--- title: "钢材表面缺陷及检验方法 | Steel Equivalents" description: "学会识别钢材表面缺陷，并根据验收标准比较各种检验方法。" canonical: https://steelequivalents.com/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E5%A6%82%E4%BD%95%E8%AF%BB%E6%87%82%E6%9D%90%E6%96%99%E6%95%B0%E6%8D%AE%E8%A1%A8/%E9%92%A2%E6%9D%90%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E7%BC%BA%E9%99%B7%E5%8F%8A%E6%A3%80%E9%AA%8C%E6%96%B9%E6%B3%95 language: zh robots: index, follow og_type: article type: wiki-article language_alternates: en: https://steelequivalents.com/wiki/reading-a-datasheet/steel-surface-defects-and-inspection-methods.md cs: https://steelequivalents.com/cs/wiki/materiálový-list/vady-ocelového-povrchu-a-metody-kontroly.md de: https://steelequivalents.com/de/wiki/werkstoffdatenblatt-lesen/stahloberflächenfehler-und-prüfverfahren.md es: https://steelequivalents.com/es/wiki/leer-una-ficha-técnica/defectos-de-la-superficie-del-acero-y-métodos-de-inspección.md fr: https://steelequivalents.com/fr/wiki/lire-une-fiche-technique/défauts-de-surface-de-l-acier-et-méthodes-d-inspection.md hu: https://steelequivalents.com/hu/wiki/anyagadatlap/acélfelületi-hibák-és-vizsgálati-módszerek.md it: https://steelequivalents.com/it/wiki/leggere-una-scheda-tecnica/difetti-delle-superfici-in-acciaio-e-metodi-di-ispezione.md nl: https://steelequivalents.com/nl/wiki/materiaaldatablad/oppervlaktedefecten-in-staal-en-inspectiemethoden.md pl: https://steelequivalents.com/pl/wiki/karta-materiałowa/wady-powierzchni-stali-i-metody-ich-kontroli.md pt: https://steelequivalents.com/pt/wiki/ler-uma-ficha-técnica/defeitos-de-superfícies-de-aço-e-métodos-de-inspeção.md ru: https://steelequivalents.com/ru/вики/характеристики-стали/дефекты-поверхности-стали-и-методы-контроля.md tr: https://steelequivalents.com/tr/wiki/teknik-veri-sayfası/çelik-yüzey-kusurları-ve-muayene-yöntemleri.md zh: https://steelequivalents.com/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E5%A6%82%E4%BD%95%E8%AF%BB%E6%87%82%E6%9D%90%E6%96%99%E6%95%B0%E6%8D%AE%E8%A1%A8/%E9%92%A2%E6%9D%90%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E7%BC%BA%E9%99%B7%E5%8F%8A%E6%A3%80%E9%AA%8C%E6%96%B9%E6%B3%95.md ja: https://steelequivalents.com/ja/ウィキ/鋼材データシートの読み方/鋼材表面の欠陥と検査方法.md ar: https://steelequivalents.com/ar/ويكي/قراءة-ورقة-البيانات/عيوب-سطح-الفولاذ-وطرق-الفحص.md ko: https://steelequivalents.com/ko/위키/강재-물성표-읽는-법/강재-표면-결함-및-검사-방법.md pt-br: https://steelequivalents.com/pt-br/wiki/ler-uma-ficha-técnica/defeitos-em-superfícies-de-aço-e-métodos-de-inspeção.md hi: https://steelequivalents.com/hi/विकी/डेटाशीट-कैसे-पढ़ें/स्टील-की-सतह-के-दोष-और-निरीक्षण-विधियाँ.md content_hash: sha256:2249acb8a0a6ea4044a2e79b858c0c516944febad3bf9582288b17c4a4f8652c generated: 2026-09-26 --- > **Machine-readable Markdown rendering.** This is a Markdown representation of a web page, > served for AI agents and crawlers as a token-efficient alternative to the full HTML. > Full interactive HTML version: https://steelequivalents.com/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E5%A6%82%E4%BD%95%E8%AF%BB%E6%87%82%E6%9D%90%E6%96%99%E6%95%B0%E6%8D%AE%E8%A1%A8/%E9%92%A2%E6%9D%90%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E7%BC%BA%E9%99%B7%E5%8F%8A%E6%A3%80%E9%AA%8C%E6%96%B9%E6%B3%95 > Canonical URL: https://steelequivalents.com/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E5%A6%82%E4%BD%95%E8%AF%BB%E6%87%82%E6%9D%90%E6%96%99%E6%95%B0%E6%8D%AE%E8%A1%A8/%E9%92%A2%E6%9D%90%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E7%BC%BA%E9%99%B7%E5%8F%8A%E6%A3%80%E9%AA%8C%E6%96%B9%E6%B3%95 > Available languages: en, cs, de, es, fr, hu, it, nl, pl, pt, ru, tr, zh, ja, ar, ko, pt-br, hi > Change detection: `content_hash` is the SHA-256 of this document's Markdown body — everything > below this block, whitespace-trimmed, excluding the front-matter. Compare it to detect a real > content change; `generated` moves on every render and is not a change signal. ![钢材表面缺陷及检验方法](/images/uploads/4884365e-b3c4-410c-b6f6-7827362d5b68/wiki-hero-a-steel-inspection-technician-examining-a-large-rolled-steel-plate-with-a-narrow-1920x823.jpg) 如何读懂材料数据表 # 钢材表面缺陷及检验方法 学会识别钢材表面缺陷，并根据验收标准比较各种检验方法。 ![钢铁行业记者Anders Bergström的肖像](/images/uploads/a7d8e5bc-7cdf-409b-913b-211e63e8c441/anders-bergstr-m-1920x1920.jpg) **[Anders Bergström](/zh/资讯/作者/anders-bergstrom "Anders Bergström")**如何读懂材料数据表4 分钟阅读更新于 2026年8月16日循证审核 本页内容本页内容 - [什么才算钢材表面缺陷？](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E5%A6%82%E4%BD%95%E8%AF%BB%E6%87%82%E6%9D%90%E6%96%99%E6%95%B0%E6%8D%AE%E8%A1%A8/%E9%92%A2%E6%9D%90%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E7%BC%BA%E9%99%B7%E5%8F%8A%E6%A3%80%E9%AA%8C%E6%96%B9%E6%B3%95#什么才算钢材表面缺陷 "什么才算钢材表面缺陷？") - [钢材表面缺陷在生产过程中的形成](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E5%A6%82%E4%BD%95%E8%AF%BB%E6%87%82%E6%9D%90%E6%96%99%E6%95%B0%E6%8D%AE%E8%A1%A8/%E9%92%A2%E6%9D%90%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E7%BC%BA%E9%99%B7%E5%8F%8A%E6%A3%80%E9%AA%8C%E6%96%B9%E6%B3%95#钢材表面缺陷在生产过程中的形成 "钢材表面缺陷在生产过程中的形成") - [缺陷几何形态：裂纹、线性显示和非线性特征](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E5%A6%82%E4%BD%95%E8%AF%BB%E6%87%82%E6%9D%90%E6%96%99%E6%95%B0%E6%8D%AE%E8%A1%A8/%E9%92%A2%E6%9D%90%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E7%BC%BA%E9%99%B7%E5%8F%8A%E6%A3%80%E9%AA%8C%E6%96%B9%E6%B3%95#缺陷几何形态-裂纹-线性显示和非线性特征 "缺陷几何形态：裂纹、线性显示和非线性特征") - [目视检测：不只是查看部件](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E5%A6%82%E4%BD%95%E8%AF%BB%E6%87%82%E6%9D%90%E6%96%99%E6%95%B0%E6%8D%AE%E8%A1%A8/%E9%92%A2%E6%9D%90%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E7%BC%BA%E9%99%B7%E5%8F%8A%E6%A3%80%E9%AA%8C%E6%96%B9%E6%B3%95#目视检测-不只是查看部件 "目视检测：不只是查看部件") - [ASTM A802-19 钢铸件的目视检验](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E5%A6%82%E4%BD%95%E8%AF%BB%E6%87%82%E6%9D%90%E6%96%99%E6%95%B0%E6%8D%AE%E8%A1%A8/%E9%92%A2%E6%9D%90%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E7%BC%BA%E9%99%B7%E5%8F%8A%E6%A3%80%E9%AA%8C%E6%96%B9%E6%B3%95#astm-a802-19-钢铸件的目视检验 "ASTM A802-19 钢铸件的目视检验") - [ISO 17637:2016 规定的焊缝目视检测](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E5%A6%82%E4%BD%95%E8%AF%BB%E6%87%82%E6%9D%90%E6%96%99%E6%95%B0%E6%8D%AE%E8%A1%A8/%E9%92%A2%E6%9D%90%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E7%BC%BA%E9%99%B7%E5%8F%8A%E6%A3%80%E9%AA%8C%E6%96%B9%E6%B3%95#iso-17637-2016-规定的焊缝目视检测 "ISO 17637:2016 规定的焊缝目视检测") - 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Review article, 2023. Review of Surface Defect Detection of Steel Products Based on Machine Vision, 2023机器视觉又增加了一个解释层面。2023 年的综述《基于机器视觉的钢铁产品表面缺陷检测综述》指出，目前不存在用于定义和分类钢材表面缺陷的统一标准，并将基于摄像机的光学检测确定为机器视觉系统的关键组成部分。奥卢大学 2021 年的一篇学位论文介绍了用于检测和分类扁平钢材产品缺陷的自动光学检测。这些系统能够以生产速度测量可重复的图像特征，但“划痕”或“线状缺陷”等分类标签并不自动等同于工程处置结论。照明、比例尺、摄像机角度、表面光洁度、训练数据以及所选分类规则都会影响结果。 因此，在判定重要性之前，必须先记录几何特征。相关观察内容可包括长度、宽度、深度、间距、方向、密度、相对于焊缝或边缘的位置，以及该特征是线性还是非线性。一个 2 mm 的凹坑和一条 2 mm 的裂纹带来的风险并不相同。即使所显示的总面积相近，一组圆钝状显示也可能与排列成线的显示采取不同的处理方式。 每种检验方法观察的证据类型不同。 | 检验证据 | 能够显示的内容 | 单独不能确定的内容 | |---|---|---| | 目视检测 | 可见的表面状态和轮廓 | 内部完整性或隐藏缺陷 | | 液体渗透检测 | 能够容纳渗透剂的表面开口 | 完全位于表面下的不连续 | | 磁粉检测 | 铁磁性钢中的表面及近表面不连续 | 所有内部不连续 | | 机器视觉 | 可重复的光学特征和分类结果 | 冶金学属性或自动拒收 | ### 规范和验收准则的作用 验收准则将观察结果转化为决定。它们可以规定最大尺寸、允许数量、间距、长度、深度、面积、位置或显示类型的限值。它们也可能要求先去除并重新检查，而不是立即拒收。没有这些准则，检验人员可以描述某个特征，却无法一致地确定产品是否符合要求。 适用文件可能是材料标准、采购规范、图纸、焊缝质量等级、铸件标准、修复工艺规程或客户验收文件。ASTM A802-19 涉及钢铸件的目视检验和表面验收标准。ASTM A903/A903M 规定了采用磁粉检测或液体渗透检测对钢铸件进行检查时的表面验收准则，并要求评估相关的线性和非线性显示。这些标准说明了为什么“可见缺陷”这一说法过于宽泛：目视验收与磁粉或渗透验收属于相关活动，但所使用的证据和限值并不完全相同。 焊缝检验还受到进一步控制。ISO 17635:2025 根据质量要求、材料、厚度、焊接工艺及其他条件，为无损检测方法、技术、验收等级和检测范围的选择提供规则。选择检测方法是为了回答明确的检验问题。目视检测可以识别表面轮廓、咬边、焊瘤、弧击或可见裂纹。磁粉检测可以显示铁磁性焊缝及热影响区中的表面和近表面不连续性。液体渗透检测可以在适当清洁的表面上显示贯穿表面的开口。某种方法能够发现某个特征，并不能由此确定该特征的验收等级。 #### 检验顺序 描述特征，识别检验响应，确定可能的不连续，测量其相关参数，并将这些参数与适用要求进行比较。 因此，正确的顺序是：描述特征，确定检测响应，判定可能存在的不连续，测量其相关参数，并将这些参数与适用的要求进行比较。只有在此之后，才应使用 **缺陷** 一词。表面痕迹是一种观察结果；显示是一种检测响应；不连续是物理上的中断；缺陷则是不符合要求的状态。将这些类别明确区分开来，可以使检测报告更加清晰，并避免不必要的拒收和不安全的验收。 表面特征可能在从铸造到精整的连续多个阶段中产生。 ## 钢材表面缺陷在生产过程中的形成 钢材上的痕迹并不一定就是缺陷。它可能是无害的表面不完善、检测到的显示、在特定验收准则下被认定的缺陷，也可能是某种会降低使用性能的失效机制的证据。这些术语描述的是不同的判定阶段。ISO 8785:1998 提供了有关表面不完善的术语，包括定义、参数、允许的不完善以及测量方法，但它并不会将每一个可见特征都判定为必须拒收的状态。 因此，与其单凭外观判断，不如从形成过程入手。一条暗线可能是发纹、轧入氧化物条带、裂纹或污物。一个凹陷可能是氧化皮压痕、麻点、擦伤凹坑，也可能是有意设计的产品特征。机器视觉综述论文 *Review of Surface Defect Detection of Steel Products Based on Machine Vision*（2023）指出，目前不存在用于定义和分类钢材表面缺陷的统一标准。下列类别是按形成过程来源划分的组别，用于解释缺陷的形成，并非所有生产商、产品标准或检验系统共同采用的通用分类。 #### 与铸造相关的起源 - **纵向裂纹和横向裂纹** 可能在铸壳凝固、拉坯、弯曲、矫直或热收缩过程中形成。 - **发纹** 由细长铸造缺陷或轧制过程中拉长的未完全熔合区域遗留下来的线性不连续。 - **折叠** 压附在表面上但未发生冶金结合的折叠或凸出的金属。 - **夹层** 与结疤、夹杂物、裂纹或氧化折叠有关的薄而细长的碎片或部分附着层。 - **表面凹陷** 可能起始于振痕、铸壳不规则处或铸模中的局部粘附。 ### 凝固与铸造相关的形成原因 许多表面问题在轧制之前就已开始形成，即液态钢在钢锭模或连续铸造机中凝固的过程中。外壳必须足够迅速地形成，以容纳液态芯部，同时还要持续与结晶器接触并均匀生长。传热不均、结晶器振动、润滑问题、钢液面波动或对铸造速度控制不足，都可能扰乱这一外壳。 当部分凝固的铸坯受到牵引、弯曲、矫直，或承受热收缩应力时，可能形成纵向裂纹或横向裂纹。这一阶段形成的裂纹可能在表面保持开口状态，也可能在后续变形过程中被部分焊合。角部裂纹与角部温度条件以及铸坯在拉出和矫直过程中的应变有关。二次冷却不当会加大热梯度和拉应力。 发纹通常是由细长铸造缺陷遗留下来的线性表面不连续，或者由在轧制过程中被拉长的不完全熔合区域形成的。这个术语更多描述外观和位置，而不是某一种单一的冶金原因。相比之下，折叠是指金属的凸出部分或折叠部分被压到表面上，但没有形成冶金结合。在铸造原料中，折叠可能源于凝固不均、表面折叠，或随后被压平的凸出外壳。 剥片是薄而细长的碎片或部分附着的层状物。它们可能由轧平的铸造结疤、非金属夹杂物、近表面裂纹或氧化折叠形成。其外观可能与发纹和划痕重叠，因此必须结合制造过程历史进行判断。与富含夹杂物区域相连的剥片，不能按浅表搬运划痕的方式解释。 