顧 強(qiáng)，杜仁碩

（重慶市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院，重慶 402260）

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用日趨廣泛，技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中的自動(dòng)化處理、數(shù)字化統(tǒng)計(jì)、智能化分析也受到各界高度重視。為保證超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)更好服務(wù)于金屬材料焊接，正是本文圍繞該課題開(kāi)展具體研究的原因所在。

1 超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

1.1 常用技術(shù)形式

超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可細(xì)分為多種形式，如直接接觸縱波脈沖反射法、液浸法、電磁超聲無(wú)損檢測(cè)法均屬于其中代表。直接接觸縱波脈沖反射法在應(yīng)用中需采用耦合介質(zhì)使檢測(cè)材料表面與超聲探頭直接接觸，在兩種介質(zhì)交界面處入射的超聲波能夠發(fā)生反射，檢測(cè)可基于該原理完成。為保證超聲波的發(fā)送和接收能夠由探頭向被測(cè)對(duì)象有效完成，需設(shè)法規(guī)避聲能全部反射情況，檢測(cè)前需要排除干凈接觸層間的空氣，一般需要將非常薄的耦合劑設(shè)置在探頭和被測(cè)對(duì)象間，以此排除干凈空氣。耦合劑的性能、探測(cè)表面的平行度和光潔度會(huì)直接影響檢測(cè)結(jié)果，如存在粗糙的材料表面，應(yīng)開(kāi)展表面清理工作，保證被接觸面與探頭相互吻合，提升檢測(cè)效果。對(duì)于負(fù)責(zé)傳遞超聲波能量的耦合劑，需選用具備無(wú)害、高聲阻抗、無(wú)腐蝕性等特點(diǎn)的耦合劑，如甘油、硅油、純凈水等；液浸法同樣屬于常用的超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，基于一定距離液體耦合層，探頭發(fā)射超聲波的反射會(huì)出現(xiàn)于液體表面與被檢測(cè)材料交界處，同時(shí)被檢測(cè)材料中存在入射的但部分聲能，如缺陷在被檢測(cè)材料中產(chǎn)生，傳到底面時(shí)的一部分聲能會(huì)發(fā)生反射。由于被檢測(cè)對(duì)象與探頭不需要直接接觸，液浸法應(yīng)用過(guò)程中存在較為穩(wěn)定的超聲波接收和發(fā)射；電磁超聲無(wú)損檢測(cè)法在超高溫、超低溫等環(huán)境下的應(yīng)用較為廣泛，該技術(shù)形式存在不同的超聲波激發(fā)方法，超聲波通過(guò)電磁場(chǎng)激發(fā)而非壓電晶片激發(fā)，這使得其在應(yīng)用中無(wú)需使用耦合劑，因此電磁超聲無(wú)損檢測(cè)法能夠開(kāi)展非接觸式檢測(cè)，能夠提高探頭掃描效率，在耦合劑凍結(jié)和揮發(fā)的環(huán)境下也能夠?qū)崿F(xiàn)較好應(yīng)用，不會(huì)因不均勻耦合劑出現(xiàn)測(cè)量誤差。輔以不同的磁鐵和線圈，電磁超聲無(wú)損檢測(cè)法可實(shí)現(xiàn)不同的超聲波模式，如水平橫波模式，更加便捷、多樣的金屬材料焊接無(wú)損檢測(cè)可由此實(shí)現(xiàn)[1]。

1.2 技術(shù)應(yīng)用方向

在金屬材料焊接領(lǐng)域，超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：第一，宏觀缺陷檢測(cè)。材料厚度均勻情況、材料表面粗糙程度等肉眼可見(jiàn)的缺陷被稱作宏觀缺陷，焊接后較低熔點(diǎn)金屬出現(xiàn)的熔融物墜落也屬于宏觀缺陷范疇。在超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用中，這類缺陷能夠快速、準(zhǔn)確鎖定，工件的精密度要求能夠更好滿足，金屬材料焊接質(zhì)量也能夠更好得到保障；第二，微觀缺陷檢測(cè)。肉眼無(wú)法看到的缺陷被稱作微觀缺陷，焊接溫度過(guò)高、焊接材料與技術(shù)選擇不當(dāng)均可能導(dǎo)致金屬材料微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)受到影響，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降，有氧情況下金屬在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的粉末形式氧化物也會(huì)引發(fā)質(zhì)量問(wèn)題，這類問(wèn)題均可通過(guò)超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)；第三，材料材質(zhì)缺陷檢測(cè)。金屬材料本身存在的質(zhì)量缺陷也會(huì)影響焊接后產(chǎn)品質(zhì)量，這類缺陷同樣可通過(guò)超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，如在焊接前明確金屬材料雜質(zhì)情況，即可避免焊接牢固性受到雜質(zhì)影響[2]。

