金属材料焊接中超声无损检测技术的应用

金属材料焊接中超声无损检测技术的应用

高启俊

中国能源建设集团东北电力第二工程有限公司 辽宁省大连市 116021

摘要：对金属材料进行焊接处理的时候，由于焊接过程中金属材料产生了大量的热量，很可能造成金属材料的变形，从而给材料的后续使用带来了严重的影响。因此对金属材料的焊接质量进行检测是一项非常重要的工作，目前该工作的开展主要依据超声波无损检测技术，通过对金属材料进行检测可以获得更加准确的数据信息，从而对隐藏的材料质量问题进行有效的排查，保障金属材料的质量安全。

关键词：金属材料；焊接；超声无损检测技术；应用

1超声无损检测技术的应用价值

超声无损检测技术在金属焊接材料当中的应用价值主要体现在三个方面：第一个方面是全面检测金属材料的内部缺陷。金属材料在焊接的过程中受到外部因素的影响较大，经常会导致金属材料出现各种各样的内部缺陷，造成焊接接头部分的性能不足。可以说金属材料内部的完整性是保证焊接结构稳定的基础性因素。通过超声无损检测技术，工作人员可以对材料的内部缺陷进行细致的检测分析，在第一时间确定金属材料的内部是否存在裂痕、气孔、夹渣以及焊接力度不足等问题，使金属材料的内部性能得到最大限度的提升；第二个方面是防止金属材料在焊接的过程中出现宏观缺陷。金属材料在焊接的过程中，会有少量的液态金属顺着焊接缝流入到母体材料当中，这样一来在焊接工作完成之后，金属材料当中就会出现形状和大小不规则的金属瘤，对金属焊接材料的美观性和整体质量造成严重的影响。尤其在一些规格比较大的金属焊接部件上，一些小的金属瘤通过肉眼很难察觉，是金属焊接材料的一大质量隐患。现阶段通过超声无损检测技术的应用，能够在最短的时间内对金属焊接材料的厚度进行细致的检测，从而找出在焊接过程中产生的金属瘤，提升金属焊接材料的整体性能；第三个方面是防止金属材料在焊接的过程中出现微观缺陷，一些特殊用途的金属焊接材料对精确度有着非常高的要求，在焊接现场由于各类因素的影响，经常会出现焊接工艺达不到标准的现象。例如焊接的温度过高、焊接面出现氧化等问题。通过超声无损检测技术和数据分析系统，能够对金属材料焊接工作当中所涉及的各项指标进行实时检测，进而以最快的速度找出焊接过程中出现的微观缺陷。

2超声无损检测技术在金属材料焊接缺陷中的应用方法

在金属材料焊接缺陷探测中，由于焊缝与探测面形成一定的角度，因此需要将超声波按照一定的角度射入工件内，因此被称为横波斜探头法。目前金属材料焊接缺陷通常应用该方法进行探查，主要是始脉冲与低脉冲之间有无伤脉冲来确定有无焊接缺陷。在发现焊接缺陷之后，可通过显示屏中的高度来确定焊缝缺陷位置以及大小，主要步骤如下。

2.1选择检测条件

由于焊接缺陷通常与摄入声束存在夹角，考虑到缺陷发射波的指向性特点，因此频率通常选择2~5MHz，厚度较高的金属材料由于衰减更加明显因此可以选择频率更低的材料。探头摄入角的选择需要确保能够扫查整个截面，并保持声束中心线与检查探测面保持垂直。目前常用的耦合剂为有机油、甘油、润滑脂和水等材料，从耦合效果来看，以浆糊的应用价值最高。

2.2探测面修整

为了确保检测效果，需要将探测面上的油垢、锈蚀、氧化物等污渍清除掉，同时同时使用砂轮打磨深坑，修正宽度需要根据金属材料厚度以及探头的射入角度来确定。

2.3探头射入点和斜探头K值探头射入点

通常由于制造偏差和磨损的问题出现实际入射点与标记位置出现偏差的情况，因此需要对入射点进行测量。斜探头K值与入射点的准确向对于焊接缺陷定位精度有着较大的影响，但是也由于制造工艺以及磨损的问题，会出现实际值偏差的问题。因此上述两个指标在实际测试中都需要进行测定。