非金属夹杂物也会影响后续的表面质量。氧化物、硫化物、硅酸盐和氧化铝团簇可能被夹带在铸坯表面附近。轧制会使其沿长度方向拉长成条带，或使其暴露为开放性缺陷。夹杂物并不一定会在铸造阶段形成可见痕迹；其重要性取决于尺寸、形态、位置、钢种以及预期的服役载荷。 表面凹陷可能起始于振痕、外壳不规则，或铸坯外壳与结晶器之间的局部粘连。如果钢液从结晶器上间歇性撕脱，就可能形成凹陷或裂纹。深部缺陷可在轧制前通过火焰清理或磨削去除。浅部缺陷则可能被带入后续工序，并在变形过程中变宽。 再加热和轧制条件会同时影响缺陷的形成及其几何形状。 | 工艺状态 | 可能的表面结果 | |---|---| | 除鳞不良 | 轧入氧化物或氧化皮压痕 | | 过度再加热 | 氧化增加以及可能的表面熔化风险 | | 轧辊损坏或错位 | 重复沟槽、划痕或尺寸变化 | | 温度或压下量不均匀 | 凸度、楔形、板形不良或开裂 | | 多余金属折叠 | 角部、鳍状部或过充填区域的折叠 | ### 热轧、再加热与氧化皮相关机制 再加热为铸钢的热变形做好准备，但加热炉也会生成铁氧化皮。氧化皮主要由方铁矿、磁铁矿和赤铁矿组成，其比例会随温度、气氛和时间而变化。如果在轧制道次之前或道次之间未能清除氧化皮，它就可能被压入钢材。其结果是氧化皮轧入：一种由滞留在表面或表面正下方的氧化物形成的暗色、细长且有时不规则的特征。 氧化皮压痕的形成原因与此相关，但并不完全相同。当氧化皮碎片被压向工件时，可能留下凹陷；脱落的氧化皮则可能在表面清理后留下浅坑。再加热过度、炉内气氛氧化性过强、除鳞水覆盖不足，或除鳞与轧制之间间隔过长，都会增加这些缺陷形成的机会。钢材温度同样重要。表面温度过低时，变形可能无法闭合浅表不连续；温度过高时，氧化和表面熔化的风险会增加。 轧制会改变缺陷的几何形状。铸造时形成的小裂纹可能沿轧制方向延长。夹杂物可能变成细薄的夹杂条带。折叠的边部可能被困成折叠缺陷，而受损轧辊产生的沟槽则可能反复转印到带钢或棒材上。轧辊咬入、压下制度、摩擦、张力和对中状态，共同决定不连续是张开、闭合还是被拉长。 折叠通常发生在钢坯、初轧坯、棒材或型材轧制过程中多余金属发生翻折时。它们可能形成于角部、飞边处或充填过度的区域，并且可能闭合得足够紧密，以至于无法通过一般目视检查发现。发纹可能在轧制过程中张开，随后又部分闭合，形成一条类似裂纹的线。区分两者需要关注唇边形状、连续性、深度以及与轧制方向的关系；仅凭照片通常不足以作出判断。 热裂不同于普通轧制痕迹。热裂是在钢材延性有限时产生的分离，通常发生在凝固或热加工过程中，此时收缩和变形会使弱化区域或部分连贯区域承受拉伸应变。其形貌、氧化情况和位置有助于判断其形成时机。热轧过程中暴露出的裂纹，其新形成的表面可能呈明亮状态；而较早形成的铸造裂纹中则可能含有氧化物和轧入物。 尺寸不规则同样具有工艺来源。轧辊磨损不均、热膨胀、道次对中不正确、温度不均或带钢张力不稳定，都可能造成凸度、楔形、厚度变化、镰刀弯、板形不良或型材失圆。这些并不只是外观问题。即使没有可见的线状缺陷或凹坑，它们也可能妨碍后续成形或产生局部应力。 ### 冷加工、精整与搬运损伤 冷轧和冷拔在没有热加工温度下的回复作用的情况下施加变形。已有的折叠、发纹、凹坑和夹杂物可能被进一步尖化或张开，而不是得到修复。压下量过大、润滑不良、轧辊未对中或道次制度不合适，都可能形成新的撕裂和纵向裂纹。撕裂是局部应变超过材料延性时产生的分离；它可能始于夹杂物、边部裂纹、表面缺口或加工硬化区域。 边部裂纹常见于修边、轧制或张力使带钢边缘应变集中的部位。脆化或严重加工硬化的边缘，承受进一步变形的能力较低。在矫平、纵剪、弯曲或成形过程中，小的边部不完善可能扩展成更大的撕裂。冷却和压下不均产生的残余应力，也可能导致波浪形、卷曲或形状不稳定。 精整工序会去除氧化皮并改变粗糙度，但也可能产生自身的痕迹。磨削可能留下纵向划痕、振纹、局部过热或浅沟槽。喷丸会形成喷丸纹理，或暴露出近表面凹坑。酸洗可以去除氧化物，但在氧化皮或污染物保护钢材局部区域的地方留下蚀坑。酸液侵蚀过度还可能扩大已有的不连续。 划痕和擦伤凹坑通常源于钢材与导卫、轧辊、输送机、吊钩、起重装置、吊带或相邻产品之间的接触。划痕通常较窄且较浅；擦伤凹坑会去除更多材料，形成边缘更尖锐的凹陷，并伴有隆起的唇边或 displaced metal。反复接触可能形成平行线条，使其看起来类似轧制缺陷。搬运损伤通常发生在主要变形工序之后，因此可能仅限于一个表面、一个边缘或局部冲击区域。 ASTM E709-21涵盖干法和湿法磁粉技术，用于检测包括钢在内的铁磁性材料中的裂纹及其他表面或近表面不连续。 Strong evidence 检验方法必须与所怀疑的形成原因相匹配。目视检验直接观察可见的不连续，而磁粉检验和渗透检验则观察由检验介质产生的显示，正如 ASNT 在 2024 年所作的说明。ASTM E709-21 涵盖铁磁性材料（包括钢材）表面及近表面不连续的干式和湿式磁粉技术；当磁化产生磁通泄漏时，磁粉会聚集在相应位置。对于氧化皮压痕、尺寸变化或一般表面精整状态，该方法不能替代目视检验。 对于铸件，ASTM A802-19 涉及目视检验和表面验收标准；ASTM A903/A903M 涉及磁粉检验或渗透检验的验收准则，以及相关线性和非线性显示的评定。ISO 17637:2016 规定了熔焊接头的目视检验，也可适用于焊接前的检验。ISO 17635:2025 根据质量要求、材料、厚度、焊接工艺及其他条件，规定了焊缝无损检测方法、技术、验收等级和检测范围的选择规则。生产工艺形成具体特征；适用的标准则决定该特征是否可接受。 ## 缺陷几何形态：裂纹、线性显示和非线性特征 形貌有助于指导调查，但不能单独确定冶金学原因。 | 形貌 | 典型外观 | 示例或关注点 | |---|---|---| | 线性 | 长度明显大于宽度 | 裂纹、发纹、折叠、褶皱、加工痕或磨削沟槽 | | 圆钝状 | 紧凑的斑点、椭圆形区域或短小的不规则斑块 | 凹坑、露出的气孔、孤立夹杂物或腐蚀腔 | | 弥散状 | 大范围内边界不明显 | 氧化皮残留、污渍、氧化、纹理变化或细微不连续网络 | ### 线性形态与圆形或弥散形态 观察到的痕迹并不一定是裂纹，检测显示也不一定构成可拒收的缺陷。几何形态是首要线索，但诊断还需要有关起源、连续性、深度、材料状态以及适用标准的证据。 **线性显示**的长度明显大于宽度，可能呈直线、缓弯、锯齿状或分叉状。裂纹是最严重的可能性，因为其尖锐的裂纹尖端会产生应力集中，并可能在循环载荷或拉伸载荷作用下扩展。狭窄的显示也可能由接缝、搭叠、折叠、加工痕迹、磨削槽，或暴露于表面的狭长夹杂物造成。在照明条件下，或经过磁粉检测或液体渗透检测后，这些特征可能看起来十分相似。 **圆形显示**具有紧凑的形状，例如斑点、椭圆或短小的不规则斑块。表面暴露的点蚀、气孔、孤立夹杂物以及小型腐蚀空洞通常会形成这种形态。圆形特征仍需进行评估：点蚀簇可能减小截面厚度，而带有尖锐内部边缘的空洞，其危害可能超过其表观直径所显示的程度。 **弥散特征**的边界不清晰，或覆盖较大区域。它可能是表面光洁度变化、氧化皮残留、污渍、浅层氧化、纹理变化，或由大量极细微不连续性形成的网络。大范围的光洁度变化通常只影响外观，并不会形成具有结构重要性的不连续性。然而，它们仍可能干扰检测，例如掩盖紧闭裂纹，或产生类似显示的背景对比度。 ISO 8785:1998规定了表面不完善的术语、定义、参数、允许的不完善以及测量方法。该标准的词汇很有用，因为“**不完善**”描述的是一种状态或特征，并不判断其是否有害。后续的判断——该特征是否具有相关性、是否属于缺陷以及是否可接受——取决于产品规范和验收标准。 ASTM A903/A903M在为磁粉或液体渗透检测的钢铸件制定表面验收准则时，采用线性显示和非线性显示这两类。 Strong evidence ASTM A903/A903M在针对通过磁粉检测或液体渗透检测检验的钢铸件制定表面验收准则时，使用了**线性显示**和**非线性显示**这两个术语。这种区分不能替代诊断，而是告知检验人员应如何对显示进行分类和评估。线性图样会引起对裂纹、接缝、搭叠或其他细长不连续性的关注；非线性图样可能对应点蚀、气孔、夹杂物或成簇的不连续性。形状是需要调查的证据，而不是最终的材料诊断。 #### 应记录的几何特征 - **长度和宽度** 描述可见投影范围，不要假定其代表不连续的完整范围。 - **深度** 评估材料有多大程度被中断，以及是否可能存在尖锐的表下端部。 - **取向** 记录其与轧制方向、焊缝轴线、主应力方向或部件几何形状的关系。 - **分支** 记录分支、交叉点和方向变化，因为这些可能表明存在裂纹系统。 - **位置** 记录其与焊趾、角部、圆角、冒口、边缘或截面突变处的关系。 ### 长度、宽度、深度、取向和分叉 长度和宽度仅描述可见的表面范围。深度决定材料被中断的程度，以及该特征是否具有尖锐的次表面尖端。一条长而浅的氧化皮痕迹可能不如一条短而深的裂纹重要。相反，即使裂纹开口几乎不可见，一条贯穿表面的长裂纹仍可为腐蚀或疲劳扩展提供较长的路径。 **开放裂纹**具有可见的开口，可能会积聚污物、氧化物、渗透剂或磁粉。通常可以通过直接目视检测追踪其边界，但眩光、粗糙度、油漆、氧化皮和照明不足可能会遮挡部分裂纹路径。**紧闭裂纹**几乎没有或完全没有可见开口。普通目视检测可能无法发现它，但如果不连续性延伸至表面，且表面足够清洁以便渗透剂进入，液体渗透检测仍可能产生清晰的显示。对于铁磁性钢材，即使裂纹开口难以看见，磁粉检测也可通过磁通泄漏显示紧闭的表面裂纹或近表面裂纹。 #### 磁粉检测的局限 磁粉检测灵敏度取决于磁场方向。当预期不连续的取向不确定时，应采用适当的磁化方向，通常需要采用不止一个方向。 取向很重要，因为检测响应具有方向性。ASTM E709-21涵盖用于检测铁磁性材料（包括钢）表面和近表面不连续性的干法和湿法磁粉检测技术。当磁化产生磁通泄漏场时，磁粉会在相应位置聚集。因此，当裂纹切断磁场而不是与磁场平行延伸时，裂纹显示通常最为明显。当预期裂纹取向不确定时，检验人员会采用适当的磁化方向，通常不止一个方向。一次看似有利的扫描不能证明所有取向都已完成检验。 液体渗透检测的物理基础不同。渗透剂必须进入贯穿表面的开口，随后再从中渗出以形成显示。对于完全位于表面以下的不连续性，该方法无法可靠地显示；粗糙或多孔表面还可能产生过强的背景。磁粉检测能够响应某些近表面特征，但其响应取决于钢材的铁磁性、磁场强度、磁场方向、磁粉施加方式以及表面状态。 分叉尤其重要。单一线状特征可能是加工槽或接缝；具有分支、方向变化或相交线段的网络更符合裂纹系统的特征，尽管缩孔、氧化物夹杂或加工损伤也可能形成类似图样。