1.3 技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

為保證超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)更好服務(wù)于金屬材料焊接檢測(cè)，以下三方面技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)同樣需要得到重視：第一，明確檢測(cè)要點(diǎn)。焊接材料的制作工藝、用途、理化性質(zhì)直接影響焊接方法的選擇，超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用方案需結(jié)合焊接方法特點(diǎn)，這直接關(guān)系著技術(shù)應(yīng)用針對(duì)性。在具體實(shí)踐中，需結(jié)合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并合理客觀評(píng)價(jià)焊接質(zhì)量。以存在偏低熔點(diǎn)的金屬為例，這類金屬的焊接很容易在表面形成由融化金屬組成的金屬瘤，這會(huì)導(dǎo)致粗糙度增加的金屬表面產(chǎn)生，金屬美觀性也會(huì)受到直接影響，因此需重點(diǎn)圍繞金屬瘤開(kāi)展超聲無(wú)損檢測(cè)；第二，科學(xué)安排檢測(cè)時(shí)間。對(duì)于存在較高耗能的超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，為控制檢測(cè)成本，檢測(cè)時(shí)間的合理安排也需要得到重視。檢測(cè)人員需要深入研究金屬材料焊接流程，考慮到一般無(wú)需開(kāi)展全程檢測(cè)，因此必須結(jié)合焊接和檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)關(guān)注容易出現(xiàn)問(wèn)題的環(huán)節(jié)和部位開(kāi)展針對(duì)性檢測(cè)，焊接質(zhì)量可由此結(jié)合焊接進(jìn)度開(kāi)展檢測(cè)，金屬材料焊接問(wèn)題檢出率也能夠得到保障，因此檢測(cè)時(shí)間需結(jié)合具體焊接情況科學(xué)安排；第三，強(qiáng)化焊接人員與檢測(cè)人員的交流。不同金屬材料在焊接過(guò)程中出現(xiàn)的變化不同，因此超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用必須隨之變化，必要時(shí)還需要配合應(yīng)用其他檢測(cè)技術(shù)，以此降低材料自身晶粒度、幾何形貌等因素帶來(lái)的影響。因此，在開(kāi)展超聲無(wú)損檢測(cè)的全過(guò)程，檢測(cè)人員與焊接人員必須強(qiáng)化彼此溝通，以此明確焊接流程和方法，保證定量和定性分析能夠在檢測(cè)前開(kāi)展，提升檢測(cè)技術(shù)與焊接施工的匹配性，準(zhǔn)備工作也能夠更好開(kāi)展。具體檢測(cè)過(guò)程中需緊跟焊接進(jìn)度，對(duì)于臨近結(jié)束的焊接環(huán)節(jié)，檢測(cè)人員需及時(shí)做好準(zhǔn)備，保證檢測(cè)和施工效率。檢測(cè)結(jié)束后還應(yīng)聽(tīng)取焊接人員的分析和意見(jiàn)，以此更好為焊接工作提供支持[3]。

2 超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 雙梁門式起重機(jī)焊接特點(diǎn)

為提升研究的實(shí)踐價(jià)值，本文以雙梁門式起重機(jī)焊接過(guò)程中的超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用作為研究對(duì)象，該設(shè)備由門架、渣土翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、小車、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、電氣設(shè)備等組成，常用于地鐵等工程建設(shè)。受施工現(xiàn)場(chǎng)工況復(fù)雜、本身承載重量大影響，雙梁門式起重機(jī)存在尤為嚴(yán)格的安全性要求。門架為雙梁門式起重機(jī)的主要承載件和骨架，翻轉(zhuǎn)掛鉤屬于關(guān)鍵性執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于大噸位渣土傾倒。門架主要構(gòu)成包括支腿、端梁、主梁、下橫梁，角焊縫和對(duì)接焊縫屬于主要焊縫形式，作業(yè)環(huán)境、焊接工藝科學(xué)性、設(shè)備使用、原材料質(zhì)量、操作人員水平等多方面因素均會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量造成影響，如引發(fā)未焊透、未熔合、氣孔、夾渣、裂紋等焊縫缺陷，雙梁門式起重機(jī)的使用性能會(huì)受到負(fù)面影響，一旦雙梁門式起重機(jī)關(guān)鍵部件存在焊接缺陷，如主梁、支腿、端橫梁、翻轉(zhuǎn)掛鉤等部位，施工安全性將受到嚴(yán)重威脅。

