无损检测技术在焊接检验中的应用

时间:2024-05-21 人气:

摘 要:无损焊接技术的应用,对于焊接检验意义重大,一方面它提高了焊接检验的准确性以及工作效率,另一方面促进了焊接检验技术的进一步发展。文章描述了无损检测技术的发展情况,并对无损检测技术在焊接裂纹检测中的应用做了详细的阐述,以期能够促进无损技术的进一步发展以及焊接检验的进步。

关键词:无损检测;焊接检验;应用

现代科学技术的进步,为无损检测技术的发展奠定了基础,随着各种常规无损检测技术的不断改进,各种技术彼此之间相互借鉴,实现优势互补,使得无损检测技术的发展更加快速,在实际焊接检验中的应用,也更加广泛。

1 无损检测技术概述

无损检测的实质是,不损害被检测对象的结构、性能,利用材料具有的特殊结构或特点所引起的物理反应的变化,如光、热、电等方面,达到对其进行检测的目的。无损检测技术实际上一门跨学科的检测技术,他对于对象的检测要依靠一些技术,分析材料构建内部的物理变化,确定缺陷的存在,无损检测的发展经历了三个阶段,已由无损检查(NDI)经无损检测(NDT)、材料的无损表征(NDC)发展到无损评估(NDE)。

目前五大常规无损检测方法有:射线检测(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)、渗透检测(PT)、涡流检测(ECT)。

焊接,是一种特殊的物理冶金过程。现代焊接无损检测,主要是对焊接过程中,对影响焊接构建质量的因素进行检测。焊接过程中,影响焊接质量的因素比较多,除了焊接工艺、焊接设备,还有冶金因素、残余应力的影响,使得焊接构件产生不同程度、不同类型的缺陷,对其使用性能以至寿命产生不利的影响。

2 无损检测技术在焊接裂纹检测中的应用

2.1 射线检测(RT)

作为五大常规无损检测方法之一的射线检测(RT),在工业上有着非常广泛的应用。

工件局部区域存在缺陷,它将改变物体对射线的衰减,引起透射射线强度的变化,这样采用一定的射线检测方法,利用胶片感光,来检测透射线强度,就可以判断工件中是否存在缺陷以及缺陷的位置、大小。射线检测由于有底片图像,检测结果比其他检测方法显示直观,检测结果可长期保存,检测技术和检测工作质量可以自我监督,适用于体积型缺陷。

目前有射线检测常用的有:X射线和γ射线(Ir192、Se75、Co60等),射线检测裂纹灵敏度较高的是X射线和γ射线(Se75)。

射线检测影响裂纹检出率的主要因素:开口宽度平;裂纹与射线束的角度β。检出裂纹的能力主要取决于裂纹自身关键参数中的开口宽度W,以及裂纹与射线束的角度θ。裂纹的自身高度d和所使用的透照参数也是重要因素。一般来说,开口宽度小的裂纹在任何情况下均不大可能被检出,除非是在很薄的试件中。开口宽度为0. 025mm数量级的裂纹可检出的最大倾角为10°,这还取决于裂纹自身的尺寸和形状。在使用γ射线检测时需注意使入射的射线与裂纹方向保持平行;当γ射线方向与裂纹倾抖时,会使裂纹影像变宽、颜色变淡;裂纹面与射线近乎垂直时、缺陷很难被检刚出来“常见的焊接裂纹影像一般呈折线条或略带据齿状的细纹,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,可在胶片上观察焊接裂纹。由于X射线对人体有害,必须采取有效的安全保护措施。

2.2 超声波检测

超声检测(UT)也是五大常规无损检测方法之一。超声波传播到金属与缺陷的界面处时,就会全部或部分反射,接收器可对反射波进行分析,就能异常精确地测出缺陷来,并且能显示内部缺陷的位置和大小,测定材料厚度等。

脉冲反射检测法通常用于锻件、焊缝等的检测。可发现工件内部较小的裂纹、夹渣、缩孔、未焊透等缺欠。被检测物要求形状较简单,并有一定的表面光洁度。

超声检测法的优点是:穿透能力较大,对面积型缺陷如裂纹、夹层等,检测灵敏度较高,并可测定缺陷的深度和相对大小;超声检测的适应性强、对人体无害、适合于户内外环境作业。缺点是:不易检查形状复杂的工件,要求被检查表面有一定的光洁度,并需有耦合剂充填满探头和被检查表面之间的空隙,以保证充分的声耦合。对于有些粗晶粒的铸件和焊缝,因超声波在材料中传播时受金属组织体积(特别是晶拉大小)的影响很大,易产生杂乱反射波而较难应用,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。超声检测对检验人员要求较高,须有一定经验的人员来进行操作和评定检测结果。

