探析機(jī)械工程中的焊接無損檢測(cè)技術(shù)

胡凱明

（濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，山東 濱州 256600）

0 引言

焊接是機(jī)械工程領(lǐng)域中非常重要的加工方法，但是受到各種因素影響，焊接接頭往往存在缺陷，這些缺陷可能會(huì)導(dǎo)致焊接接頭的強(qiáng)度和穩(wěn)定性下降，從而影響整個(gè)機(jī)械設(shè)備的使用壽命和安全性。因此，在機(jī)械工程中采用無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)焊接接頭進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)具有重要的意義。本文將介紹焊接無損檢測(cè)技術(shù)的重要性、機(jī)械工程中常見的焊接結(jié)構(gòu)問題以及無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用策略。

1 無損檢測(cè)對(duì)機(jī)械工程焊接質(zhì)量的重要性

機(jī)械工程中焊接是一種常見且重要的加工方式，其應(yīng)用范圍廣泛，如航空航天、汽車制造、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。而焊接質(zhì)量的好壞直接影響到機(jī)械工程設(shè)備的運(yùn)行安全和使用壽命，因此對(duì)焊接質(zhì)量的檢測(cè)、評(píng)估和控制顯得尤為重要。而無損檢測(cè)技術(shù)作為一種非破壞性的檢測(cè)手段，已成為焊接質(zhì)量檢測(cè)的重要方法之一。具體來說，其重要性主要體現(xiàn)在以下4 個(gè)方面。

（1）無損檢測(cè)主要利用物理檢測(cè)原理，檢測(cè)設(shè)備無須接觸材料表面，可以有效檢測(cè)和診斷焊接件內(nèi)部的缺陷，比如裂紋、夾雜、殘余應(yīng)力等問題。這些因素都會(huì)嚴(yán)重影響焊接件的性能和使用壽命，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取措施，可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備失效或發(fā)生事故。

（2）相比于傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，無損檢測(cè)具有快速、高效、不易破壞樣品等優(yōu)點(diǎn)。通過無損檢測(cè)技術(shù)，可以避免拆除設(shè)備、切割樣品、進(jìn)行化學(xué)分析等煩瑣的操作，從而節(jié)約時(shí)間和資源，降低成本。

（3）通過無損檢測(cè)，可以全面檢測(cè)焊縫的質(zhì)量和性能，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，如缺陷和不符合規(guī)定的焊接參數(shù)等，提出完善的措施解決問題，從而提高焊接質(zhì)量。

（4）焊接質(zhì)量直接影響到機(jī)械設(shè)備的安全性和工作效率，如果發(fā)現(xiàn)焊接質(zhì)量問題并及時(shí)解決，可以避免設(shè)備危險(xiǎn)和損壞，同時(shí)提高工作效率，減少機(jī)械設(shè)備維修和更換的次數(shù)和成本?？傮w來說，無損檢測(cè)對(duì)機(jī)械工程焊接質(zhì)量的重要性不言而喻。隨著科技的不斷進(jìn)步和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，無損檢測(cè)技術(shù)將會(huì)越來越普及，并成為焊接質(zhì)量控制的重要手段之一[1]。

2 機(jī)械工程中焊接結(jié)構(gòu)常見問題

2.1 夾雜

焊接質(zhì)量往往受到夾雜的影響，夾雜是指焊縫內(nèi)部存在的異物，它們可能是氧化物、非金屬夾雜、氣孔等，在焊接過程中形成。這些夾雜物會(huì)導(dǎo)致焊縫的強(qiáng)度降低，從而影響結(jié)構(gòu)件的機(jī)械性能和耐用性。除了焊接過程中產(chǎn)生的夾雜外，還有一些夾雜可能源于焊材的質(zhì)量問題，如含濕氣過多的焊條，也會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量造成不良影響。因此，為了確保焊接質(zhì)量，不但要在焊接前做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，如選擇合適的焊材、清理焊接區(qū)域、控制焊接參數(shù)等，更需要在焊接后進(jìn)行檢測(cè)和修復(fù)，確保焊接部位沒有夾雜存在，并且符合相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[2]。

