常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)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(xué)，陜西 西安 710300；2.渭南市檢驗(yàn)檢測研究院，陜西 渭南 714000）

1 概論

近年以來，常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)的無損檢測技術(shù)取得了較大的發(fā)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(shù)等都在無損檢測方面有著具體的應(yīng)用。分析總結(jié)這幾類常見方法，對于企業(yè)在技術(shù)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(yàn)

目視檢測技術(shù)，即技術(shù)人員直接目測或使用內(nèi)窺鏡目測鋼結(jié)構(gòu)表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方法。國際上的正確做法就是要求在進(jìn)行超聲檢測或射線檢測前，進(jìn)行外觀目視檢測，只有當(dāng)檢測全部合格后，再進(jìn)行超聲檢測或射線檢測[1]。這種技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的使用尤其廣泛，對技術(shù)人員素質(zhì)要求較高，且需要技術(shù)人員有相關(guān)技術(shù)資格認(rèn)證。其中內(nèi)窺鏡的使用是對內(nèi)部焊接質(zhì)量檢測的重要器材。視頻內(nèi)視鏡也叫孔探儀，利用了先進(jìn)的視頻技術(shù)，突破了傳統(tǒng)的一人觀察，在光纖信號的幫助下，結(jié)構(gòu)內(nèi)部視頻可以傳接到監(jiān)視器上讓多人觀看，也可以實(shí)現(xiàn)一人佩戴液晶眼鏡觀看。在無線通信技術(shù)的幫助下，可以將視頻信號上傳到指揮中心，便于多人遠(yuǎn)程進(jìn)行工程指導(dǎo)，同時(shí)可以對檢驗(yàn)過程的記錄進(jìn)行有效保存。

目視檢驗(yàn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要在于不需要過多的儀器設(shè)備、檢驗(yàn)成本較低、可以多人遠(yuǎn)程指導(dǎo)、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。局限性在于內(nèi)窺鏡對被檢鋼結(jié)構(gòu)口徑大小有所要求、檢測員技術(shù)要求較高、人工檢測具有主觀性易出現(xiàn)誤差等。與此同時(shí)，無損檢測技術(shù)部分起源于醫(yī)療行業(yè)射線及渦流探傷方面的檢測，前者應(yīng)用X射線、y射線即可檢測是否存在缺陷；后者能對機(jī)體、結(jié)構(gòu)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(dǎo)電材料缺陷等情況，建議合理使用渦流探傷檢測技術(shù)進(jìn)行維修，以此充分發(fā)揮出該項(xiàng)檢測技術(shù)的最大應(yīng)用價(jià)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(zhì)量的影響非常大，而且會降低接頭力學(xué)方面的性能、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。與此同時(shí)，氮化物、氧化物及硫化物等，均會致使焊縫硬度增加，這時(shí)塑性及韌性下降，產(chǎn)生層狀撕裂現(xiàn)象，而這也是鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量受到威脅的基本原因，直接關(guān)系到工程的整體質(zhì)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(shù)是指在檢測時(shí)，利用超聲波技術(shù)對材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測。利用聲波特性，當(dāng)聲波從一個截面接觸到另一個截面時(shí)，會在接觸點(diǎn)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(zhuǎn)化為脈沖波。設(shè)備會對最終反射的脈沖加以分析，能準(zhǔn)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(shù)的不斷研究和應(yīng)用，超聲波技術(shù)在工業(yè)探傷上的使用作用越發(fā)重要。

超聲波檢測技術(shù)相比于目測技術(shù)，更好的避免了由于檢測人員失誤而產(chǎn)生的檢測誤差，大大提高了工作效率，而且利用互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，能對材料缺陷做出較為綜合的評價(jià)，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(zhǔn)確的檢測報(bào)告。同時(shí)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(jìn)行定位。同時(shí)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(zhì)，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(chǎn)品部件被磁化后，讓其表面與磁粉均勻接觸，利用其不連續(xù)性存在的原理，使得產(chǎn)品部件的表面發(fā)生局部畸變而產(chǎn)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(xiàn)其不連續(xù)性的位置。同時(shí)磁粉檢驗(yàn)也可以檢測缺陷的大小、形狀和嚴(yán)重程度?？萍及l(fā)達(dá)國家很重視磁粉檢測設(shè)備的開發(fā)，因?yàn)橹挥邢冗M(jìn)的檢測設(shè)備，才能給磁粉檢測帶來成功的應(yīng)用[5]。

