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摘要：无损检测技术是金属技术监督的重要组成部分，也是焊接质量管理的关键手段，使用无损检测监督电力工程焊接质量，对提升焊接质量管理效果意义重大。本文介绍了磁粉检测、渗透检测、涡流检测、射线检测和超声波检测技术在焊接裂纹检测中的应用状况。对红外热成像检测、激光全息检测和微波检测新技术在焊接裂纹检测中的应用进行了展望。
关键词：焊接裂纹；常规无损检测；红外热成像；激光全息；微波检测
目前，焊接已成为工业中不可或缺的加工技术，是连接材料最重要的加工方法之一。焊件在焊接过程中，因焊接设备与工艺条件的偏差，冶金因素变化和残余应力状态的影响等，往往会产生气孔、夹渣与未焊透以及裂纹等缺陷。若发现裂纹不及时修复，会引起结构的变形、断裂等，严重时将导致产品报废，大大影响焊接加工质量和经济效益。因此，对焊接后的裂纹进行检测显得十分重要。
无损检测以不损坏被测对象实用性能和内部结构为前提，对被测对象表面或内部的物理性能、状态特性进行检测，从而判断被测对象是否合格，进而评价其适用性、可靠性和其它特性。
一、焊接裂纹产生原因和危害
焊件中的裂纹可能在焊接过程中、焊后或使用过程中产生。在焊制过程中,由于存在焊接工艺与设备条件的偏差、残余应力状态和冶金因素变化以及结构材料与尺寸的差异等,往往会在焊缝中产生热裂纹。此时发现的超标缺陷一般都要进行返修,同一位置的缺陷返修次数与裂纹的发生率几乎呈比例上升。
在工作过程中,焊接件有的经受高温、高压或兼有介质腐蚀的环境,有的承受疲劳、冲击及辐照等恶劣工况,因此会引发材质恶化、应力变动并产生冷裂纹。如英国1962-1978年间统计的20000个高质量容器中曾发生229起事故,其中因裂纹引起的为216起,占事故总数的94.3%。
二、不同无损检测方法在分析
2.1磁粉检测
磁粉检测具有操作简便、迅速且灵敏度高等优
点,主要用于检测铁磁性材料和工件表面或近表面裂纹,对材料内部缺陷的检出率随埋藏深度的增加而迅速下降。
当焊件进行磁粉检测前要清理焊缝的表面污垢、焊接飞溅和氧化皮等。使用干粉或与清洗液不同的磁悬液时,必须等焊缝干燥后才可检验。应在焊缝两个相互垂直的方向分别磁化一次,一般采用连续法磁化。
磁粉检测最大的局限是只能用于铁磁性焊件,且检测后要退磁和清洗。
2.2渗透检测
渗透检测用于检测焊接件的表面开口裂纹、奥氏体钢和有色金属,具有检测速度快、操作简便、缺陷显示直观且检测灵敏度较高等特点。渗透检测前应用清洗剂清洗焊件表面或缺陷内部的污物并吹干水分,渗透剂时一般采用喷涂法。NB/T47013.5-2015标准规定,焊缝检测推荐的渗透时间一般不得少于10min,焊缝检测推荐的显像时间一般不得少于7min。对焊接冷、热裂纹和火口裂纹的迹痕显示特征定义为略带曲折的波浪状或锯齿状的细纹,只限细条纹、星状或锯齿状条纹。
渗透检测的主要不足之处是表面粗糙度影响缺陷的检出率以及难以定量控制检验操作的程序。
2.3涡流检测
涡流检测可在不去除表面涂层的情况下探测金属材料的表面及近表面裂纹。目前,焊缝的涡流检测主要采用多频涡流或脉冲涡流检测方法,已成功应用于海洋采油平台钢结构焊缝疲劳裂纹和油气输送管道内外壁腐蚀与裂纹的检测。
常规绝对式涡流探头不足之处在于当探头不垂直于被检工件或左右摇摆不定时,就会产生干扰信号,导致检测的稳定性及准确性大大降低。此外,绝对式探头对铁磁性材料的磁导率极其敏感,焊缝表面高低不平和热影响区变化以及锈蚀的表面都会造成严重的干扰信号。
2.4射线检测