2.2 氣孔

在焊接過程中，氣孔是一個(gè)常見的問題，并且也是最嚴(yán)重的之一。這個(gè)問題通常是由于在焊接時(shí)，氣體（氫氣等）被困在了焊縫當(dāng)中而形成的。氣孔可能會(huì)導(dǎo)致焊接部分的強(qiáng)度降低，甚至在聚集在一起的情況下還會(huì)導(dǎo)致焊接部分的斷裂。為了有效解決和預(yù)防此問題，應(yīng)加強(qiáng)相應(yīng)缺陷的檢測(cè)工作[3]。

2.3 未熔合

在焊接頭中，未熔合指的是在焊縫中存在沒有被完全熔化的金屬顆粒。這些未融合的顆粒可能會(huì)導(dǎo)致焊縫表面看起來比較光滑，但是金屬層之間的結(jié)合并不牢固。如果存在未融合，那么焊接件在受到負(fù)重時(shí)就可能產(chǎn)生應(yīng)力集中，這將降低焊接部分的強(qiáng)度。

2.4 焊接裂紋

焊接過程中，熱量對(duì)于金屬和周圍環(huán)境都有一定的影響，溫度的變化和氧化還原反應(yīng)容易導(dǎo)致材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，從而形成焊縫裂紋。在很多情況下，焊接件本身需要承受較大的負(fù)荷或是工作在嚴(yán)苛的環(huán)境條件下，如果發(fā)生了焊縫裂紋，就會(huì)對(duì)焊接件的完整性和使用壽命造成很大的威脅。

2.5 錯(cuò)邊

錯(cuò)邊指的是焊縫兩側(cè)不對(duì)稱。如果錯(cuò)邊現(xiàn)象得不到及時(shí)糾正，那么它將會(huì)嚴(yán)重影響焊接件的使用效果或甚至導(dǎo)致焊接件斷裂，給操作人員和設(shè)備帶來危險(xiǎn)。發(fā)生錯(cuò)邊的原因是多種多樣的，其中最常見的是焊接溫度或焊接速度不一致，以及焊接時(shí)未正確地夾持焊接件。

3 機(jī)械工程焊接中無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用策略

3.1 射線檢測(cè)

射線在物體內(nèi)部的吸收情況與物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、密度等因素有關(guān)，因此通過這種方法可以獲取物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息，并可以對(duì)機(jī)械工程中存在的焊接質(zhì)量缺陷進(jìn)行檢測(cè)。在實(shí)施射線檢測(cè)之前，應(yīng)先選擇合適的輻射源。輻射源是影響檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性和安全性的關(guān)鍵因素之一，常見的有X 射線和γ 射線，如果使用具有較強(qiáng)的殺傷力和放射性的高能輻射源，則必須進(jìn)行嚴(yán)格的防護(hù)措施和操作規(guī)程。應(yīng)根據(jù)所需檢測(cè)的焊縫類型、材料厚度和質(zhì)量要求等方面進(jìn)行綜合考慮，選擇合適的輻射源。例如，在檢測(cè)薄壁焊縫時(shí)，通常會(huì)選擇低能的X 射線或γ 射線輻射源，以避免過度輻射造成對(duì)焊縫的破壞。之后，進(jìn)行圖像獲取，需要考慮以下因素：曝光時(shí)間、焦距、照射角度、距離等。這些參數(shù)都直接影響到最終圖像質(zhì)量和檢測(cè)效果。其中，曝光時(shí)間決定了所獲得的圖像清晰度和對(duì)比度，通常需要根據(jù)材料密度、厚度等因素進(jìn)行調(diào)整。焦距和照射角度則決定了被檢物體的投射角度和成像大小，需要根據(jù)具體焊縫結(jié)構(gòu)和形狀進(jìn)行調(diào)整。距離則會(huì)影響到輻射源的功率和擴(kuò)散程度，需要根據(jù)具體焊縫材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。最后，進(jìn)行缺陷分析。對(duì)于X 射線或γ 射線檢測(cè)所得到的圖像，需要針對(duì)不同缺陷類型進(jìn)行不同的處理。例如，在發(fā)現(xiàn)裂紋時(shí)，需要通過裂紋的形態(tài)、大小和位置等因素，判斷其對(duì)焊縫的影響程度，并采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施，以確保焊接質(zhì)量。此外，在進(jìn)行焊接無損檢測(cè)時(shí)，需要充分考慮各種參數(shù)的調(diào)整和校準(zhǔn)，以確保檢測(cè)結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。同時(shí)，還需要具備一定的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)，才能對(duì)檢測(cè)過程和結(jié)果進(jìn)行正確判斷和處理[4]。

