异种金属焊接接头无损检测技术研究

异种金属焊接接头无损检测技术研究

摘要：随着工业机械向轻量化和大型化方向发展，高强度钢在工程机械结构

件制造中得到广泛运用。一般来说，低合金高强度钢抗拉强度在500~1200MPa之

间（或者屈服强度大于350MPa），超高强钢抗拉强度大于1200MPa。受到工程机

械工作环境和使用条件限制，加之考虑成本等众多因素，异种钢高强度钢材在工

业上的应用越来越广泛，且可以充分发挥材料性能。在异种钢焊接接头中，目前

最常见的是碳钢和奥氏体不锈钢的焊缝。奥氏体具有晶粒粗大、各向异性的特点，给无损检测带来了一定的困难。

关键词：异种金属；焊接接头；无损检测技术

引言

我们国家实施改革开放政策至今，随着国门的持续扩大开放，各类新工艺、

新科技得到进一步深度的研究与开发，同样也使船舶焊接技术实现了突飞猛进的

发展。比如，概念方面持续推陈创新，各级部门以及相关人员均已认识到这项技

术的重要性以及必要性。同时，相关的团队建设也有了一定的进步，很多工科类

高校均开设了船舶焊接技术相关的课程。另外，整体理论结构不断完善，各类新

产品、新材料、新技艺开始大范围运用。经过业界人员持续不断的努力，一些全

新的焊接材料以及设备得以持续开发生产，为这项技术的可持续发展奠定了较为

扎实的基础。

1.异种钢焊接接头特点

异种钢在焊接之后很容易产生焊接缺陷，是因为异种钢焊接接头和同种钢焊

接接头有着本质的差别，即组织结构不同。异种钢焊接接头可分为两种：第一类

为同类异种钢组成的焊接接头，这类焊接接头的母材虽然化学成分有所区别，但

都属于奥氏体钢或碳素体钢；第二类为异类异种钢组成的焊接接头，即焊接接头

两侧的母材不是同一类钢。母材是铁素体钢、焊缝采用镍基或奥氏体不锈钢焊条

的接头，也归类为异类异种钢接头。由于异种钢焊接接头两侧母材从物理、化学

性能和化学成分来说都存在一定的差异，在焊接过程中，相对于同一种钢材自身

之间的焊接更加复杂。异种钢焊接接头的化学成分不均匀和力学性能不均匀问题

非常突出，同时异种钢焊接接头的热处理也是一个比较难的问题，如果处理不当，会导致接头的力学性能受到损坏，甚至造成开裂现象。

2.异种钢焊接接头的无损检测

2.1超声检测

超声检测是指利用超声波对工件进行检测，同时以超声探伤仪进行显示的一

种无损检测手段。超声波检测方法具有成本低、灵敏度高、检测厚度大、能够对

缺陷进行定位和定量分析。但该技术手段具有不可记录、缺陷显示不直观和对检

测人员经验要求较高等缺点。由于被检工件厚度及结构的原因，一些异种钢焊接

接头无法开展射线检测，此时会优先考虑超声检测。在开展超声检测时，需考虑

焊接接头组织，例如低合金钢和奥氏体不锈钢相焊接，通常会选用不锈钢焊条作

为金属填充物，焊接接头组织与奥氏体基本相同，此时可按照奥氏体材质制定超

声检测工艺。由于奥氏体材料晶粒粗大，在实际检测过程中干扰信号较多，对于

检测人员要求较高。目前超声相控阵检测技术在特种设备检测中的应用越来越广泛，许多学者正在开展异种钢焊接接头超声相控阵检测研究。

2.2磁粉检测

这种方法是通过泄漏磁场和磁性粉末的交互作用来实现的。在金属的磁化过

程中，金属的表面会形成均匀的磁力，从而形成一个漏电磁场。漏电磁场能将探

测到的物体上的磁性粉末吸走，在物体周围堆积起较多的磁性粉末，从而形成磁

性痕迹。在合适的光线下，观察铁磁物质的缺陷，以判别缺陷的数量、类型。该

项检测的效率比较高、花费较少、灵敏度也足够，实操性较强，还能够检测出隐

藏在器件表面之下的产品缺陷，在很长一段时间内被经常使用。但磁粉检测亦存

在一定的局限性，它仅可进行定量分析，仅适用于诸如铁磁等磁性金属的近表面

缺陷的探测，对缺陷深度不能很好的检测，技术标准要求也非常高。

2.3射线检测方法分析

射线检测方法是焊缝检测的主要方法。异种钢焊接接头位置的缺陷具有隐藏性，常规的表面检查无法满足无损检测需求。整个检测方法应用的过程中，主要

是利用射线特征。在所有射线中，X射线也具有电磁波属性，其本身能够穿透并

且使本体产生光化学反应。在进行无损检测的过程中，如果被检测焊接接头存在

缺陷，射线进入到焊缝缺陷表面后会出现衰减的现象。利用此特点，完成射线下

的无损检测，继而保证检测良好实施。在射线检测的过程中，利用穿透性、电离

作用和影响形成的原理，保证检测良好实施，更能够提升检测效果。当前，压力

容器异种钢焊接无损检测的过程中，射线检测方法已经成为首选检测方法之一。

2.4金属磁记忆检测

各种钢焊缝金属磁性检测技术，结合仪器参数，通过检测不同磁场信号下热工、异种钢化合物的磁场分布，并分析磁场与硬度设备之间的对应关系，使强度

得到了更好的验证。采用这种方法不需要磁捕获激励，操作方便，可实现焊缝中

的实时检测和早期故障预防。

2.5红外线检测技术的应用

红外探测技术不仅适用于机械焊接工程，还适用于我们生活的各个方面，如

体温分析、防盗系统等。其工作原理是检测所使用的每个设备的工作状态。由于

机器运行产生热量，红外检测技术检测设备在连续运行和发热过程中是否存在问题，从而保证机械设备运行的安全，是将现代信息技术趋势应用于机械技术的一

种特殊手段。

3.无损检测技术在机械焊接工程中的发展趋势。

(1)新探测技术的应用时代正在发展和应用，因此随着现代科学技术的发展，新技术也在发展之中，在技术的进一步发展过程中，可以研究新的机械探测技术。

(2)探测技术的综合应用可能需要的不仅仅是机械焊接过程中单一技术的应用，

更需要多种探测技术的互补性和联合应用。(3)提高机械焊接工程检测时的检测

速度，应用推广无损技术旨在提高检测维护精度。在以后的机械发展过程中，光

有机械检测的质量是不够的，还必须通过保证机械焊接工作的质量来提高机械焊

接工作的完成速度和检测速度，为之后机械检测技术的升级做好基础性的工作。