射线检测图像直观,对裂纹的检测灵敏度较高。射线照相对裂纹的检测灵敏度与裂纹本身的开口宽度、自身高度和与射线传播方向的夹角有关。在使用X射线检测时需注意使入射的射线与裂纹方向保持平行;当X射线方向与裂纹倾斜时,会使裂纹影像变宽、颜色变淡;裂纹面与射线近乎垂直时,缺陷很难被检测出来。由于X射线对人体有害,必须采取有效的安全保护措施。
2.5超声波检测
超声波方法既可以检测焊缝表面裂纹也可以检测内部裂纹。对表面裂纹的检测灵敏度比渗透检测要低,对内部裂纹的检测灵敏度比射线检测高。
超声波检测时,通过缺陷处的反射声波显示有无裂纹。裂纹的深度可用超声衍射时差法进行测量,通过测量缺陷上下端点衍射波的时间差计算缺陷的高度。焊缝表面余高的形状、高度和宽度、焊接接头的错口、对接焊缝板材厚度以及焊接接头外接结构等都会影响超声波检测的有效应用。
超声波检测的适应性强、对人体无害、适合于户内外环境作业。但因为超声波在材料中传播时受金属组织体积的影响很大,不适用于检测焊缝存在各向异性、组织粗大的奥氏体不锈钢焊接件。
三、无损检测新技术
3.1红外热像无损检测
超声红外锁相热像检测法是一种以调幅超声波为激励源并锁相处理红外图像序列的无损检测方法。适用于检测疲劳损伤的发展性裂纹，如固体表面和亚表面的裂纹。此种方法具有快速、直观等优点。它与超声、渗透等检测相比具有非接触检测的优势，同时能满足大面积检测，是一种安全无污染的检测技术。
3.2相控阵检测
相控阵成像是通过借助阵列换能器对各个阵元发出超声波的激发时间施加一定的延迟，从而改变各个阵元发射(或接受)声波到达(或来自)物体内某点时的相位关系，实现聚焦点和声束方位的变化，从而完成相控波束合成，形成成像扫描并显示出缺陷的位置、高度、形状等。相控阵检测可进行线形扫描、扇形扫描以及体扫描成像，但它们成像显示均由接收到的超声信号转换而来。
3.3漏磁法
漏磁检测法通过测量被磁化的构件外的磁场来探测试件的裂纹状况以及存在的位置。漏磁检测技术可靠性高，易于自动化，可初步量化裂纹。缺点是对内、外表面裂纹识别有一定的局限性，无法准确判断太薄的试件的裂纹的位置。其检测效果受到多种因素的影响，其中粗糙度越大，检测灵敏度越低。
3.4磁光检测法
磁光/涡流检测是根据动态法拉第磁光效应和电涡流效应而提出的一种新的检测技术。磁光检测法的原理是，当试件某个区域有缺陷时，则该区域的磁场会发生变化，磁光传感器产生磁光效应，对缺陷进行实时成像。此种方法不需要清除油漆等覆盖物，可实现表面及亚表面裂纹的实时成像。
四、技术展望
渗透检测和射线检测等常规无损检测技术对焊接工件中较大的裂纹缺陷都能进行有效地检测,但在结果显示、准确度等方面存在不足,对残余应力的推挤形成的无间隙裂纹和普通的细微裂纹检出率很低。分析国内外现状，裂纹无损检测方法很多，多种检测方法结合，可以达到更好的检测效果。随着各种常规无损检测技术的不断改进,结合无损检测新技术的研究与应用,各项无损检测技术相互融合、取长补短,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应用和发展。
参考文献：
[1]李小亭,沈功田.压力容器无损检测———涡流检测技术[J].无损检测,2004,26(8):411-416.
[2]刘凯,沈功田.带防腐层焊缝疲劳裂纹的快速探伤[J].中国锅炉压力容器安全,2004,20(6):29-33.
[3]林俊明,张开良.焊缝表面裂纹涡流检测技术[J].中国锅炉压力容器安全,2004,20(6):33-36.
[4]周旭南,邹晶.超声波自动检测焊接结构技术现况[J].焊接学报,2002,23(3):93.