检验人员应记录显示的位置、表观长度、取向、分叉情况、间距，以及其与几何应力集中部位的关系，例如角部、圆角、焊趾、冒口或截面突变处。 深度通常通过后续检验确定，而不能仅凭目视形状判断。根据部件和规范的不同，可能需要进行清理、轻度磨削、局部剖切、复制检验、超声检测、射线检测，或采用经批准的组合方法。磨削可以去除浅表面不完善，但也可能使紧闭不连续性发生涂抹变形，或在其起源尚未评估之前抹去相关证据。 ### 几何形态为何影响检测与验收 几何形态同时影响机械风险和检测灵敏度。尖锐的细长特征会在其端部产生应力集中，并可能在疲劳或脆性断裂条件下扩展。圆形空洞使应力更加渐进地分布，但深坑、成簇气孔或暴露的夹杂物仍可能不可接受，因为它们会去除承载材料，或形成腐蚀起始部位。大范围的表面光洁度变化可能几乎不影响结构，但会掩盖更小、更尖锐的不连续性。 检测方法并不是抽象地“看见缺陷”。目视检测直接观察可见的不连续性，而磁粉检测和液体渗透检测观察的是由检测介质产生的显示；美国无损检测学会在2024年对这一差异作出了说明。基于摄像机的机器视觉记录强度、颜色、纹理或形状的变化。2023年的综述《基于机器视觉的钢铁产品表面缺陷检测综述》指出，目前尚不存在用于定义和分类钢材表面缺陷的统一标准；因此，摄像机分类器可能将某一特征标记为“划痕”“点蚀”或“类裂纹”，但这并不能确定其冶金学性质。奥卢大学在2021年介绍的平轧钢材自动光学检测有助于实现一致的检测和分类，但仍需要经过校准的成像系统、适当的照明条件以及基于标准的判定规则。 验收是一个独立步骤。ASTM A802-19涉及钢铸件的目视检验和表面验收标准，而ASTM A903/A903M涉及通过磁粉检测或液体渗透检测发现的相关线性显示和非线性显示的验收。上述标准都没有规定每一条可见线状特征均应拒收，也没有规定良好的目视外观可以推翻相关检测显示。最终判定由适用的产品规范、铸件等级、焊缝质量等级、检验范围以及修复规定控制。对于焊缝，ISO 17637:2016规定了熔焊接头的目视检测，也可适用于焊接前检验；ISO 17635:2025则将无损检测方法的选择、技术、验收等级和检验范围与质量要求、材料、厚度、焊接工艺及其他条件联系起来。 因此，正确的顺序是：描述几何形态，选择能够对该几何形态产生响应的方法，确定该显示是否具有相关性，识别其可能的来源，并将经过验证的状态与适用的验收准则进行比较。一条线不是判定结论；斑点、污渍、点蚀或大范围的表面光洁度变化也同样不是。 正式目视检测依赖受控的检验条件。 | 目视检测控制 | 重要性 | |---|---| | 照明 | 光线不足可能掩盖浅的咬边或细微裂纹；眩光可能产生假线条。 | | 可达性 | 受限表面可能需要使用镜子、摄像机或其他检验方法。 | | 表面清洁度 | 氧化皮、油、油漆、污物和腐蚀产物可能掩盖或模拟不连续。 | | 观察角度 | 随着反射光变化，某个标记可能出现或消失。 | | 记录 | 位置、尺寸、照片、检验人员、日期和验收依据可使结果具有可追溯性。 | ## 目视检测：不只是查看部件 目视检测（VT）常被简化为快速查看钢材表面，然后给出“未发现缺陷”之类的结论。对于检验工作而言，这种描述过于宽泛。ASM 的 *Metals Handbook* 将目视检验定义为一种用于发现表面缺陷的无损检测方法，其中包括腐蚀、污染、表面光洁度问题以及可见的表面不连续。ASNT 作出了相关区分：正式的目视检测直接观察可见的不连续，而磁粉检测和渗透检测则观察由检测介质产生的显示。这一区别十分重要。人员可能会看到一条暗线，但只有经过明确规定的检验，才能确定所观察到的是什么、发生在何处、如何测量，以及适用的验收准则是否判定其不合格。 ISO 8785:1998 为表面不完美提供了术语体系，包括术语、定义、参数、允许的不完美以及测量方法。这套术语有助于避免将可见痕迹自动视为缺陷。表面不完美是指偏离预期表面状态的状况；显示是需要解释的响应或观察结果；缺陷则是根据适用规范判定为不可接受的不完美。疲劳裂纹扩展或腐蚀辅助开裂等失效机制，则是另一层面的结论。目视检测可以识别与某种失效机制相关的证据，但不能仅因表面外观异常，就确立存在次表面损伤。 #### 受控目视检测顺序 1. **确定检验区域** 明确部件、表面、可达性和所需覆盖范围。 2. **准备表面** 去除障碍物，但不得擦除或改变正在评估的状态。 3. **控制观察条件** 采用适当的照明、距离、角度和光学辅助设备。 4. **观察和测量** 记录轮廓、纹理、不连续位置、尺寸和取向。 5. **记录结果** 保存照片、设备详情、检验人员身份和验收依据。 ### 直接观察与受控的观察条件 直接目视检测使用检验人员的眼睛，在有或没有规定光学辅助 उपकरण的情况下，对可接近表面进行检查。它仍然是一种受控检验，而不是随意的肉眼查看。检验程序应明确部件、检验区域、表面状态、观察距离和角度、照明布置、设备、检验人员资格、记录方法以及验收标准。ISO 17637:2016 规定了金属材料熔化焊接接头的目视检测，也可用于焊接前检查，例如检查接头制备、装配、对中、清洁度和边缘状态。 照明并非无关紧要的便利条件。照度不足可能掩盖浅表咬边或细小的表面开口裂纹；眩光可能遮蔽不连续，或造成假线条。光线应具有足够的强度和适当的方向，以显现轮廓、纹理和反射率的变化。斜向照明有助于显示浅凹陷，而较直接的照明可能更便于评估污渍或变色。检验人员可能需要改变观察角度，因为从一个方向可见的痕迹，在反射光沿表面移动后可能会消失。 部件必须清洁到足以满足检验目的。氧化皮、油污、焊接飞溅、油漆、污物、腐蚀产物以及搬运残留物，都可能遮蔽表面或伪装成不连续。清洁过程本身不得去除正在评估的状态。焊缝在进行轮廓检查前可能需要去除飞溅，但过度打磨可能抹去搭接、咬边或裂纹的证据。如果规定程序要求使用放大镜、反射镜、内窥镜或其他观察辅助 उपकरण，这些辅助 उपकरण就属于检验的一部分，而不是可有可无的附加物。放大可以提高对紧密表面开口裂纹的识别能力，但不能将无法接近或准备不当的表面变成已经得到充分检验的表面。 记录使观察结果具备可追溯性。有效记录包括相对于基准点或焊缝基准的位置、方向、可测量时的长度和宽度、照片、照明条件、表面准备情况、设备识别信息、检验人员、日期以及处置结论。仅有照片通常是不够的：照片可能缺少比例、位置和验收依据。 ### 目视检测能够揭示什么 VT 适用于检测那些延伸至可见表面或改变可见表面状态的情况。ASM 列举的示例包括腐蚀、污染、表面光洁度问题和表面不连续。腐蚀可能表现为均匀减薄、点蚀、片状氧化皮或局部腐蚀。目视检查可以显示污渍和沉积物，但仅凭外观无法确定剩余壁厚或确认点蚀的完整深度。要回答这些问题，需要进行厚度测量或采用其他适用方法。 污染包括油污、水分、嵌入的碎屑、氧化物、油漆残留物以及其他可能妨碍焊接、涂覆、粘接或服役的物质。表面光洁度问题可能包括打磨痕迹、刻痕、折叠、轧制痕迹、粗糙的机加工表面、过度粗糙或表面之间突兀的过渡。其可接受性取决于产品规范和表面功能，而不只是取决于外观看起来是否凌乱。 在焊缝上，目视检测可以揭示轮廓不规则、余高过大、填充不足区域、对中不良、弧坑损伤、可见气孔、弧击、飞溅、搭接和咬边。如果裂纹在检验条件下可见，目视检测也可以识别延伸至表面的裂纹。焊接前采用相同方法，还可以发现装配不良、坡口几何形状错误、边缘损伤、清洁不足或根部间隙不可接受。因此，ISO 17637:2016 并不仅限于对完成后的焊道进行检查。 明显的机械损伤也是目视检测的对象，包括凹痕、弯曲、刻痕、冲击痕、撕裂边缘、变形，以及机加工区域或涂层区域的损伤。对于钢铸件，ASTM A802-19 涉及目视检验和表面验收标准。对于采用磁粉或渗透方法检验的铸件，ASTM A903/A903M 规定了验收准则，并要求评估相关的线性和非线性显示。这些标准说明了一个关键点：观察与验收彼此相关，但并不是同一个行为。 一条可见的线可能是划痕、折叠、焊接裂纹、机加工痕迹，也可能是沟槽中的残留物。检验人员应根据适用要求记录并评估该显示。如果相关要求没有定义该特征，报告就不应擅自设定拒收限值。 ### 由可接近性、表面状态和人的判断所产生的限制 目视检测无法揭示没有可见表面表现的缺陷。它不能确定是否存在次表面裂纹、内部气孔、隐藏在焊帽下的未熔合或埋藏夹杂物。磁粉检测具有不同的物理基础：ASTM E709-21 涵盖包括钢在内的铁磁性材料的干法和湿法检测。在这些检测中，通过磁化以及磁粉在磁通泄漏场处的聚集，可以揭示表面和近表面不连续。渗透检测同样依赖渗透剂进入表面开口缺陷。两者均不能与直接 VT 互相替代；当规范要求使用这些方法时，VT 也不能替代其中任何一种。 可接近性构成明确的边界。狭窄的缝隙、加强筋背面、内部孔腔或隐藏在绝热层下的表面，可能需要使用反射镜、远程摄像机、内窥镜或其他检测方法。即使如此，结果仍会受到图像质量、焦距、视场范围以及设备定位能力的限制。如果检验人员无法到达某个表面或无法清晰分辨该表面，那么即使该表面洁净且照明明亮，也不一定意味着已经完成检验。 人的判断也会造成差异。疲劳、对产品不熟悉、期望偏差以及术语使用不一致，都可能改变两名检验人员对同一痕迹的描述。因此，胜任能力不仅仅意味着视力良好。检验人员必须了解材料、制造工艺、可能出现的不连续、检验程序、测量工具和验收准则。ISO 17635:2025 根据质量要求、材料、厚度、焊接工艺及其他条件，涉及焊缝无损检测方法、技术、验收等级和检测范围的选择。该框架支持作出有依据的决定：当目标是可见状态时使用 VT；当所需证据位于表面以下或存在于材料内部时，则选择其他方法。 机器视觉可以提高重复性和覆盖范围，尤其适用于平面钢材产品；奥卢大学 2021 年的一篇学位论文介绍了用于检测和分类此类缺陷的自动光学检测。然而，2023 年的综述 *Review of Surface Defect Detection of Steel Products Based on Machine Vision* 指出，目前尚无用于定义和分类钢材表面缺陷的统一标准。摄像机记录的是图像特征。它们并不能消除对统一术语、经过验证的程序、胜任的解释以及明确验收规则的需求。 ASTM A802-19涉及可观察的铸件表面状态，而不是每一种内部不连续。 | 目视检测能够揭示 | 目视检测单独不能确定 | |---|---| | 表面开口裂纹、凹坑、褶皱、折叠、结疤和开放性孔隙 | 隐蔽不连续的深度 | | 附着的型砂、鳍状物、焊缝修补处和磨削损伤 | 内部缩孔、夹杂物或埋藏孔隙 | | 变形、错边、浇口去除不完全和表面精整不规则 | 对紧闭且不可见裂纹的可靠检测 | | 可接近表面的污染和涂层问题 | 体积完整性 | ## ASTM A802-19 钢铸件的目视检验 ASTM A802-19规定了钢铸件目视检测和表面验收标准的实施规范。 