在工业生产的庞大体系中，焊接工艺作为金属结构连接的核心手段，广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、船舶制造等众多领域 ，从日常使用的汽车、家电，到大型的桥梁、压力容器，再到精密的航空航天器部件，焊接无处不在。而焊缝质量，无疑是决定这些工业产物和设施安全性、可靠性与使用寿命的关键因素。
一旦焊缝存在缺陷，后果不堪设想。在石油化工行业，输送易燃易爆介质的管道若焊缝质量不佳，可能引发泄漏，导致火灾、爆炸等严重事故，不仅会造成巨大的经济损失，还会对人员生命安全和生态环境构成严重威胁；在航空航天领域，飞行器的关键部件焊缝出现问题，极有可能在飞行过程中引发结构失效，酿成机毁人亡的惨剧；在船舶制造中，船体焊缝的缺陷可能致使船舶在航行时出现漏水、结构强度下降等问题，危及航行安全。
为了确保焊缝质量，焊缝探伤应运而生。焊缝探伤是采用各种检测技术和方法，在不破坏被检测工件的前提下，对焊缝内部及表面的缺陷进行探测和评估，它如同给焊缝做 “体检”，及时发现诸如裂纹、气孔、未熔合、夹渣等各类缺陷 ，以便采取相应措施进行修复或改进，从而保障焊接结构的质量与安全。
然而，焊缝探伤并非一帆风顺，在实际操作中面临着诸多难题。例如，不同的焊接工艺和材料会对探伤结果产生影响，像一些新型复合材料的焊缝，其探伤难度就远超传统金属材料；复杂的焊缝形状和结构，如多层多道焊、曲线焊缝、T 型接头等，容易形成探伤盲区，使得缺陷难以被有效检测出来；同时，缺陷的种类繁多、形态各异，准确判断缺陷的性质、大小和位置也具挑战性，探伤过程中还可能受到外界干扰因素的影响，如电磁干扰、噪声等，导致检测信号失真，影响探伤的准确性和可靠性。这些难题严重制约着焊缝探伤的效果和效率，亟待更有效的解决方案。
焊缝探伤的 “疑难杂症”
（一）常见缺陷难识别
在焊缝中，气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等是最为常见的缺陷类型 。气孔是焊接时熔池中的气体在凝固时未能逸出而形成的空穴，呈球形或椭球形，单个气孔回波高度低，波形稳定，从各个方向探测，反射波大致相同，稍一移动探头就消失；密集气孔则为一族反射波，波高随气孔大小而不同，探头定点转动时，会出现此起彼落的现象。夹渣是焊后残留在焊缝的熔渣，表面不规则，分点状夹渣和条状夹渣，点状夹渣的回波信号与点状气孔相似，条状夹渣回波信号多呈锯齿状，反射率低，波幅不高，波形常呈树枝状，主峰边上有小峰，探头平移时波幅有变动，从各个方向探测，反射波幅不相同 。
未焊透是指焊接时，接头处母材与母材未完熔透，一般位于焊缝中心线上，有一定长度，在厚板双面焊缝中，未焊透位于焊缝中部，声波在未焊透缺陷表面类似镜面反射，用单斜探头探测时有漏检危险，单面焊根部未焊透类似端角反射，探头平移时，未焊透波形稳定，焊缝两侧探伤时，均能得到大致相同的反射波幅 。未熔合是指熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未完熔化结合的部分，当超声波垂直入射到其表面时，回波高度大，探头平移时，波形较稳定，两侧探测时，反射波幅不同，有时只能从一面探测 。裂纹的回波高度较大，波幅宽，会出现多峰，探头平移时，反射波连续出现，波幅有变化，探头转动时，波峰有上下错动现象 。这些缺陷的回波信号特征存在一定相似性，在实际探伤过程中，探伤人员很容易产生误判，导致无法准确识别缺陷类型，进而影响对焊缝质量的准确评估。
（二）表面与近表面缺陷易漏检
焊缝表面的反射波会对探伤信号产生严重干扰，使得表面及近表面缺陷的检测难度大幅增加。在使用超声波探伤时，由于声波在焊缝表面的反射和散射，探伤仪接收到的信号变得复杂，容易掩盖缺陷信号。例如，在一些表面粗糙的焊缝中，探伤仪的信号波动较大，难以准确判断是否存在缺陷以及缺陷的具体位置和大小。同时，探伤方法本身也存在一定局限性，对于一些微小的表面及近表面缺陷，常规的探伤手段可能无法有效检测到。如涡流探伤虽然对表面和近表面缺陷敏感，但检测深度有限，一般仅适用于检测表面及近表面几毫米范围内的缺陷，对于稍深一些的近表面缺陷就可能漏检 。
表面及近表面缺陷如果被漏检，在后续的使用过程中，由于受到外力、腐蚀等因素的作用，这些缺陷可能会逐渐扩展，导致焊缝的强度和密封性下降，最终引发严重的安全事故。比如，在化工管道中，表面及近表面的微小裂纹可能会在介质的侵蚀下逐渐扩大，最终导致管道泄漏，造成严重的环境污染和经济损失 。
