超聲無損檢測技術(shù)在金屬焊接中的應(yīng)用

摘 要：超聲無損檢測技術(shù)是一種新型的檢測方法，這種方法可以實現(xiàn)在不影響檢測對象有關(guān)性質(zhì)的基礎(chǔ)上檢測出其中存在的問題。這種檢測方法常用于對金屬焊接的檢測，目的是檢測焊接質(zhì)量是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，但是在實際情況中，這種檢測技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀并不盡如人意，主要是因為此種檢測技術(shù)對人員素質(zhì)、檢測標(biāo)準(zhǔn)等方面的要求較為嚴(yán)格。我們對此應(yīng)該進(jìn)行深入研究，然后制定出合理的措施來提高這種檢測方法的實際作用，進(jìn)而有效提高金屬焊接的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：超聲無損檢測；金屬焊接；質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.033

金屬焊接主要用于對金屬材料的連接過程，這一過程中會由于金屬材料的材質(zhì)問題以及在金屬焊接中溫度的影響而導(dǎo)致最終的產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題。但是隨著現(xiàn)代工業(yè)水平的不斷提高以及人們對金屬材料需求的日益提升，這樣的質(zhì)量問題必須得到有效處理。在一般的檢測技術(shù)中，由于檢測手段的落后容易對金屬焊接后的焊口等造成影響，導(dǎo)致檢測過程成為影響質(zhì)量的重要因素，在這樣的形勢下，人們亟需一種無損型檢測技術(shù)來對金屬焊接的質(zhì)量進(jìn)行檢驗。超聲無損檢測技術(shù)的出現(xiàn)極大地滿足了這樣的需求，但是這種技術(shù)的應(yīng)用需要一定技術(shù)以及設(shè)備的支持，這對傳統(tǒng)的檢測流程提出了新的考驗和要求。

1 超聲無損檢測技術(shù)的綜合概述

超聲無損檢測技術(shù)在進(jìn)行檢測時主要是利用“超聲”的特點，因為“超聲”的頻率可以達(dá)到20000Hz以上，并且在傳播過程中具有良好的方向性與穿透性，這樣就為此項檢測技術(shù)提供了有效的探測介質(zhì)。除此之外，超聲無損檢測技術(shù)中還利用了自動化技術(shù)、圖像化技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)以及智能化技術(shù)等，這些技術(shù)的發(fā)展水平也處于不斷的變化中，尤其在新媒體技術(shù)得到廣泛應(yīng)用后，超聲無損技術(shù)的檢測能力得到了進(jìn)一步的提升。這項技術(shù)的最大優(yōu)點在于可以實現(xiàn)無損檢測，這樣可以保證檢測對象的質(zhì)量以及為后續(xù)的加工處理提供精確的指導(dǎo)。我國在這項技術(shù)的研究以及使用上處于較為落后的狀態(tài)，但是隨著與世界各國交流的增加我國在此項技術(shù)的研發(fā)方面取得了一定的成績，目前“超聲”的產(chǎn)生可以通過聲、光、磁、電等途徑來達(dá)到，應(yīng)用領(lǐng)域也逐步擴(kuò)大[1]。在研發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)由多種因素會對這種技術(shù)的使用效果產(chǎn)生影響，其中最為重要的是檢測對象材質(zhì)的不同，通過研究表明，超聲波在不同的介質(zhì)中其傳播速度會不同，一般在材質(zhì)均勻、應(yīng)力條件較好材質(zhì)中超聲波的傳播速度會呈現(xiàn)適中狀態(tài)，既能夠?qū)Σ馁|(zhì)內(nèi)存在的問題或缺陷進(jìn)行明確顯示，又可以減少因傳播速度的不穩(wěn)定而影響最終的檢測結(jié)果。