2.3 磁粉检测(MT)

磁粉检测主要应用于检测铁磁性材料和工件表面或近表面裂纹。其具有敏感度高、方便操作等优点,但是随着材料内部缺陷的的深度增加,敏感度发生变化。对于材料检出率降低。因此,磁粉检测技术,若是应用于特厚的钢板,或是焊接性能较差的钢种,焊接过程中应该多次检验,以保证焊接的每一层都没有裂纹等问题。另外,为了保证检测质量,在进行磁粉检测前,要确保检测区域的清洁,对焊缝区、热影响区的表面污垢等,使用干粉或者清洗液进行处理,避免这些污垢对检测结果造成影响,清洗后等焊缝干燥在进行磁粉检测。

2.4 渗透检测(PT)

区别于磁粉检测,渗透检测的范围,不仅仅局限于焊接件的表面开口裂纹,其渗透性可以对其他材料如奥氏体钢等进行检测。渗透检测技术同样具有灵敏度高、操作简便等优点,但是其渗透性的使用,要求其在检测前在被检测材料的表面涂抹渗透剂。值得注意的是,渗透剂涂抹过程要均匀,这样才能保证检测效果的准确无误差,渗透剂的涂抹一般选择刷涂法或喷罐法,在刷涂前首先要确保材料表面清洁,没有污渍。涂抹均匀之后,等待渗透剂渗入,针对不同的材料、涂抹方式以及渗透剂的种类、温度等,渗透时间不尽相同,适当一般在一小时以上,才能保证检测效果。另外,要根据实际情况,适当的调整渗透时间。比如,在外界温度较低的情况下,适当延长渗透时间,外界温度如果比较高,渗透时间的调整相对较短的间隔。(如:NB/T47013.5中规定:渗透剂的温度和工件表面温度应该在5℃~50℃的温度范围,在10℃~50℃的温度条件下,渗透剂持续时间一般不应少于10min;在5℃~10℃的温度条件下,渗透剂持续时间一般不应少于20min或者按照说明书进行操作。当温度条件不能满足上述条件时,应进行非标准温度的对比试验。)干燥时间通常为5min~10min。焊缝检测推荐的显像时间一般不小于10min,且不大于60min。渗透检测的特点决定了它具有检测结果较为直观的优势。其不足之处在于,材料表面的粗糙度往往影响渗透,从而对缺陷的检出率难以把握。

2.5 涡流检测(ECT)

涡流检测,顾名思义,就是采用多频涡流或脉冲涡流对材料进行检测。涡流检测具有其他检测技术所不具备的优势,即检测过程不用去除表面涂层。但是涡流检测要求探头垂直于被检工件,才能保证检测结果不被其他信号干扰,然而实际检测过程不能完全做到这一点,所以检测结果往往存在误差。除此之外,焊缝表面高低不平和热影响区表面的不清洁等,都容易对绝对式探头的磁导率产生影响。但是随着技术的发展,科研技术逐渐克服探头不垂直甚至摇摆对检测结果的影响,研发出基于复平面分析的金属材料焊缝涡流检测技术,使得涡流检测技术应用到多方面。

2.6 无损检测新技术

无损检测新技术指的是最新研发的用于焊接检验的红外热波、激光全息和微波检测技术。这三种技术可以针对不同的焊接材料、不同的焊接类型进行针对性的检验。比如,红外热波技术用于焊缝表面垂直并完全闭合的裂纹进行检测;激光全息干涉测量技术的应用更加广泛,技术更加先进,它的检测过程完全避免了探头于焊接零件的接触,并且打破了其他几种检测技术的局限性,对构件表面的粗糙度、缺陷的深度、构件的形状等完全没有要求,检测结果不受这些因素的影响,结果准确率高。目前,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,顾名思义,以微波为载体,对焊接材料进行检测。微波在检验结果、检验的范围上扩大了,它除了用来定位工件内的裂纹,还可以测定裂纹的尺寸。以上三种技术,是目前应用最为广泛的无损检测技术,并且随着科学技术的发展,客观因素、条件等对检测技术的影响越来越小,科研人员甚至可以打破各项技术的局限性,对多种检测技术进行融合,实现优势互补。

3 结束语

除了上述几种检测方法技术以外,其他检测技术还包括:声发射检测(AE)、衍射时差法超声检测(TOFD)、漏磁检测(MFL)等。这些检测技术方法都有各自的优势与不足,因此检测技术的使用过程中,要注意方法,尽量针对不同的焊接材料、焊接设备选择合适的检测技术,例如,超声波方法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,会对检测结果有一定的影响;渗透检测在检测前要对材料表面的进行清洗等。

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