Strong evidence ASTM A802-19 是关于钢铸件目视检验及表面验收标准的一项标准实施规范。其对象是铸件表面能够观察到的状态，而不是表面以下可能存在的每一种不连续性。这一界限十分重要。可见的暗斑、凸起区域、凹 cavity、裂纹样线条或粗糙区域，首先只是观察到的特征。只有在确定其性质后，它才可被称为缺陷或不连续性；只有当其超出适用于该铸件的验收要求时，才成为应判废的缺陷。 相关术语不应被随意使用。ISO 8785:1998 对表面缺陷的术语、定义和参数作出了规定，包括描述和测量这些缺陷的方法。铸造厂可能将某一特征报告为粘砂、夹杂、气孔、冷隔、折叠、脉纹、粗糙度或粘附砂，但名称本身并不能决定其处置方式。位置、长度、宽度、深度、间距、取向以及对规定表面状态的影响，都可能具有重要意义。缺陷形成机制又是另一个问题：缩松、气体析出、补缩不足、型砂侵蚀、热收缩或搬运损伤，可能解释该特征是如何形成的；但 ASTM A802-19 主要关注的是实际存在的状况，以及其是否符合规定的目视要求。 ![钢材表面缺陷及检验方法](/images/uploads/6c1d2d28-e835-4611-bb68-5dfcea986594/wiki-inline-a-cleaned-steel-casting-surface-with-a-visible-crack-like-line-shallow-cavity-ad-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/6c1d2d28-e835-4611-bb68-5dfcea986594/wiki-inline-a-cleaned-steel-casting-surface-with-a-visible-crack-like-line-shallow-cavity-ad-2027x2560.avif "放大图片 — 钢材表面缺陷及检验方法")Visual examination records accessible surface conditions before acceptance is judged. ### 目视表面验收的范围 按照 ASTM A802-19 进行的目视检验，是对铸件可接近表面的直接检验。它能够揭示表面开口裂纹、凹坑、折叠、冷隔、粘砂、与表面相通的气孔、粘附的造型材料、飞边、焊补区域、电弧击伤、打磨损伤以及不规则的表面状态。它还能够识别变形、错型、冒口或浇口金属未完全去除，以及会使后续检验不可靠的状况。ASM 的《金属手册》将目视检验列为一种无损检验方法，可用于检测腐蚀、污染、表面处理问题和表面不连续性等表面缺陷。 但这种能力是有限的。目视检验无法确定隐蔽不连续性的深度，无法可靠地发现不会产生可见反差的紧密裂纹，也不能替代针对内部缩松和夹杂的体积检验。光滑表面可能掩盖表面下的状况。相反，明显的痕迹也可能只是无害的多余金属或造型纹理，而不是裂纹。 因此，验收取决于适用的铸件规范、采购方要求、图样以及所选定的验收等级。ASTM A802-19 提供的是实施规范和表面验收框架；它并未为所有铸件规定统一的通用判废阈值。阀体、泵壳、承压部件和结构配重，可能具有不同的允许状态、检验区域或表面处理要求。最终判定必须遵循适用的采购规范及其中规定的验收等级。 目视验收也不同于其他无损检验方法下的验收。ASNT 将目视检测与普通肉眼检查加以区分，因为目视检测是直接观察可见的不连续性，而磁粉检测和渗透检测则是观察由检测介质产生的显示。根据 ASTM E709-21，对铁磁性钢铸件进行磁化后，磁粉会聚集在由表面或近表面不连续性引起的磁通泄漏场处。磁粉显示与直接在金属上看到的线条，并不是同一种物理观察结果。 ASTM A903/A903M 规定了采用磁粉检测或渗透检测对钢铸件进行检验时的表面验收准则，并要求评定相关的线性显示和非线性显示。除非合同明确要求采用相应的方法和准则，否则不得将这些准则照搬到目视检验报告中。某一铸件可能通过目视检验，却因紧密的表面开口裂纹吸收渗透剂并产生相关显示而未通过渗透检测。反之，也可能出现相反情况：粗糙或着色区域看起来令人不满意，但并未产生相关的磁粉显示或渗透显示。 ### 铸件表面状态与准备 检验从实际呈现在检验员面前的表面开始。松散型砂、氧化皮、油、油漆、抛丸残留物、锈蚀、烧结粘附物、水分和机加工切屑，可能掩盖不连续性，或形成虚假的目视特征。所需的清理方法取决于铸件及其规范。刷洗、清洗、喷砂、抛丸清理、打磨或机加工都可能使金属表面暴露出来，但每种方法也可能改变表面状态。过度打磨可能去除浅表缺陷的证据，将金属抹过裂纹开口，或产生新的打磨裂纹。喷砂可能闭合狭窄的开口，或通过冲击压实和粗糙化作用掩盖浅表折叠。 表面准备还必须保留与验收相关的几何形状。圆角、加强筋交接处、螺纹孔、凸台或内部通道，可能需要采用不同的观察角度或辅助照明。几何形状复杂的铸件不能仅通过绕其外部观察一周来进行判定。角部和截面变化处应予以重点关注，因为这些部位可能隐藏不连续性、滞留清理介质，或产生类似线性缺陷的反射。 照明是一项测量条件，而不是外观细节。检验员需要有足够的照度来观察规定表面，同时控制阴影并减少眩光。机加工表面的强烈反光可能掩盖细小线条；斜射光能够使浅微凸凹变得明显，但也可能夸大无害的表面纹理。观察距离、角度、表面对比度和清洁度，应适合规定的检验要求。在接近受限的情况下，镜子、内窥镜或摄像机可以扩大观察范围，但记录中应说明所采用的间接方法及其局限性。 温度、表面湿润程度和涂层状态，都会影响可见内容。潮湿表面可能填充浅凹 cavity 并改变对比度。除非规范允许透过涂层进行检验，否则涂层可能掩盖基体金属。如果表面无法得到充分清理或观察，正确的做法不是默认判定其合格。应标明无法接近或受到遮蔽的区域，并由负责的主管部门确定是否需要进一步准备、采用其他检验方法或进行修复。 ### 观察特征的记录与处置 一份有用的目视检验报告，记录内容不应只有“合格”或“不合格”。在有要求时，报告应注明铸件、炉次或批次、检验日期、检验员、表面状态、照明或观察限制、已检验区域，以及每个相关特征的位置。位置可以通过基准、图样区域、铸件特征、网格或标记照片来表示。当验收准则取决于尺寸和取向时，还应记录其尺寸和取向。 报告应将观察结果与判定分开。“基准 B 附近圆角处存在一条长 38 mm 的暗色线性特征”属于观察结果。“应判废裂纹”则属于处置结论，需要依据适用的控制准则予以确认。如果特征性质不确定，可能需要清理、通过打磨进行验证、尺寸测量或采用其他无损检测方法。磁粉检测适用于铁磁性钢中的表面和近表面不连续性；渗透检测适用于与表面相通、且表面材料兼容并经过适当准备的缺陷。任何一种方法都不能自动回答超出其物理检测范围的问题。 处置结果可以是验收、修复后重新检验、拒收，或提交工程评审。修复并不会抹去原始发现：报告应保留该特征的位置、规范要求时所采用的修复方法，以及规定的重新检验结果。如果目视检验发现疑似裂纹，不应仅因为线条较短或难以拍摄，就放行该铸件。适用的规范、采购方要求和验收等级决定最终判定；当仅凭目视观察无法确定特征性质时，补充无损检测则提供必要的证据。 焊缝的目视检测可在焊接前、焊接中及焊接后进行。 | 检验阶段 | 典型观察内容 | |---|---| | 焊接前 | 接头准备、装配、对准、清洁度、根部间隙和边缘状态 | | 焊接中 | 层间清理、根部焊道状态、变形、弧击和可见的工艺问题 | | 焊接后 | 裂纹、气孔、咬边、搭接、焊缝轮廓、弧坑区域和尺寸符合性 | | 修复后 | 挖除状态、修复几何形状和所需复验结果 | ## ISO 17637:2016 规定的焊缝目视检测 ISO 17637:2016 规定了金属材料熔化焊接接头的目视检测。该标准还允许在焊接前对接头进行目视检测，这一点非常重要，因为焊缝可能被正确地熔敷在准备错误或装配不良的接头上。因此，检测并不是在焊缝冷却后进行的一次性活动，而是贯穿接头准备、装配、焊接和最终检验的全过程。 这种方法常被简化为“查看焊缝”，但这种说法过于狭窄。ASNT 将目视检测与非正式的肉眼检查区分开来：目视检测是在规定的检测条件下直接观察可见的不连续性，而磁粉检测和液体渗透检测则是观察由检测介质产生的显示。在表面洁净且外观看似完好的情况下，如果存在未使用渗透剂或磁粉就无法看到的紧密裂纹，这一区分就十分重要。 ISO 17637:2016 并不会将每一道可见痕迹都认定为缺陷。ISO 8785:1998 为表面缺欠提供了术语，包括定义、参数、允许的缺欠以及测量方法。表面缺欠是观察到的一种状态。显示是通过某种检测方法发现的信号或可见特征。只有当适用规范判定其不可接受时，它才成为缺陷。疲劳裂纹萌生、氢辅助开裂或承载性熔合不足等失效机制，则属于进一步的工程解释，不应与观察结果本身混淆。 ![钢材表面缺陷及检验方法](/images/uploads/f3917438-ab50-49cb-8ab6-cd30177d8349/wiki-inline-a-welder-inspector-checking-a-prepared-steel-groove-joint-for-root-gap-alignment-1920x1288.jpg)[](/images/uploads/f3917438-ab50-49cb-8ab6-cd30177d8349/wiki-inline-a-welder-inspector-checking-a-prepared-steel-groove-joint-for-root-gap-alignment-1920x1288.avif "放大图片 — 钢材表面缺陷及检验方法")Pre-weld inspection checks the joint condition before the arc is struck. ### 焊接前的检测 焊前目视检测从材料、接头表面和准备细节开始。检验人员检查规定的母材和焊接材料是否已经识别，接头边缘是否符合图样或焊接工艺规程，以及表面是否清除了可能影响熔合或遮蔽不连续性的油、油漆、氧化皮、水分、松散锈层和其他污染物。表面状态并非仅属外观问题。污染物可能导致气孔、电弧行为不稳定或未熔合，而过度打磨则可能改变接头几何形状。 应检查接头准备情况，包括坡口角度、钝边、根部间隙、坡口清洁度以及边缘损伤。这些尺寸必须与适用的图样、焊接工艺规程或合同要求进行比较，而不能依据某一通用的目视限值进行判断。对于某一种焊接方法和厚度可接受的准备形式，可能并不适用于另一种焊接方法或厚度。检验人员还应查找从切割边缘延伸出的分层、折叠、沟槽和裂纹。