磁粉檢測主要應(yīng)用于鐵磁性材料近表面和表面缺陷檢測，能夠準(zhǔn)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(xù)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(fù)性高，可有效提升作業(yè)效率，保證信息數(shù)據(jù)獲取準(zhǔn)確性[6]。

2.4 射線檢測

目前，X射線檢測技術(shù)在現(xiàn)實(shí)無損檢測中已經(jīng)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(shí)多樣的檢測技術(shù)還有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，使得其難以無法完全替代。其中射線膠片照相技術(shù)在焊縫質(zhì)檢方面的使用最為常見。其檢測第一步是向被檢工件發(fā)射均勻的X射線，待射線穿過工件后使得另一側(cè)的膠片感光，得到成像；第二步將膠片影像與工件內(nèi)部結(jié)構(gòu)影相對應(yīng)；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(shù)量、類型、大小、位置等數(shù)據(jù)從而達(dá)到對焊接質(zhì)量的檢測目的。射線檢測技術(shù)具有穩(wěn)定、可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，在焊接無損檢測技術(shù)中廣泛使用，鋁、不銹鋼薄壁管焊縫可使用射線實(shí)時(shí)成像檢測方法代替射線拍片法，達(dá)到高效、綠色、環(huán)保的目標(biāo)，也為檢測鑄件提供方法、依據(jù)[7]。

然而，X射線檢測技術(shù)也存在很大局限性。由于X射線本身的特點(diǎn)，X射線本身分布均勻且有較強(qiáng)的穿透性，使得其很容易穿過一些微小縫隙，所以檢測結(jié)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(shù)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(shù)是將熒光染色劑均勻的涂在工件表面，染色劑滲透進(jìn)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(fā)生顯現(xiàn)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(nèi)進(jìn)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(huán)境適用性差[9]。

滲透檢測與其他焊接檢測技術(shù)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(jù)滲透的方式進(jìn)行焊接部位滲透性、密度等分析，根據(jù)結(jié)果綜合評估焊接質(zhì)量。但是，在滲透檢測技術(shù)應(yīng)用過程中，極易受到外部條件的干擾。當(dāng)一些外部環(huán)境出現(xiàn)明顯變化后，滲透檢測工作就難以順利進(jìn)行，檢測結(jié)果也與實(shí)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(shù)具有靈活性與便捷性[10]。

2.6 渦輪技術(shù)

渦流檢測技術(shù)利用電磁感應(yīng)原理。通過測定被檢工件內(nèi)感生渦流的變化來發(fā)現(xiàn)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(shù)對導(dǎo)電工件對表面缺陷檢測靈敏度很高。其主要優(yōu)點(diǎn)包括應(yīng)用范圍廣、無需耦合劑、能反應(yīng)有關(guān)裂紋深度的信息供技術(shù)檢測人員加以參考。同時(shí)其關(guān)鍵缺點(diǎn)是檢測效率較低，通常此種檢測方法不會單獨(dú)使用。

3 未來展望

隨著國家工業(yè)體系的日益完備，人民對美好生活的期望也不斷提高，對現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)建設(shè)工作的需求也越來越大。焊接作為現(xiàn)代社會必不可少的一項(xiàng)技術(shù)，其質(zhì)量檢測地位舉足輕重。但在目前互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，焊縫的檢測方法還主要需依托人工的檢測及監(jiān)察。而人工檢測費(fèi)事費(fèi)力，同時(shí)人這一復(fù)雜的個體會對質(zhì)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(yè)管道等出現(xiàn)焊縫故障，其造成的后果無法估量。

對現(xiàn)行的檢測技術(shù)加以改進(jìn)，減少人工的使用，推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)+智能檢測設(shè)備的使用，能夠最大程度的減少由于質(zhì)量檢測疏漏造成的重大安全事故。例如目前有相關(guān)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(shù)可以初步自動檢測出缺陷并報(bào)警，有效的提高了質(zhì)檢效率。但是實(shí)驗(yàn)?zāi)壳耙餐Ａ粼诔跗冢⑽从型黄菩缘倪M(jìn)展。隨著智能化，自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，無損檢測技術(shù)也將取得更好的發(fā)展。