2 超聲無損檢測技術(shù)在金屬焊接中的應(yīng)用方法

在金屬焊接過程中，經(jīng)常會由于溫度、材質(zhì)等因素而導(dǎo)致出現(xiàn)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的問題，如果這些問題不能得到及時發(fā)現(xiàn)和處理，則可能會在使用過程中出現(xiàn)不良狀況甚至釀成重大安全事故。首先進(jìn)行的是檢測方法的選擇，雖然超聲無損檢測技術(shù)是中心環(huán)節(jié)，但是在實際檢測中也應(yīng)該根據(jù)金屬材料的材質(zhì)以及檢測位置的不同而使用不同的附加檢測技術(shù)，這樣的目的是為了進(jìn)一步確保檢測的精確性以及全面性；其次進(jìn)行的是具體的檢測過程，在此過程中應(yīng)該對檢測時機進(jìn)行準(zhǔn)確地判斷，因為如果只是靜態(tài)檢測，檢測對象中存在的一些問題很可能被忽略或者強度達(dá)不到后續(xù)加工的標(biāo)準(zhǔn)，所以在檢測時需要以動態(tài)試驗的方式來給檢測對象施加外力，這樣更能使內(nèi)部存在的問題得以呈現(xiàn)；最后進(jìn)行的是對檢測結(jié)果的判斷上[2]。使用超聲無損檢測技術(shù)得到的檢測結(jié)果只是質(zhì)量檢測中的一個部分，有的檢測需要采用破壞式的方法，但是破壞式方法并不能夠用于每一個檢測對象，這時就需要將這兩方面結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)籌考量來確定金屬焊接的質(zhì)量情況。

3 超聲無損檢測技術(shù)在金屬焊接中的具體作用

通過超聲無損檢測技術(shù)的檢測，我們可以從中發(fā)現(xiàn)金屬焊接在質(zhì)量上存在的問題，其作用具體表現(xiàn)在以下三個方面。

3.1 能夠檢測出金屬材料在材質(zhì)方面的缺陷

金屬材料是金屬焊接過程中的操作對象，但是如果金屬材料在材質(zhì)上存在一定的問題，那么這樣的焊接過程就會失去意義，所以必須在焊接前對金屬材料的材質(zhì)進(jìn)行檢測。雖然有些方面在使用金屬材料時對其材質(zhì)沒有較高的要求，但是作為加工方應(yīng)該對金屬材質(zhì)進(jìn)行檢測以確定材料的層次，進(jìn)而在焊接過程中使用不熔的焊接方法，比如有的材料內(nèi)部材質(zhì)不夠均勻，那么在焊接時必須增加焊料或者采用其它措施來確保焊口的質(zhì)量。通過超聲無損檢測可以判斷金屬材料在材質(zhì)方面的缺陷，其檢測方向主要包括材料材質(zhì)的均勻性、是否含有雜質(zhì)以及是否存在氣孔等方面，在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，一些金屬材料生產(chǎn)商為了謀求更大的利益通常會在生產(chǎn)過程中減少金屬材料的使用，但是由于檢測手段的落后使這些不良產(chǎn)品進(jìn)入了市場流通中，進(jìn)而埋下了嚴(yán)重的安全隱患。超聲無損檢測技術(shù)可以在這一方面發(fā)揮重要的檢測作用，使金屬材料的等級、用途等獲得明確標(biāo)識。

3.2 能夠檢測出金屬焊接中存在的宏觀缺陷

金屬焊接中的宏觀缺陷主要指金屬材料在物理方面的變化，比如材料厚度、長度以及材料平整度等方面，這些宏觀缺陷在金屬焊接中容易出現(xiàn)，因為金屬焊接過程中金屬材料會承受高溫的影響，以至于一些熔點較低的材料發(fā)生融化而對厚度、長度等產(chǎn)生影響，或者焊接中的焊料會順著焊縫進(jìn)行流動，造成焊料附著在加工材料上，進(jìn)而使材料的局部厚度增加。在一些粗加工中，這種現(xiàn)象一般不會被人們所重視，但是在精密加工中，金屬材料發(fā)生的細(xì)小變化會對最終的運用結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，因此必須通過某些檢測技術(shù)來檢測加工產(chǎn)品是否滿足既定的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)[3]。超聲無損檢測技術(shù)在檢測宏觀缺陷方面具有一定的優(yōu)勢，因為在實際檢測中操作者可以忽略金屬材料的內(nèi)部材質(zhì)問題以及焊接手段的不同而產(chǎn)生不同的焊口形態(tài)，這樣的檢測過程比較容易實行，并且最終結(jié)果的顯示也比較直觀，有利于后續(xù)處理工序的展開。