母材中可见的线性痕迹应予以记录和评估；不能仅仅因为它位于接头附近，就将其重新命名为焊缝裂纹。 下一项关注内容是装配。零部件应按规定对齐、支撑和约束，并沿焊缝全长保持规定的根部开口和接头方向。过大的错边、角变形、不一致的间隙或突变过渡，可能在引弧前就造成尺寸偏差。定位焊缝需要检查是否存在裂纹、熔合不良、余高过大以及不合适的收尾。存在缺陷的定位焊缝可能残留在接头内部，或在后续焊道过程中成为裂纹萌生点。 这一阶段的检测还应确认焊接和后续检测所需的可达性。接头的一侧在几何上可能符合要求，但另一侧却无法清理或进行目视观察。这种限制应记录在检测记录中，不能通过宣布未观察到的表面为合格来解决。 ### 焊接过程中的检测及焊后检测 焊接过程中，目视检测提供的是工艺反馈，而不仅仅是最终判定。检验人员应观察接头清洁度是否得到保持，电弧的位置和运条是否符合要求，以及每道焊道在被下一道焊道遮盖之前是否具有可接受的外观。应检查层间清理是否去除了熔渣、氧化物、飞溅和夹带的杂物。根部焊道尤其重要：可见的根部未焊透、根部焊道不规则、烧穿或表面开口气孔，均可能成为在继续熔敷金属前进行修正的依据。 焊接顺序可能暴露出变形、移动或根部间隙扩大等问题。还应检查接头外的临时附件和引弧痕。即使痕迹很小，引弧痕也可能在易感钢材中留下局部硬化区或裂纹。飞溅在某些应用中可能只是无害残留物，但在另一些应用中可能损伤涂层、妨碍尺寸装配，或遮蔽裂纹。其重要性取决于规范和服役条件，而不仅仅取决于外观。 焊接完成后，应将接头清理到足以进行检测的程度。熔渣、飞溅、临时附件和表面污染物不得遮挡焊趾或焊缝表面。检验人员应观察全部可接近的焊缝长度、焊缝端部、焊接起弧和收弧部位、弧坑区域、焊趾过渡区以及邻近母材。可见裂纹应立即引起重视，因为裂纹属于平面型不连续性，可能产生严重影响；但目视发现裂纹并不能确定其深度或完整范围。类似裂纹的线状痕迹可能需要清除后重新检测，或采用其他无损检测方法进行检查。 表面开口气孔可能呈圆形凹穴或点状凹坑。咬边是位于焊趾处或母材边缘的沟槽，而焊瘤则是焊缝金属在未实现适当熔合的情况下滚覆到母材表面上。二者都属于与外形有关的观察结果，但不能相互替代。凹形或凸形焊缝表面、余高过大、填充不足、焊趾过于突变或宽度不规则，都可能表明焊缝成形不良。适用的验收准则决定该状态是否允许以及应如何测量。 尺寸检查包括焊缝尺寸、长度、位置、对齐情况、变形以及相对于图样的偏差。目视检测可以识别焊缝位置错误或构件发生移动，但其本身不能确定残余应力、内部未熔合或冶金转变。 #### 焊缝轮廓术语 咬边 母材焊趾或边缘处的沟槽。 搭接 焊缝金属在未适当熔合的情况下卷覆到母材表面上。 气孔 可能贯穿焊缝表面的圆形空腔或凹坑。 弧击 位于预定焊缝之外的局部痕迹，可能需要评估其是否产生裂纹或硬化。 余高 高出母材表面的焊缝金属；其可接受性取决于适用准则。 ### 焊缝外形和表面不连续性的观察记录 一份有用的报告应说明看到了什么、发生在何处以及如何进行测量。“焊缝不好”不能作为检测结果。记录可以明确指出焊趾处的线性表面显示、规定区域内分散的表面开口气孔、沿测量长度分布的咬边，或接头附近的引弧痕。照片、位置、尺寸、照明条件以及所依据的要求，能够使观察结果具有可重复性。 验收必须始终以适用的产品标准、制造标准或项目标准为依据。ASTM A802-19 涉及钢铸件的目视检查和表面验收标准，而 ASTM A903/A903M 涉及采用磁粉或液体渗透方法检查的钢铸件表面准则，并要求评定相关的线性和非线性显示。除非适用规范明确授权，否则不应将这些铸件标准直接套用于焊接接头评定。 目视检测具有明确的适用范围。它可以识别可接近的表面状态和外形偏差，但不能可靠地发现每一道紧密的表面裂纹、次表面不连续性或内部体积型缺陷。ASTM E709-21 涵盖铁磁性材料（包括钢）中表面及近表面不连续性的干法和湿法磁粉检测技术；磁化会在不连续处产生漏磁场，使磁粉聚集。液体渗透检测具有不同的物理基础，并要求被检表面适合且开口于表面。机器视觉可以提高平面钢材产品检测的重复性，但一篇 2023 年的综述指出，目前尚无统一标准对所有钢材表面缺陷进行定义和分类。因此，ISO 17635:2025 将检测方法的选择、验收等级和检测范围与质量要求、材料、厚度、焊接工艺及其他条件相关联。可见痕迹只是检测的起点。 磁粉检测揭示的是漏磁，而不是不连续的完整图像。 | 特征 | 磁粉检测含义 | |---|---| | 材料 | 需要铁磁性钢或其他铁磁性材料。 | | 磁场方向 | 与磁场交叉的不连续通常会产生更强的漏磁响应。 | | 检测范围 | 对表面及近表面不连续最为敏感。 | | 磁粉技术 | 干粉适用于某些粗糙表面或现场条件；湿磁粉可在适用表面上形成更均匀的覆盖层。 | | 处置 | 磁粉图样属于显示，需要评估其相关性并与验收准则进行比较。 | ## 铁磁性钢的磁粉检测 磁粉检测（MT）是一种用于发现铁磁性钢表面及近表面不连续性的检测方法。它不会把每一道可见痕迹都判定为缺陷，也不会检查部件的整个体积。检测结果是一个*显示*：由检测产生的磁粉可见或荧光聚集。该显示是否代表不可接受的缺陷，取决于其尺寸、形状、位置、方向以及针对该部件规定的验收准则。 ASNT 对其物理过程作了清晰说明：使铁磁性钢磁化，施加铁磁性磁粉，并观察磁粉在磁通泄漏场处聚集的位置（American Society for Nondestructive Testing，2024）。ASTM E709-21 涵盖干法和湿法磁粉技术，用于检测包括钢在内的铁磁性材料中的裂纹及其他表面或近表面不连续性。因此，该方法不同于直接观察可见状态的目视检测，也不同于依靠渗透剂进入开放性表面不连续性的液体渗透检测。 ![钢材表面缺陷及检验方法](/images/uploads/5f9559b0-10e2-42c6-9dce-8f3ec4ffc047/wiki-inline-a-ferromagnetic-steel-bar-undergoing-magnetic-particle-testing-showing-magnetic-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/5f9559b0-10e2-42c6-9dce-8f3ec4ffc047/wiki-inline-a-ferromagnetic-steel-bar-undergoing-magnetic-particle-testing-showing-magnetic-1920x1094.avif "放大图片 — 钢材表面缺陷及检验方法")Magnetic particles gather where a discontinuity causes magnetic-flux leakage. ### 磁化与磁通泄漏 当电流流过部件、流过环绕部件的线圈，或在电磁轭的两极之间通过时，磁化场会穿过钢材。在完整且磁化均匀的区域内，磁通主要通过金属传播。裂纹、未熔合、折叠、缝隙或其他不连续性会阻断这一通路。一部分磁通被迫逸出钢材后又返回钢材，从而在不连续性处或其附近形成泄漏场。 置于该磁场中的铁磁性磁粉会被吸引到泄漏区域。磁粉形成线状、簇状或其他图案，勾勒出缺陷源的位置。使用可见磁粉时，可在白光下观察显示；使用荧光磁粉时，则可在紫外-A光照射下观察。检测介质使磁场扰动变得可见，但并不能显现不连续性的完整几何形状。 磁场方向是检测结果的核心因素。当裂纹大致垂直于磁化场时，会产生最强的磁通泄漏。沿磁场方向或几乎沿磁场方向延伸的不连续性，可能产生较弱的泄漏和较淡的显示，即使该不连续性具有重要意义。因此，不能假定单一磁化方向能够发现所有裂纹。纵向磁场适用于检测横向于该磁场的不连续性；使电流通过部件所产生的周向磁场，则倾向于显示沿部件方向延伸的不连续性。当检测程序和部件几何形状允许时，检测人员通常会施加两个差异较大的磁场方向，通常采用分别通电检测或多向磁化技术。 磁化强度还必须适合材料和检测任务。磁化过弱可能无法产生有用的泄漏场。磁化过强则可能形成磁粉背景，干扰判读，或使磁粉难以清除。几何形状同样具有影响。尖角、键槽、截面变化、孔、焊趾和接触点会使磁场发生畸变并形成非相关显示。这些图案并不自动等同于裂纹。必须根据其位置、形状、重复性以及对磁化变化的响应，将其与相关显示区分开来。 表面状态会影响检测可靠性。油污、氧化皮、涂层、锈蚀、焊接飞溅物和粗糙的机械加工表面，可能阻碍磁粉自由移动，或形成虚假的磁粉聚集。因此，清洁和表面准备是检测的一部分，而不是外观上的准备工作。检测后，如果残余磁性可能影响机械加工、装配、仪器仪表或服役，还可能需要进行退磁。 MT适用于铁磁性钢，例如铁素体钢和许多马氏体钢种。AISI 410不锈钢通常具有铁磁性；退火态AISI 304不锈钢通常为非铁磁性，不适用于普通MT。合金成分、热处理、冷作和温度都可能改变磁性能，因此，仅凭钢种名称不能替代对实际部件响应的验证。MT不是适用于铝、铜、钛或非铁磁性奥氏体不锈钢的通用方法。 ### ASTM E709-21规定的干法和湿法磁粉技术 ASTM E709-21介绍了干法磁粉和湿法磁粉两种方法。干法技术中，通常使用手持球形吹粉器、粉末喷吹器或其他受控施加装置，将干燥的铁磁性粉末施加到已磁化的表面上。在泄漏场作用下，磁粉沿表面移动并聚集于不连续性处。干粉适用于相对粗糙的表面和现场条件，但风、振动、磁粉过量以及严重的表面纹理，可能降低灵敏度或遮蔽细小的显示图案。 湿法磁粉检测是将细分磁粉悬浮在液体载体中。在部件磁化时，或按照检测程序在磁化过程中，通过喷洒、流淌或浸渍施加该悬浮液。湿法磁粉通常能够形成更均匀的覆盖层，尤其适合在较光滑表面上检测细小的表面显示。在具备受控暗室或紫外光条件的场合，荧光湿法磁粉得到广泛应用。液体必须能够适当地润湿表面；污染、浓度不当、沉降和搅拌不足都可能改变检测结果。 干粉和湿粉之间的选择并不是简单的优劣排序。磁粉类型、载液、表面光洁度、照明条件、部件尺寸、可达性、磁化设备以及所需灵敏度都很重要。ASTM E709-21是一项操作规范和指南，而不是通用的验收规范。它说明如何实施检测，而产品标准、施工标准或合同标准则决定哪些显示可以接受。 检测人员必须建立足够的磁场强度，并按照适用程序要求的检查方法确认设备性能。随后，应沿能够使预期不连续性获得有利交叉角的方向对部件进行磁化。施加磁粉、观察、清除多余磁粉和判读必须按正确顺序进行。如果在磁粉形成显示之前就撤去磁场，或者没有清除多余磁粉，形成的图像可能会产生误导。 ### 表面和近表面检测能力的限制 MT对贯穿表面或位于表面下方很浅处的不连续性最为敏感。表面开口裂纹、缝隙、折叠和焊趾裂纹通常会产生清晰、集中的显示。浅层次表面下不连续性也可能被检测到，因为其泄漏场能够到达表面。