2.4时间基线调整

时间基线调整的主要内容包括零点校正和扫描速度调整，在横波检测过程中为了更好的定位需要将声波在材料中的传播速度扣除，并将探头射入点作为零点，扣除声程就是零点矫正。扫描速度调整则与零点校正同步进行，主要分为以下几种：

2.4.1声程调整

调整之后时间基线与声程呈正向关系，主要是将入射点作为标准块零点，由于反射槽的反射因此会出现多次回波，在测量范围内根据回波的相对刻度进行标记来测量声程。

2.4.2水平距离调整

主要是根据基线刻度与反射波的水平的正相关性进行调整。

2.4.3深度调整

由于基线刻度与反射波深度h存在正相关性，因此可以利用反射波进行调整。

2.5 DAC曲线绘制

由于焊接缺陷大小不同，因此声程以及回波幅度也存在较大的差异。超声检测过程中主要是根据回波波幅高度来确定有无缺陷。因此需要根据回波波幅进行矫正，通常是通过制作距离-波幅曲线图（DAC曲线）。《钢焊缝手工超声波探伤方法以及探伤结果分级》要求采取3×40横通孔测试块来绘制DAC曲线图。在测试过程中首先需要将探伤调到最大范围，并根据深度以及水平距离来调整比例极限。根据材料的厚度以及曲度来选择合适的对比测试块，测试块中的深度等于测试深度。为了提高测试效果的准确率，需要寻找最大放射波高，并且将其作为面板中的辅助标志，并制作衰减分段曲线。

2.6灵敏度验证

超声检验探查焊缝及表面外观合格之后，需要对探查的灵敏度进行验证，例如表面耦合损失和材料衰减和测试结果不一致时，就需要考虑灵敏度的验证。探查速度不能超过15cm/s，相邻探头移动距离至少需要有10%重叠位置。若为纵向探查，则探头垂直于焊缝的中心线进行探查。在探头移动过程中还需要左右转动10~15°。为了确定焊接缺陷的位置和形状，需要观察波形缺陷信号，通过多种探查方法进行观察，例如通过左右扫查来确定缺陷长度，前后左右扫查来确定缺陷的最高回波，通过定点转动的方法来评估缺陷的形状。反射波幅超过定量即可评估为缺陷，因此需要确定其位置、最大反射波幅区和长度。在时间基线水平距离调整过程中，可以通过显示屏直接确定最大反射波的水平距离。对于超过定量的信号则需要认真辨别是否有缺陷特征，对于疑为缺陷的信号，需要增加动态波形并结合焊接工艺进行判断，若无法准确判断时可以结合其他检查方法来辅助判定。GB16278-647标准要求焊缝质量不过关需要返修处理，对于外观缺陷的返修比较简短，可利用碳弧气刨将内部缺陷刨去即可，为了预防裂缝扩大，需要增加刨削深度并充分清除削切深度，在打磨之后施焊，之后进行复检。一般情况下一条焊缝只允许返修2次。

3超声无损检测技术的应用注意事项

为了保障超声无损检测数据的可靠性与真实性，在检测的过程中需要注意几个事项。其一就是根据金属材料的设计图纸与焊接的施工方案，选择最为合适的超声无损检测技术，从而保障检测工作的质量。其二是确定出超声无损检测技术的具体应用时间，在金属材料加工的过程和材料焊接的过程中对其质量进行检测。其三就是科学的计算出超声无损检测技术的具体探头位置，从而确保金属材料检测工作的质量。其四就是在超声无损检测的过程中需要明确反射波幅值，从而保障超声波在金属材料中的发射回路可以准确无误，保障检测工作的可靠性。

4结束语

在金属材料进行焊接处理的时候，需要应用超声无损检测技术对金属材料进行系统的检测，从而及时排除其中存在的安全隐患，提高金属材料的焊接处理质量。

参考文献

[1]郑柚龙.金属材料焊接中超声无损检测技术的有效应用探究[J].科技风，2019(06):125-126.

[2]吴蝶.超声无损检测技术在金属材料焊接中的应用[J].科技经济导刊，2019(01):69-69.