2.2 超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用要求

除超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)外，磁粉、射線等技術(shù)也可以用于雙梁門式起重機(jī)焊接檢測(cè)，但結(jié)合實(shí)際情況，案例工程選擇了超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)用于檢測(cè)探傷，以此保起重機(jī)焊接質(zhì)量不低于規(guī)范要求的1級(jí)，門架中主梁、腹板和翼緣板（支腿和下橫梁受拉區(qū)）對(duì)接焊縫表面質(zhì)量需達(dá)到B級(jí)。在對(duì)翻轉(zhuǎn)掛鉤進(jìn)行超聲無(wú)損檢測(cè)的過(guò)程中，需圍繞未焊透、未熔合、固體夾雜、裂紋、氣孔等缺陷開(kāi)展，保證這類缺陷不超過(guò)規(guī)定當(dāng)量。通過(guò)對(duì)焊接過(guò)程這種可能出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行超聲無(wú)損檢測(cè)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)定量、定位、定級(jí)、定型，焊縫返工也能夠獲得充足依據(jù)，焊接施工質(zhì)量能夠更好得到保增長(zhǎng)。超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在雙梁門式起重機(jī)焊接檢測(cè)中的應(yīng)用存在操作簡(jiǎn)單、成本低廉、實(shí)用性高等優(yōu)勢(shì)，在未熔合、裂紋等缺陷的檢測(cè)中具備較高靈敏度。為保證超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)較好用于雙梁門式起重機(jī)焊接檢測(cè)，需配備超聲波檢測(cè)儀、耦合劑、試塊、探頭、機(jī)械掃查裝置等器材與設(shè)備，具體采用直接接觸縱波脈沖反射法進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)用超聲波檢測(cè)儀具備與PC機(jī)通訊功能，通過(guò)USB通訊接頭可向PC機(jī)上傳系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)和測(cè)量數(shù)據(jù)，探傷報(bào)告生成等進(jìn)一步處理能夠順利實(shí)現(xiàn)，依托鋰電池，輕小便捷的超聲波檢測(cè)儀能夠長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，雙梁門式起重機(jī)焊接檢測(cè)需要得以更好滿足。

2.3 超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的具體應(yīng)用

在應(yīng)用超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)前，需結(jié)合焊接設(shè)備情況、焊接人員具體水平、雙梁門式起重機(jī)檢測(cè)部位、焊接現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境開(kāi)展綜合分析，以此圍繞雙梁門式起重機(jī)的典型角焊縫和對(duì)接焊縫進(jìn)行分析，科學(xué)編制超聲無(wú)損檢測(cè)工藝，工件、探頭參數(shù)、要求技術(shù)、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、探頭位置、焊接方法、試塊種類、檢測(cè)靈敏度、檢測(cè)比例、坡口形式、檢測(cè)時(shí)機(jī)等信息均需要明確。以主梁腹板對(duì)接焊縫為例，作為關(guān)鍵的門架結(jié)構(gòu)組成部分，其直接影響雙梁門式起重機(jī)的安全性和穩(wěn)定性。對(duì)于由3節(jié)組成的主梁來(lái)說(shuō)，存在15-20m的每節(jié)長(zhǎng)度，受標(biāo)尺鋼板長(zhǎng)度不足影響，需要進(jìn)行拼接施工，主梁的腹板、上下蓋板允許拼焊，而結(jié)合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，為保證焊縫無(wú)缺陷，需依托超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)開(kāi)展針對(duì)性檢測(cè)，保證焊縫質(zhì)量滿足1級(jí)要求，應(yīng)在板材拼接焊接完成后進(jìn)行檢測(cè)，采用鋸齒形、斜平行的掃查方式，儀器型號(hào)、探頭型號(hào)應(yīng)分別選擇PXUT-350C、2.5P13×13K2，以機(jī)油為耦合劑，按照深度1:1進(jìn)行掃描線調(diào)節(jié)，需圍繞清除焊接飛濺的露出金屬光澤表面進(jìn)行檢測(cè)。在翻轉(zhuǎn)掛鉤面板對(duì)接焊縫的超聲無(wú)損檢測(cè)過(guò)程中，翻轉(zhuǎn)掛鉤的長(zhǎng)度為8m，且屬于關(guān)鍵零部件，對(duì)于其允許拼焊的面板，為保證焊縫質(zhì)量滿足1級(jí)要求，可采用與主梁腹板對(duì)接焊縫相同方法進(jìn)行檢測(cè)；在雙梁門式起重機(jī)角焊縫的檢測(cè)過(guò)程中，需關(guān)注縱向角焊縫，如主梁上下蓋板與腹板間的焊縫，一般存在8mm的焊縫高度，為保證其無(wú)缺陷且滿足1級(jí)要求，應(yīng)基于上述設(shè)置適當(dāng)調(diào)整探頭類型和檢測(cè)位置，以此保證超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的有效應(yīng)用。

3 結(jié)論

綜上所述，金屬材料焊接中超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)存在較高應(yīng)用價(jià)值。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的技術(shù)應(yīng)用方向、技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)、超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的具體應(yīng)用等內(nèi)容，則提供了可行性較高的超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用路徑。為更好服務(wù)于金屬材料焊接質(zhì)量控制，超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用還需要關(guān)注新型焊接技術(shù)的發(fā)展、焊縫信息干擾的應(yīng)對(duì)、智能化焊縫檢測(cè)的探索。