然而，随着深度增加，泄漏场会减弱并扩散。显示变得不那么清晰，较小的不连续性可能会消失在背景磁粉图案中。 #### 不得规定固定的磁粉检测深度 可检测性会随不连续的尺寸、开口、取向、深度、磁导率、磁化电流、磁场方向、表面粗糙度、磁粉特性和观察条件而变化。 不存在适用于所有钢制部件的单一深度限值。可检测性会随不连续性的尺寸、开口宽度、方向、深度、钢材磁导率、磁化电流、磁场方向、表面粗糙度、磁粉性质和观察条件而变化。较宽大的表面下缺陷可能形成可检测的图案，而位于更有利深度但尺寸较小的缺陷反而可能无法检出。因此，除非与经过资格确认的检测程序和参考标准相联系，否则“MT可检测固定深度以内的缺陷”之类的说法会产生误导。 MT也无法确定部件的体积完整性。对于内部孔隙、夹渣、分层或未焊透等几乎不产生表面泄漏的缺陷，MT可能无法检出。当内部致密性属于要求的一部分时，可能需要采用超声检测、射线检测或其他体积检测方法。MT不能替代体积检测。 判读时必须将术语与处置决定区分开来。ISO 8785:1998规定了表面不完善的术语、定义和参数，但不完善并不自动等同于不可接受的缺陷。磁粉图案是一个显示。只有依据适用的验收准则进行评定后，它才会成为需要拒收的缺陷。对于钢铸件，ASTM A903/A903M规定了磁粉检测或液体渗透检测的表面验收准则，并要求评定相关的线性和非线性显示。ASTM A802-19涉及钢铸件的目视检测和表面验收标准；目视验收与MT验收相互关联，但不能互相替代。 焊缝检测遵循同样的逻辑。ISO 17635:2025将无损检测方法、技术、验收等级和检测范围的选择，与质量要求、材料、厚度、焊接工艺及其他条件联系起来。MT可以显示目视检测遗漏的焊趾裂纹，但不能证明焊缝不存在内部不连续性。该方法回答的是一个具体问题：磁化是否会产生与表面或近表面磁通泄漏场相关的磁粉显示？验收标准回答的是另一个独立问题：哪些缺陷可以在役保留？ 磁粉和液体渗透验收需要依据各自方法进行解释。 | 方法 | 物理基础 | 主要局限 | |---|---|---| | 磁粉检测 | 磁粉聚集在磁化铁磁性钢中的漏磁场处。 | 响应会随深度增加而减弱；当不连续取向不利时，响应也可能较弱。 | | 液体渗透检测 | 渗透剂进入表面开口，显像剂将其带回表面。 | 通常不能检测完全位于表面下的不连续。 | | 目视检测 | 检验人员直接观察可接近的可见状态。 | 不能可靠地确定隐藏区域或内部的完整性。 | ## 磁粉检测和液体渗透检测的表面验收 可见痕迹并不自动构成可拒收缺陷，磁粉显示或渗透显示也不自动证明存在有害不连续。检测方法提供的是证据；随后由适用的产品标准决定如何对该证据进行分类和验收。这一区分对于钢铸件尤其重要，因为铸件几何形状、表面状态、机加工、焊补以及局部磁导率变化，都可能影响显示的形态。 就本文所讨论的铸件验收而言，ASTM A903/A903M 是控制性参考标准。该标准规定了采用磁粉检测或液体渗透检测对钢铸件进行检验时的表面验收准则，并要求对相关线性和非线性显示进行评定。采购规范、图样、检验程序或合同中必须明确所采用的标准版本。ASTM A903/A903M 不应被视为适用于所有钢制产品、焊缝、锻件或制造构件的通用验收规则。 ### 相关线性和非线性显示 *显示*一词描述的是检测产生的响应。它本身并不说明实际不连续的性质或其对服役的影响。表面开口裂纹可能产生清晰的线性显示，而圆形空腔、孤立气孔或小型不连续的聚集可能产生非线性显示。显示的外观很重要，但其解释还取决于显示的位置、方向、连续性、对比度以及与检测技术的关系。 相关显示是指经判断由不连续引起的显示，而不是由构件形状、表面粗糙度、磁状态、残留渗透剂或其他检测伪象引起的显示。非相关显示可能出现在尖角、键槽、螺纹、截面突变处、不同材料的交界处，或检测介质聚集但不存在对服役具有重要影响的缺陷的区域。因此，检验人员必须区分由几何形状引起的响应和由不连续引起的响应。 对于磁粉检测，方向尤为重要。当不连续大致横跨磁场方向时，最容易显示出来，因为不连续会阻断磁路并产生漏磁。与施加磁场平行的裂纹可能产生较弱或不完整的响应。当程序或验收标准要求覆盖不同方向的缺陷时，可能需要采用第二个磁化方向。 “线性”和“非线性”并不是仅凭痕迹看起来较长或较圆而作出的随意描述。ASTM A903/A903M 为钢铸件中这些类别的评定提供了控制性框架。检验人员必须采用指定版本中的定义、检测条件、记录规则和验收要求，而不得自行制定长度与宽度之比规则。不得假定存在通用的显示尺寸限制。允许的尺寸、间距、聚集形式和位置，取决于适用的 ASTM A903/A903M 版本，以及合同中引用的任何产品专用要求。 表面状态也会影响结果。氧化皮、油漆、油污、机加工痕迹、焊接飞溅和过度粗糙度，可能掩盖不连续或产生误导性响应。清理并非单纯的外观处理：它能使磁粉或渗透剂以受控方式与表面相互作用。在铸件上，磨削痕迹在目视检测下可能类似裂纹，而浅表的开放性缩孔特征可能滞留渗透剂并产生更强的显示。两者都不应仅凭外观予以接受或拒收。 ### ASTM A903/A903M 与钢铸件 ASTM A903/A903M 涉及采用磁粉和液体渗透方法对钢铸件进行表面检测。其适用范围使其不同于 ASTM E709-21 这类方法标准。ASTM E709-21 介绍了用于检测包括钢在内的铁磁性材料中裂纹及其他表面或近表面不连续的干法和湿法磁粉检测技术，并说明如何实施检测。ASTM A903/A903M 则提供面向铸件的验收准则和评定要求。 这种区别具有实际意义。ASTM E709-21 可以确定，在规定的磁化条件下，磁粉会以某种特定形态聚集。但仅凭该标准本身，不能确定铸件中的每一种此类形态都不可接受。ASTM A903/A903M、铸件图样以及控制性采购规范共同决定后续如何处理。 磁粉检测要求被检材料具有铁磁性。钢铸件被磁化后，施加干磁粉或湿磁粉悬浮液。磁粉会聚集在磁通从表面或近表面区域泄漏的位置，形成显示。该方法能够发现某些表面以下的不连续，但其响应会随深度增加而减弱，并取决于不连续的尺寸、方向、磁化强度和材料状态。因此，它不能作为射线检测、超声检测或目视检测的一般替代方法。 液体渗透检测的物理基础不同，并且既可用于非铁磁性材料，也可用于钢。渗透剂必须润湿表面，并进入与表面相通的不连续。去除多余渗透剂后，显像剂会将滞留的渗透剂重新吸引至表面，从而形成可见或荧光显示。封闭的内部不连续通常不会被检测到，无论其尺寸多大。表面清理、渗透时间、去除方法、显像剂状态、照明条件以及渗透检测系统的灵敏度，都会影响结果。 同一铸件采用这些方法可能得到不同的结果。磁粉可能对未与表面开口的近表面裂纹产生响应，而液体渗透检测可能显示出非常细小的开口裂纹，但该裂纹产生的漏磁不足以形成清晰的磁粉显示。相反，粗糙或多孔的铸件表面可能滞留渗透剂，形成弥散且难以解释的显示。方法的选择必须依据材料、表面状态、不连续类型、检测阶段以及所要求的验收等级确定。 #### 在处置前评估显示 1. **验证** 确认该响应真实存在，并非由几何形状、粗糙度、残留介质或其他伪象造成。 2. **分类** 记录相关显示属于线性、非线性、圆钝状、成群、间歇性，或属于规程规定的其他类型。 3. **测量** 确定验收规则所要求的尺寸、间距、位置、取向及其他参数。 4. **比较** 采用规定版本、产品要求、图样或合同准则。 5. **处置** 根据授权进行接受、修复并复验、拒收或提交工程评审。 ### 显示评定与自动拒收 显示是决策过程的起点，而不是终点。检验人员首先确认显示真实且相关，然后记录其形态和位置，最后将其与适用的验收准则进行比较。在程序允许的情况下，清理、轻微修整或重新检测可以帮助确定响应来自可去除的表面状态，还是来自持续存在的不连续。任何修理和复检要求都必须来自控制性规范，而不能依据非正式惯例。 因此，除非合同明确规定所检测到的状态为不可接受，否则自动拒收是不当的检验做法。看起来很长的显示可能是非相关显示。尺寸很小的显示，如果位于关键区域或代表裂纹，也可能不可接受。与孤立的圆形显示相比，成群出现的非线性显示和排列成线的非线性显示也可能适用不同的评定方式。必须查阅 ASTM A903/A903M，以确定适用的类别和验收规则；本文不规定数值尺寸限制，因为这些限制必须来自指定版本、产品规范、图样或合同要求。 报告应保留从检测方法到判定的完整链条：检测方法和技术、表面准备、设备或耗材、相关显示的位置、线性或非线性分类、处置结果，以及所采用的验收文件。该记录可以避免一种常见错误——只报告“MT 不合格”或“PT 不合格”，却不说明发现了什么显示，以及哪项要求使其不可接受。 在任一方法实施前后，目视检测仍然有用，但不能与这些方法相互替代。ISO 8785:1998 提供了表面缺陷的术语和参数，而 ASTM A802/A802M 涉及钢铸件的目视检测和表面验收标准。目视检测是直接观察可见不连续；磁粉检测和液体渗透检测则是观察检测介质产生的响应。检测方法、材料和验收标准必须保持相互关联。 方法选择应遵循实际检验问题和适用的质量要求。 | 检验问题 | 适用的方法或方法组 | |---|---| | 可接近的表面轮廓或可见不连续是否可接受？ | 目视检测 | | 铁磁性钢中是否存在表面或近表面不连续？ | 磁粉检测 | | 非多孔表面是否存在渗透剂能够进入的开口？ | 液体渗透检测 | | 是否需要评估焊缝内部完整性或体积状态？ | 检验计划规定的适当体积检测方法 | | 能否对移动中的扁平产品进行可重复光学特征筛查？ | 机器视觉或自动光学检测，随后依据标准进行处置 | ## 焊接钢材的无损检测方法选择 焊缝上的痕迹并不自动构成缺陷，检测指示也不自动意味着必须拒收。表面不连续是一种依据约定术语描述的特征；指示是由某种检测方法产生的响应；缺陷则是根据规定准则被判定为不可接受的不连续。失效机制又是另一回事：开裂、氢致断裂、疲劳扩展、腐蚀或脆性断裂描述的是构件可能丧失功能的方式。检测策划必须将这些类别区分开来。 ISO 17635:2025根据质量要求、材料、厚度、焊接工艺及其他条件，规定无损检测方法、技术、验收等级和检验范围的选择规则。 Strong evidence ISO 17635:2025 为焊接接头无损检测（NDT）方法、技术、验收等级和检测范围的选择提供了主要框架。其选择逻辑将检测方案与质量要求、材料、厚度、焊接工艺及其他条件联系起来。因此，方法选择属于设计和制造决策，而不是制造完成后才执行的最终检查清单。 ### ISO 17635:2025 下的方法选择 ISO 17635:2025 并未将某一种无损检测方法变成适用于所有情况的通用答案。每种方法都针对特定的物理特征作出响应，同时也存在检测盲区。