（叁）复杂结构检测阻碍多
当焊缝所在结构形状不规则或存在空腔时，探伤工作会面临诸多阻碍。以形状不规则的焊接件为例，其表面的不平整会导致超声波的传播路径发生复杂变化，产生多次反射和折射，使得探伤信号变得杂乱无章，难以分析。在检测具有空腔的结构时，空腔内的空气会对超声波产生强烈的衰减和散射，影响探伤的有效范围和信号的准确性 。
这些复杂结构不仅增加了探伤的难度，还严重影响了检测的准确性和效率。为了检测这些复杂结构中的焊缝，探伤人员往往需要花费更多的时间和精力，采用多种探伤方法和探头进行多角度检测，即便如此，仍可能存在检测盲区，无法全面检测焊缝质量。在大型船舶的复杂焊接结构中，由于结构的复杂性，探伤工作需要耗费大量的人力、物力和时间，而且检测结果的准确性也难以保证，给船舶的安全运行带来了潜在风险。
超声波探伤仪，原理开启探伤新篇
（一）神奇的超声波
超声波，作为一种频率高于 20000 赫兹的声波 ，具有的物理特性，这些特性使其在焊缝探伤领域发挥着至关重要的作用。
从频率和波长的角度来看，超声波的高频率决定了其波长短的特性。这一特性使得超声波具有良好的指向性，就像一束光线能够沿着特定方向传播一样，超声波可以集中地向一个方向发射，从而在探伤时能够精确地确定缺陷的位置。在检测一条长焊缝时，超声波能够沿着设定的路径传播，准确地找到焊缝内部的缺陷，而不会像低频声波那样在传播过程中发生较大的散射，导致检测精度下降。
超声波还具有较强的穿透能力和能量。它能够穿透较厚的金属材料，深入到焊缝内部进行检测 。这是因为超声波在固体介质中传播时，能量衰减相对较小，能够保持较强的信号强度。以常见的金属材料为例，超声波可以穿透数十毫米甚至更厚的钢板，而不会因为传播距离的增加而失去检测能力。在对大型压力容器的焊缝进行探伤时，超声波能够穿透容器壁，检测到内部焊缝的缺陷情况，为设备的安全运行提供保障。
此外，超声波在遇到不同介质的界面时，会发生反射、折射和波形转换等现象。当超声波从一种金属材料进入焊缝中的缺陷（如气孔、裂纹等）时，由于缺陷与金属材料的声学特性不同，超声波会在界面处发生反射，反射回来的超声波被探伤仪接收，从而为检测缺陷提供了重要依据 。这些特性使得超声波能够敏锐地感知到焊缝内部的微小变化，即使是极其细微的缺陷，也难以逃过超声波的 “探测”。
（二）探伤仪的工作机制
超声波探伤仪的工作机制基于超声波的传播特性，通过一系列精密的转换和处理过程，实现对焊缝缺陷的检测。
探伤仪内部的核心部件 —— 超声换能器，在工作中扮演着关键角色。它能够将电能高效地转换为超声波能量，并定向发射至被检测的焊缝中 。超声换能器通常由压电材料制成，当在压电材料上施加交变电场时，材料会发生机械变形，从而产生超声波。这种将电能转化为机械能的过程，是超声波探伤仪工作的起点。
当超声波在焊缝中传播时，一旦遇到缺陷，由于缺陷与周围材料的声学特性存在差异，部分超声波会被反射回来 。换能器在发射超声波后，会迅速切换到接收状态，接收这些反射回来的超声波信号，并将其转换回电信号 。这个过程就像是雷达发射电磁波，遇到目标后反射回来被接收一样，只不过超声波探伤仪使用的是超声波来探测焊缝中的缺陷。
接收到的反射电信号会传输至探伤仪的信号处理系统，在这里，信号会经历一系列复杂而精细的处理流程。首先，信号会被放大，因为反射回来的信号往往比较微弱，需要放大才能进行后续的分析 。接着，通过分析信号的时间、幅度、频率等参数，并结合已知的超声波在材料中的传播速度，探伤仪能够精确计算出缺陷在焊缝内部的位置 。通过测量发射与接收超声波的时间差，并利用数学公式，可以计算出反射点（即缺陷位置）距离探头的距离；根据反射信号的幅度大小，还可以估算缺陷的尺寸，幅度越大，通常意味着缺陷对超声波的反射能力更强，尺寸也可能更大 。
探伤仪还可以通过深入分析反射信号的频率变化等特征，进一步揭示缺陷的性质，判断是裂纹、气孔还是其他类型的缺陷 。经过信号处理后的反射波信号，通常会以波形或图像的形式在屏幕上显示出来，操作人员可以通过观察这些波形或图像，直观地了解焊缝内部的缺陷情况 。整个工作过程高效而精确，使得超声波探伤仪成为焊缝探伤的有力工具
更新时间：2025-09-02
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