3.3 能夠檢測出金屬焊接中存在的微觀缺陷

金屬焊接中的微觀缺陷比較難以檢測，并且在進(jìn)行檢測時需要根據(jù)檢測項目的不同使用不同的“超聲”內(nèi)容。在實際情況中，微觀缺陷的出現(xiàn)主要與焊接工藝的技術(shù)水準(zhǔn)有關(guān)聯(lián)，因為在焊接工藝中，操作者需要對焊接溫度以及所處環(huán)境等進(jìn)行嚴(yán)格的控制，如果沒有達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，則可能出現(xiàn)以下幾種情況：第一，在金屬焊接中焊接溫度必須控制在一定范圍，雖然焊料的融化過程中所需的溫度較高，但是如果超出融化標(biāo)準(zhǔn)則可能導(dǎo)致金屬材料的局部溫度過高，進(jìn)而使金屬材料的內(nèi)部發(fā)生組織改變。這樣會降低金屬材料的材質(zhì)水平，進(jìn)而使加工結(jié)果受到不良影響而加工出不良產(chǎn)品；第二，金屬焊接過程中尤其在精密加工中，焊接環(huán)境的變化會對焊接結(jié)果產(chǎn)生不同影響，比如有的焊接中需要對氧氣含量進(jìn)行控制，如果超出一定標(biāo)準(zhǔn)，則可能出現(xiàn)氧化反應(yīng)而影響加工質(zhì)量。通過超聲無損檢測技術(shù)檢測出的微觀缺陷在進(jìn)行后續(xù)糾正時也需要根據(jù)加工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，這樣才能保證后續(xù)處理結(jié)果達(dá)到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

4 超聲無損檢測技術(shù)在金屬焊接中的應(yīng)用現(xiàn)狀

超聲無損檢測技術(shù)的重要性雖然已經(jīng)在加工領(lǐng)域得到了廣泛承認(rèn)，但是其實際應(yīng)用現(xiàn)狀卻不盡如人意，具體表現(xiàn)在以下幾點：

4.1 無損檢測項目設(shè)計不夠合理

在對金屬焊接產(chǎn)品的檢測中，首先會設(shè)計出對應(yīng)的無損檢測項目，這樣才能保證檢測過程按照一定的順序以及規(guī)范來進(jìn)行，但是在實際情況中，經(jīng)常由于某些因素的影響，比如檢測者主觀上的不重視以及監(jiān)督程序不嚴(yán)格等，造成無損檢測項目的設(shè)計出現(xiàn)不合理的狀況，這對后續(xù)的檢測會產(chǎn)生直接的影響，比如不同的金屬焊接產(chǎn)品會存在材質(zhì)、焊接工藝等不同的情況，這就會使具體的檢測過程出現(xiàn)不同，如果按照同一檢測項目來進(jìn)行檢測的話，則會造成檢測結(jié)果出現(xiàn)偏差或者不能發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，這樣的結(jié)果會讓不合格的產(chǎn)品進(jìn)入市場，進(jìn)而產(chǎn)生一定的安全隱患。

4.2 技術(shù)操作人員的素質(zhì)有待提高

超聲無損檢測技術(shù)是一項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較高的技術(shù)類型，而且在實際運用中會涉及到其它的技術(shù)應(yīng)用，比如計算機技術(shù)、“超聲”產(chǎn)生技術(shù)以及收集和呈現(xiàn)檢測結(jié)果的技術(shù)等，這樣就會對技術(shù)操作人員有更高的要求。一般在實際檢測中，檢測人員并不會只是幾個人來進(jìn)行，而通常會成立專門的檢測小組，其中的每個成員都會承擔(dān)著相應(yīng)的技術(shù)責(zé)任[4]。但是在實際情況中，檢測技術(shù)操作人員卻往往在技術(shù)的使用上存在一些問題，或者由于對檢測的不重視而導(dǎo)致檢測過程不能嚴(yán)格進(jìn)行。無損檢測的流程比較復(fù)雜，如果沒有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目刂瞥绦?，則容易造成最后的結(jié)果失去研究意義。