X 射線檢測(cè)技術(shù)以及γ 射線檢測(cè)技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)如下。

（1）X 射線和γ 射線都是通過物體內(nèi)部的吸收情況獲取物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，并可以對(duì)其中存在的缺陷進(jìn)行檢測(cè)，不需要對(duì)被檢測(cè)物體進(jìn)行直接接觸或破壞。

（2）X 射線和γ 射線可以探測(cè)到焊縫內(nèi)部的缺陷以及材料的內(nèi)部缺陷，包括氣孔、夾雜、裂紋等，且對(duì)于較小的缺陷也有較好的分辨能力。

（3）X 射線和γ 射線檢測(cè)具有實(shí)時(shí)成像的能力，檢測(cè)速度較快，可以滿足生產(chǎn)線上的快速檢測(cè)需求。

（4）X 射線和γ 射線穿透性強(qiáng)，不同材料的焊接均可進(jìn)行檢測(cè)，如金屬材料、塑料材料等。

（5）X 射線和γ 射線檢測(cè)具有高精度、高分辨率的特點(diǎn)，可以獲取到高質(zhì)量、準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。然而，射線檢測(cè)技術(shù)的使用成本較高，射線檢測(cè)設(shè)備較為笨重。同時(shí)，該技術(shù)對(duì)防護(hù)具有較高的要求，且在一些情況下難以發(fā)現(xiàn)缺陷，因此，需要與其他的檢測(cè)技術(shù)配合使用。

3.2 磁粉檢測(cè)

磁粉無損檢測(cè)技術(shù)能夠準(zhǔn)確、快速地發(fā)現(xiàn)和定位金屬材料的表面或近表面缺陷，如裂紋、孔洞、夾雜等，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。一般來說，磁粉無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用流程可以分為以下步驟，首先，需要對(duì)被檢測(cè)的金屬材料進(jìn)行表面清潔處理，以免磁粉與臟物混雜影響檢測(cè)結(jié)果。金屬材料表面的油污、水分和其他雜質(zhì)都會(huì)影響磁粉的聚集情況，降低檢測(cè)精度。因此，在進(jìn)行磁粉無損檢測(cè)前，要徹底清洗被檢測(cè)表面，確保表面干凈。其次，將被檢測(cè)的金屬材料施加磁化電流，使其成為一個(gè)臨時(shí)磁體。磁化方式有多種選擇，如周向磁化法、縱向磁化法、復(fù)合磁化法和旋轉(zhuǎn)磁化法等，具體要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。磁化后，被檢測(cè)的金屬材料會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)漏磁，即磁力線從缺陷處流出而形成的磁場(chǎng)。再次，在被檢測(cè)表面上撒布磁粉。磁粉是一種可以被磁化的粉末，能夠在磁場(chǎng)強(qiáng)度較高的區(qū)域聚集形成磁化圖案，讓缺陷更加醒目。一般來說，磁粉無損檢測(cè)技術(shù)有干粉法和濕粉法兩種。干粉法是將磁粉直接灑到被測(cè)物體表面上，而濕粉法則是將磁粉與水混合后在表面噴涂或涂抹。這些磁粉會(huì)在缺陷處堆積形成顯著的影響，從而使缺陷更加容易觀察和判定。最后，觀察檢測(cè)結(jié)果。利用磁粉在缺陷處堆積情況來確定金屬材料上的缺陷位置和尺寸大小。操作人員可以通過肉眼觀察磁粉的分布狀態(tài)，進(jìn)而確定金屬材料上的缺陷位置和尺寸大小[5]。

