满足。
2裂纹常规无损检测
2.1超声检测
超声检测利用超声波的透射和反射进行检测，可以较灵敏地测出裂纹，并显示出裂纹的位置和大小以及材料厚度等。但是，超声波对于粗糙、形状不规则、或非均质材料难以检查，如组织粗大的奥氏体不锈钢焊接件，同时超声波对裂纹的定性和定量也很难准确判断。另一方面仪器探头、检测人员、检测对象等诸多因素，以及超声检测的不直观性，使得超声检测在质量控制上受到限制。超声波的新技术中超声波相控技术可获得整体检测图像，检测灵活性好，速度快。超声衍射检测技术可靠性好，定量精度高，检测效率高，能有效检测出裂纹的增长。
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1.2射线检测
射线检测利用有穿透能力的射线来扫描待检工件，并根据待检工件透射后的强度值的差异来判定待检工件内部是否含有裂纹。射线检测的常见的焊接裂纹影像是：两端颜色浅中间颜色深，两端尖细中间稍宽，一般呈折线条或略带锯齿状的细纹，有时出现树枝状影像。射线检测方法检测图像信息结果直观可见，定量、定位也相对方便，几乎没有材料和形状的限制。但是此种方法也存在着设备比较复杂、成本较高、检测需要双面法检测等缺点。对于体积缺陷，射线检测灵敏程度比较高，平面缺陷灵敏度低，当裂纹与射线方向不完全平行时不易被检出。最后射线检测过程当中存在安全隐患，需要注重各种射线的防护。
2.3磁粉检测
磁粉检测是利用裂纹处产生的漏磁场与表面涂有的磁粉相互作用，促使磁力线的分布发生改变，从而显示出裂纹的检测方法。磁粉表面检测主要是利用磁粉在工件表面所形成的磁痕来判断裂纹情况。磁粉法显示直观，灵敏度高，可以用于检测工件表面和近表面裂纹，但是很难定量裂纹的深度。在进行磁粉检测之前，应对被检测对象的表面进行清洁处理。
2.4涡流检测
涡流检测基于电磁感应原理，缺陷的情况根据电磁场与被检试件相互作用产生的涡流来判断。当试件表面或近表面存在裂纹时，由于裂纹电阻较大，会扭曲电涡流的流向，电涡流将朝着裂纹的边缘或底部偏转，从而影响试件周围的感应磁场的分布，通过观察磁场分布的变化就可以检测是否存在裂纹。传统涡流检测方法存在着一定不足。近年来，随着计算机技术和微电子学的发展及各种信号处理技术的采用，涡流检测技术出现了很大进步。新技术阵列涡流检测可实现纵向长裂纹和多层结构非表面裂纹的检测，脉冲涡流检测能实现金属近表面裂纹深度与大小的快速定量分析。
2.5渗透检测
渗透检测法是利用毛细吸收原理来检测试件是否存在裂纹的。从渗透检测显示的痕迹特征可以判断出不同的焊接裂纹。热裂纹呈现曲折的波浪状或锯齿状的细条纹，冷裂纹呈现较直的细条纹，火口裂纹呈现出星状或锯齿状条纹。渗透检测具有以下优点：工作原理简单；应用对象广，可检测磁粉检测法无法检测的奥氏体钢和有色金属；检测图像效果不受裂纹方向的限制；设备简单、操作方便及成本低。缺点是：渗透检测只能检测开口及其表面裂纹；检测效果灵敏度受人为因素明显，检测精度比其他方法低；对被测试件表面的粗糙程度及检测环境有一定要求；检测时需要按照工艺步骤操作。
3裂纹无损检测技术展望
分析国内外现状，裂纹无损检测方法很多，且各有特点。裂纹的定性定量分析依然是未来研究的重点。学科交叉及多种检测方法结合，可以达到更好的检测效果。如将超声法和红外法结合的超声红外锁相法能够准确地检测试件裂纹；将图像处理技术和射线检测相结合，可观察到更清晰的裂纹图像。总之，不断改进并结合各种无损检测技术，融合多个学科，充分发挥各自的优势，可使无损检测技术在焊接领域中得到更多的发展与应用。
结束语
随着钢结构在建筑领域中比重逐年增加，如何更迅速、更直观和更高效地检测钢结构焊缝质量是亟待无损检测人员解决的问题。新型超声波检测等技术便应运而生，这些新型超声波无损检测技术克服了传统超声波检测技术的难点，具有极其乐观发展前景。但同样要看到的是，这些新型超声波无损检测技术也有各自的局限性，仍需要广大研究人员和检测人员投入更多精力研究和完善。可以预见的是，随着电子技术、计算机技术、自动化技术以及传感技术的发展，新型超声波无损检测技术的灵敏性、精确性和可靠性都将得到进一步的提高，其应用领域也必将更加广阔。
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论文作者:刘英学,张勇斌
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年2期
论文发表时间:2019/5/16
标签：裂纹论文; 检测技术论文; 超声论文; 超声波论文; 涡流论文; 射线论文; 表面论文; 《建筑学研究前沿》2019年2期论文;