4.3 當(dāng)前超聲無損檢測技術(shù)中存在一定的缺陷

超聲無損檢測技術(shù)處于不斷地發(fā)展中，導(dǎo)致某些技術(shù)細(xì)節(jié)與現(xiàn)實檢測情況存在一定的差異，這樣就會造成檢測結(jié)果的偏差。這樣的情況在當(dāng)前是無法完全避免的，只有通過技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展才能盡可能彌補當(dāng)前檢測中存在的缺陷。比如在檢測過程中，金屬材料的缺陷超出了檢測范圍或者與其它缺陷比較類似而導(dǎo)致后續(xù)的校正手段采用了相同的類型而導(dǎo)致處理效果的下降，這個過程中主要涉及到缺陷鑒別技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前的超聲范圍以光、聲、電等為超聲來源，導(dǎo)致檢測范圍受到了一定的限制。當(dāng)然在目前情況下，檢測者會通過其他檢測技術(shù)來對超聲無損檢測進(jìn)行印證，以便于總結(jié)檢測規(guī)律而降低誤差的出現(xiàn)。

5 提升超聲無損檢測技術(shù)在金屬焊接中應(yīng)用效果的措施研究

通過對超聲無損檢測技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的了解和研究，我們需要采取積極措施來進(jìn)行改變，進(jìn)而使這種檢測技術(shù)在得到提升的同時被廣泛應(yīng)用。

5.1 從實際出發(fā)改善無損檢測項目，進(jìn)而保證檢測時機

在無損檢測項目的涉及過程中，設(shè)計者首先應(yīng)該端正自己的設(shè)計態(tài)度，認(rèn)識到檢測的重要性以及必須性，然后設(shè)計者應(yīng)該從實際出發(fā)來設(shè)計檢測項目，比如在對不同的金屬焊接產(chǎn)品進(jìn)行檢測時，必須根據(jù)產(chǎn)品的不同而設(shè)計出不同的檢測項目，這樣才能盡可能滿足每種產(chǎn)品的檢測要求。由于不同產(chǎn)品在焊接工藝以及外部環(huán)境的差異而導(dǎo)致檢測時機不盡相同，比如有的產(chǎn)品在焊接之后的一定時間內(nèi)必須得到檢測，如果時間控制達(dá)不到要求，則會導(dǎo)致某些缺陷很難再被檢測出來[5]。無損檢測項目的設(shè)計并不是同一而定的，所以參與設(shè)計的人員或者團(tuán)隊必須在保證工作效率的同時，力求檢測項目的實際可行性。

5.2 加強技術(shù)操作者的培訓(xùn)，促進(jìn)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性

檢測技術(shù)操作者必須得到較為完善的培訓(xùn)，其培訓(xùn)項目主要包括兩個方面，一個是對多種檢測技術(shù)的使用能力及水平的培訓(xùn)，另一個是對操作者對待技術(shù)檢測態(tài)度的轉(zhuǎn)變。通過這樣的培訓(xùn)主要目的是提高檢測的工作效率，而且操作者嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度會減少很多誤差的出現(xiàn)，比如在檢測中需要對檢測對象進(jìn)行拍照測量，但是由于拍照工具的光線影響會使檢測對象的清晰度受到影響，而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮髦袝鲃诱{(diào)整拍攝角度或者根據(jù)反射范圍進(jìn)行補償性曝光。加強技術(shù)操作者的培訓(xùn)需要得到一定的監(jiān)督，這樣才能提升培訓(xùn)質(zhì)量，進(jìn)而促進(jìn)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5.3 創(chuàng)新超聲無損檢測技術(shù)，克服目前缺陷

超聲無損檢測技術(shù)會隨著科學(xué)技術(shù)的日益更新和發(fā)展而呈現(xiàn)不斷完善的狀態(tài)，但是這需要相關(guān)的研究者在技術(shù)層面加強研究，并且與當(dāng)前的最新技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，比如可以通過試驗來驗證某些技術(shù)的使用效果，進(jìn)而最大程度的克服目前存在的缺陷。創(chuàng)新超聲無損檢測技術(shù)并不是容易的事情，不僅需要研究者的大力關(guān)注，而且實際操作者也應(yīng)該成為創(chuàng)新過程中不可缺少的一部分，因為有的缺陷需要在實際應(yīng)用中才能被發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而以其為目標(biāo)來進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展。

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作者簡介：聶祺昀（1999-），男，河南鄭州人，本科在讀，研究方向：金屬材料工程。