磁粉無損檢測(cè)技術(shù)具有如下優(yōu)勢(shì)：①應(yīng)用流程簡(jiǎn)單，操作方便。②與傳統(tǒng)的探傷方法相比，磁粉無損檢測(cè)技術(shù)使用的工具簡(jiǎn)單，因此成本相對(duì)較低，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造中。③磁粉無損檢測(cè)技術(shù)可以檢測(cè)出小到幾微米的缺陷，同時(shí)可以將缺陷的深度、長(zhǎng)度、寬度等信息都獲取到，這使得該技術(shù)在機(jī)械工程制造的各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

3.3 超聲波檢測(cè)

超聲波無損檢測(cè)技術(shù)可以用于評(píng)估焊接質(zhì)量和缺陷。在機(jī)械工程焊接行業(yè)中，使用超聲波無損檢測(cè)技術(shù)來評(píng)估焊接接頭的質(zhì)量非常普遍。要進(jìn)行超聲波無損檢測(cè)，需要準(zhǔn)備一臺(tái)超聲波檢測(cè)儀以及相應(yīng)的傳感器。在檢測(cè)時(shí)，要根據(jù)儀器發(fā)出的超聲波記錄超聲波進(jìn)出焊接位置的時(shí)間和反射信號(hào)。同時(shí)，為了獲得更好的測(cè)試結(jié)果，需要對(duì)測(cè)試樣品的外表面進(jìn)行處理，例如清潔、去除氧化物和油脂等，并進(jìn)行平整化處理。檢測(cè)過程中，將檢測(cè)儀的傳感器與測(cè)試樣品接觸，啟動(dòng)檢測(cè)儀并開始記錄數(shù)據(jù)。傳感器會(huì)在測(cè)試樣品表面產(chǎn)生超聲波，并通過記錄時(shí)間和反射信號(hào)的方式反映出焊接試件內(nèi)部的情況。待檢測(cè)結(jié)束后，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并評(píng)估測(cè)試結(jié)果，確定焊接接頭的質(zhì)量。

除了無損檢測(cè)與可靠性強(qiáng)以外，該檢測(cè)技術(shù)還具有以下優(yōu)勢(shì)：①超聲波無損檢測(cè)技術(shù)可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成檢測(cè)，使得焊接生產(chǎn)過程更加高效快捷。②相較于其他檢測(cè)方法，超聲波無損檢測(cè)技術(shù)不存在對(duì)人體健康的影響，對(duì)環(huán)境污染較小。這個(gè)特點(diǎn)在機(jī)械工程焊接中顯得尤為重要。③超聲波無損檢測(cè)技術(shù)可以適用于各種形狀和尺寸的焊接接頭，無論是直線焊縫還是曲線焊縫，都可以進(jìn)行有效檢測(cè)。總之，超聲波無損檢測(cè)技術(shù)在機(jī)械工程焊接中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。通過采用超聲波無損檢測(cè)技術(shù)，可以保證焊接接頭的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，并且保證人員和環(huán)境的安全。

3.4 渦流檢測(cè)

