无损检测技术在焊接裂纹检测中的应用

摘要：无损检测是管道安全工作中一种重要的检验方法和手段，在管道制造、安装、改造、维修、使用和检验等环节中应用非常广泛。无损技术有许多种，每种都有其优势与适用范围。工程检测人员应该在不断的实践中探寻最有效的检测方法，利用各类无损检测技术对管道工程的施工质量进行监控，从而保障管道的安全。文章介绍了磁粉检测、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 。

关键词：无损检测；焊接；裂纹检测

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。

一、无损检测技术概述

无损检测是一门跨学科的技术，其特点是在不破坏构件材质和性能的件下检测构件的特征质量。也就是通过分析构件内部异常和缺陷所引起的热、声、光、电、磁和振动等反应的变化，确定缺陷的存在，评价缺陷的特征及其危害程度。无损检测的发展经历了三个阶段，已由无损检查（NDI）经无检测（NDT）、材料的无损表征（NDC）发展到无损评估（NDE）。无损表征是指用无损伤的方法对材料的化学成分、组织结构、力学性能、弥散的不连续性和缺陷群等特征作出表述。虽然目前大多称为无损检测，但实际上，现代无损检测内涵已从NDI，NDT和NDC逐渐演变到NDE。无损评估不但包含无损检测，还包含对构件的安全性及寿命进行综合评等更广泛的内容。

焊接是一个特殊的物理冶金过程，影响焊接构件质量的因素很多，如焊接工艺与设备的偏差、残余应力和冶金因素的影响以及接头组织与性能的不均匀等都可能在焊接构件中产生不同程度、不同类型的缺陷，对其使用性能以至寿命产生不利的影响。因此，现代焊接无损检测内容包括焊接缺陷、构件成分和残余应力状态的检验以及组织、性能及焊接过程的监控。

二、无损检测技术在焊接裂纹检测中的应用

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时，对于焊接性能差的钢种或是特厚钢板应每焊一层进行一次检验，以保证及时发现焊接过程中产生的裂纹。检测区域为焊缝区及热影响区。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.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，涂渗透剂时一般采用刷涂法，局部检测采用刷涂法或喷罐法。渗透剂渗入时间一般为1h或1h以上，JB4730标准规定，焊缝检测推荐的渗透时间一般不得少于10min，当温度降3～15℃时，应根据温度适当增加渗透时间；当温度超过50℃或低于10℃时，渗透时间应根据所用渗透剂型号、检测灵敏度要求以及渗透剂厂家的推荐时间试验决定。JB4730标准规定，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。

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用于检测导体裂纹时，其信号大小与裂纹深度密切相关，可用来估算裂纹深度。但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。为此，人们研究出基于复平面分析的金属材料焊缝涡流检测技术，可在防腐层表面使用特殊的点式探头对焊缝进行快速扫描检测，提离效应及探头晃动对检测结果的影响很小。

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。常见的焊接裂纹影像一般呈折线条或略带锯齿状的细纹，轮廓分明，两端尖细且颜色较淡，中间稍宽且颜色较深，有时出现树枝状影像。可在荧光屏或胶片上观察焊接裂纹，该成像方式速度快、成本低，但图像清晰度差。射线图像数字化后输入计算机，可以通过图像处理提高清晰度。此外，采用光盘存储图像可以缩小占用空间，便于调用。由于X射线对人体有害，必须采取有效的安全保护措施。

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。

6.无损检测新技术

红外热波、激光全息和微波检测是无损检测新技术。红外热波技术可对与焊缝表面垂直并完全闭合的裂纹进行快速、非接触检测，并且对各类表面裂纹的检测都很成功。激光全息干涉测量技术具有灵敏度高、检测速度快、不用探头接触零件表面、不需要耦合剂、对构件的形状和表面状态无特殊要求、能全场直观显示缺陷情况等优点，而且检测结果易于保存。激光全息技术已应用于印制电路板内的焊接接头、压力容器焊缝质量的检测。微波检测是以微波为信息载体，对各种适用材料和构件进行无损检测和材质评定。它不仅能用来定位工件内的裂纹，而且可以测定裂纹的尺寸。在常规技术广泛应用，新技术不断完善的同时，目前还可考虑多种技术的融合，如超声技术和红外热像技术的结合可使检测的灵敏度提高、检测范围扩大；声全息技术作为超声波技术的扩充，可使超声检测技术更有效等。

上述每种无损检测方法并非万能，各有其特点与局限性，应根据具体检测要求综和采用，取长补短，优势互补。例如射线方法不能有效地检测层叠缺陷，而这正是超声波法的优势；超声波法不适于检测分散气孔，若用射线方法则可取得理想效果；磁粉法与液体渗透法均只能检测表面缺陷，而射线方法则可以检测内部缺陷。

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