渦流無損檢測(cè)技術(shù)在應(yīng)用的過程中，需要準(zhǔn)備檢測(cè)儀器，其中主要包括發(fā)生器、探頭等。為了獲得更好的測(cè)試結(jié)果，需要對(duì)焊接接頭的外表面進(jìn)行處理，例如清潔、去除氧化物和油脂等，并進(jìn)行平整化處理。隨后，將探頭與測(cè)試樣品接觸，啟動(dòng)檢測(cè)儀并開始記錄數(shù)據(jù)。渦流無損檢測(cè)的原理是利用交變電磁場(chǎng)感應(yīng)渦流，通過檢測(cè)渦流變化來推斷缺陷情況。最后，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并評(píng)估測(cè)試結(jié)果，確定焊接接頭的質(zhì)量。渦流檢測(cè)技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)。

（1）渦流無損檢測(cè)技術(shù)能夠探測(cè)小到幾微米的缺陷，且精度高。通過無損檢測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并定位焊接接頭中的各種缺陷，為下一步的修補(bǔ)提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。

（2）渦流無損檢測(cè)技術(shù)可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成檢測(cè)，是一種快速、高效的檢測(cè)方法。

（3）渦流無損檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)過程中不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染和對(duì)人體健康產(chǎn)生影響。相較于其他檢測(cè)方法，其檢測(cè)過程干凈、無噪聲，屬于環(huán)保、安全的檢測(cè)技術(shù)。

（4）渦流無損檢測(cè)技術(shù)可以適用各種形狀和尺寸的焊接接頭，適用于各種金屬材料的焊接檢測(cè)，可以有效地評(píng)估焊接接頭的質(zhì)量。

（5）渦流無損檢測(cè)技術(shù)可以記錄檢測(cè)結(jié)果、圖像等數(shù)據(jù)，便于客戶和生產(chǎn)組織評(píng)估焊接接頭的質(zhì)量，并在后續(xù)的操作中進(jìn)行技術(shù)追溯。

3.5 全息影像檢測(cè)技術(shù)

在全息影像檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用過程中，首先，要清潔焊接區(qū)域表面，擺放被檢測(cè)物體。其次，使用激光或白光干涉儀等設(shè)備，采集被檢測(cè)物體的全息圖像。再次，通過對(duì)全息圖進(jìn)行數(shù)字化處理，生成被檢測(cè)物體的三維立體模型。最后，對(duì)生成的三維模型進(jìn)行分析，確定焊接區(qū)域內(nèi)是否存在缺陷。

全息影像檢測(cè)技術(shù)在機(jī)械工程焊接中具有以下優(yōu)點(diǎn)：①相比傳統(tǒng)的二維影像技術(shù)，全息影像檢測(cè)技術(shù)可以提供更加全面、精確的三維測(cè)量數(shù)據(jù)，從而更好地評(píng)估焊接質(zhì)量。②在全息影像檢測(cè)技術(shù)中，一個(gè)樣品只需要進(jìn)行一次全息圖像采集，即可得到完整的三維模型，檢測(cè)效率極高。③全息影像檢測(cè)技術(shù)可以生成具有真實(shí)感和立體感的三維圖像，使得對(duì)焊接區(qū)域存在的缺陷進(jìn)行更加直觀、準(zhǔn)確判斷。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)焊接無損檢測(cè)技術(shù)的探析，著重介紹了無損檢測(cè)對(duì)機(jī)械工程焊接質(zhì)量的重要性和機(jī)械工程中焊接結(jié)構(gòu)常見問題，列舉了夾雜、氣孔、未熔合、焊接裂紋和錯(cuò)邊等問題，并闡述了無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用策略，包括射線檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、渦流檢測(cè)和電磁檢測(cè)。這些方法是目前機(jī)械工程焊接領(lǐng)域中常用且可靠的無損檢測(cè)技術(shù)。有效地利用這些技術(shù)可以提高焊接接頭的質(zhì)量，保障產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性，同時(shí)也提高了機(jī)械工程焊接的生產(chǎn)效率和可靠性。本文旨在為機(jī)械工程焊接行業(yè)提供科學(xué)、合理、安全、高效的無損檢測(cè)技術(shù)方案，促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。