当特征暴露且便于接近时，目视检测可以发现开放裂纹、咬边、不规则焊缝外形、电弧擦伤、可见气孔或对中不良。但不能仅仅因为焊缝表面看起来合格，就可靠地发现紧闭的近表面未熔合。 目视检测也不仅仅是未经辅助的随意观察。ASNT 将目视检测与普通肉眼检查区分开来：目视检测直接观察可见的不连续，而磁粉检测（MT）和渗透检测（PT）则观察由检测介质产生的指示。ISO 17637:2016 规定了金属材料熔焊接头的目视检测，也可应用于焊接前的检测。在接头准备、装配、清洁度和边缘状态可能影响成品焊缝的情况下，这种焊前应用具有重要意义。 MT 以磁性为基础。构件被磁化后，铁磁性颗粒会聚集在磁通从不连续处泄漏的位置。ASTM E709-21 涵盖了铁磁性材料（包括钢）表面和近表面不连续的干法和湿法磁粉检测技术。因此，MT 适用于能够被磁化的碳钢和低合金钢，但并非适用于所有合金或所有缺陷深度的通用解决方案。其响应还取决于磁场方向：与磁场平行的不连续可能产生较弱的指示，因此可能需要采用多个磁化方向。 PT 依靠渗透剂进入贯穿表面的不连续处，然后在显像剂的作用下被吸出。它可用于许多非多孔材料，包括钢材，但只能检测向表面开口的缺陷。油漆、氧化皮、油污、粗糙度、清洁不充分或不适宜的表面状态都可能掩盖或扭曲检测结果。因此，PT 和 MT 并不能仅仅因为都能发现裂纹就相互替代。 当关注点是焊缝内部几何形状或不连续含量时，ISO 17635:2025 更广泛的决策过程还可能要求进行体积检测或其他检测。所提供的标准为选择此类方法建立了框架，但并不能据此将射线检测（RT）或超声检测（UT）视为表面检测的自动替代方法。合理的方案应说明所针对的缺陷群体、能够对其作出物理响应的方法，以及用于覆盖剩余风险的其他方法。 机器视觉也应纳入同样严谨的框架。一篇发表于 2023 年、题为 *基于机器视觉的钢铁产品表面缺陷检测综述* 的综述指出，目前尚不存在用于定义和分类钢材表面缺陷的统一标准，并将基于摄像机的光学检测确定为机器视觉系统的关键组成部分。奥卢大学 2021 年的一篇学位论文介绍了用于检测和分类钢板产品缺陷的自动化光学检测。这些系统可以提高重复性并改善记录保存，但图像分类本身并不是验收判定。缺陷词汇、照明、校准、分辨率、表面状态以及适用的验收标准，仍然决定着检测结果的含义。 ### 材料、厚度、工艺和质量要求 材料是实际选择中的第一道筛选条件。MT 要求钢材具有铁磁性，并可能受到磁导率、几何形状、剩磁和磁场强度的影响。PT 不要求磁化，但要求表面足够清洁、无孔，并且不连续必须延伸至该表面。目视检测则要求具备视线、充足的照明、可达性，以及能够使相关特征显现的表面状态。 厚度会改变检测问题。薄焊缝可能便于直接观察外形或贯穿表面的裂纹，但留给内部不连续的体积很小。厚接头则可能隐藏表面方法无法到达的平面型或体积型不连续。因此，方法选择应依据可能的缺陷几何形态，而不是检测便利性：对于暴露或近表面特征，采用表面检测方法；当内部致密性属于要求的一部分时，则采用适当的体积检测方法。 焊接工艺会改变预期的不连续类型。气孔、与熔渣有关的特征、未熔合、未焊透、弧坑裂纹、凝固裂纹、氢致裂纹、余高过大和咬边，其几何形态或位置并不相同。接头设计、焊接位置、热输入、保护条件、焊接材料、预热、层间温度和拘束度也会影响风险。已知某种工艺会产生表面开口裂纹风险时，可能需要先进行 VT，再进行 MT 或 PT；而对于与内部未熔合相关的工艺和接头构型，则可能需要能够检测焊缝体积的方法。 在选择检测方法之前，必须明确质量要求。ISO 17635:2025 将无损检测选择与规定的焊缝质量等级及适用的验收等级联系起来。高后果压力边界、对疲劳敏感的连接件、起重构件和承受较小载荷的结构连接，可能不需要完全相同的检测策略。这种差异并不意味着可以非正式地降低要求，而是意味着设计主管部门、产品规范、焊接标准和检测计划必须明确适用的质量依据和验收依据。 术语也会影响决策。ISO 8785:1998 对表面不连续的术语、定义和参数作出了规定，包括允许的不连续及其测量方法。缺乏统一术语时，检测人员可能不一致地记录“裂纹”“线状痕迹”“痕迹”或“指示”，从而使其与验收标准的比较失去可靠性。 ### 检测范围和验收等级 检测范围回答的是应检查多少焊缝：全部焊缝长度、选定部位、特定区域，还是由初始发现结果触发对其他区域进行检测。它与方法能力是两个不同的问题。一种方法能够检测相关指示，并不能证明未检测的焊缝长度是合格的。 方案应明确焊缝类别、位置、检测时机、方法顺序、可达性限制和升级规则。VT 通常用于装配过程中、规范规定的焊接过程中以及焊接完成后。MT 或 PT 可以在表面处理后进行，也可能在打磨或修复后重复进行。如果发现相关指示，方案应规定是否需要对相邻焊缝长度、相互关联的焊缝或全部焊缝群体进行追加检测。 验收准则适用于指示，而不是模糊的视觉印象。例如，ASTM A903/A903M 规定了采用 MT 或 PT 检测钢铸件时的表面验收准则，并要求评定相关的线性和非线性指示。ASTM A802-19 涵盖钢铸件的目视检测和表面验收标准。除非适用的规范明确引用这些铸件标准，否则不应将其照搬到焊接接头上。 焊缝通过 VT 后，仍可能需要进行 MT、PT、RT 或 UT，因为这些方法针对不同的缺陷群体。反过来，记录的 MT 指示也可能是不相关指示、可清除的表面污染，或由几何形状产生的响应，而不是必须拒收的裂纹。检测人员必须根据规定的验收等级，对指示进行表征、测量和评定。 #### 协调使用互补方法 在选择互补的无损检测方法之前，应明确失效关注点、材料、焊接工艺、厚度、可达性、检验范围和验收准则。 正确的方法是开展协调一致的检测：明确失效关注点，识别材料和焊接工艺，考虑厚度和可达性，依据 ISO 17635:2025 选择互补方法，确定检测范围，并在检测开始前明确验收准则。单一检测很少能够回答所有问题。可辩护的检测结果来自将每种方法与焊缝能够从物理上显现的特征相匹配。 机器视觉将光学检测与分类和验收区分开来。 | 机器视觉阶段 | 输出 | |---|---| | 图像采集 | 代表表面反射光或透射光的像素 | | 预处理 | 经过校正、归一化或降噪的图像 | | 定位或分割 | 候选像素、区域或坐标 | | 特征提取 | 长度、宽度、面积、取向、纹理、对比度或位置 | | 分类 | 诸如划痕、凹坑、氧化皮、夹杂物或污渍之类的标签 | | 处置 | 基于标准的决定或提交后续检验 | ## 钢材的机器视觉与自动光学检测 机器视觉**机器视觉** 一种基于摄像机的检验系统，用于采集表面图像，并利用图像处理或分类规则定位和分类光学特征。 机器视觉为生产线提供了一种可重复记录和评估钢材表面的方法，但它并不会将每一个被记录的痕迹都转化为可判废的缺陷。摄像机捕捉反射光或透射光；软件随后识别图像中的模式。其结果是一种光学指示，其意义取决于产品规范、检测阶段和验收规则。 自动光学检测能够检测并分类扁平钢材产品上的缺陷。 Limited evidence 这一点对于扁平产品尤为重要。带钢、钢板和厚板可以高速通过摄像机，而其大面积表面可能含有氧化皮、润滑剂、轧辊印、污斑、划痕、麻点、夹杂性条状缺陷以及其他不规则特征。奥卢大学的学位论文（2021年）将自动光学检测描述为一种用于检测和分类扁平钢材产品缺陷的方法。机器视觉综述 *Review of Surface Defect Detection of Steel Products Based on Machine Vision*（2023年）指出，基于摄像机的光学检测是此类系统的关键组成部分，同时也说明目前不存在用于定义和分类钢材表面缺陷的统一标准。 缺乏通用术语并不只是一个次要的文档问题。在一个数据集中，可见线条可能被称为划痕；在另一个数据集中，可能被称为轧入氧化皮缺陷；在第三个数据集中，则可能被称为表面裂纹。这些标签意味着不同的成因、尺寸和验收决定。 ![钢材表面缺陷及检验方法](/images/uploads/c640f4a7-a579-48c1-880e-a49ce4626df2/wiki-inline-a-line-scan-machine-vision-station-imaging-a-moving-flat-steel-strip-under-contr-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/c640f4a7-a579-48c1-880e-a49ce4626df2/wiki-inline-a-line-scan-machine-vision-station-imaging-a-moving-flat-steel-strip-under-contr-1920x1094.avif "放大图片 — 钢材表面缺陷及检验方法")Machine vision records optical features; acceptance still depends on defined criteria. ### 摄像机、照明与图像采集 图像采集是分割、特征提取或分类之前的第一项技术环节。系统必须形成移动钢材表面的可用图像，并保留与目标指示相关的视觉对比度。高像素分辨率的摄像机无法弥补会遮蔽相关几何特征的照明条件。 线阵摄像机常用于连续带钢生产线，因为随着产品在摄像机下方移动，摄像机会逐条横向扫描并逐步构建图像。其采集时序必须与生产线速度相匹配。如果采集速度过慢，图像会被拉伸或出现间隙；如果过快，则可能对同一表面区域进行低效采样。面阵摄像机捕捉矩形画面，可能适用于静止钢板、切割段或速度较低的检测区域；但对于大面积移动表面，可能需要多台摄像机以及精确的图像拼接。 照明决定了什么会“可见”。漫射光可以减少抛光钢材或高亮钢材的眩光，并显现反射率的整体变化。低角度照明或暗场照明会使浅脊、沟槽和凸起颗粒产生更明显的强度变化。同轴照明有助于检测相对平坦的表面，而背光则突出轮廓和贯穿厚度的孔洞，而不是表面纹理。红外、紫外或多光谱配置可能有助于区分在可见光下外观相似的化合物或残留物，但它们不会自动确定缺陷的冶金成因。 钢材尤其难以成像，因为其反射率会随表面状态、氧化程度、粗糙度、曲率和污染情况而变化。氧化皮斑块的散射光可能不同于裸露金属；冷却液可能形成明亮条纹；当照明方向与表面平行时，浅凹陷可能会消失。因此，摄像机曝光、镜头角度、偏振、工作距离、振动和镜头污染都会成为检测结果的一部分。表面氧化皮状态或生产速度的变化，可能改变同一实际特征的表观尺寸和对比度。 光学检测还存在物理边界。摄像机记录的是表面外观，而不是磁通泄漏或渗透剂聚集。ASTM E709-21涵盖铁磁性材料（包括钢材）表面及近表面不连续性的干法和湿法磁粉检测技术。在该方法中，磁化会产生漏磁场，铁磁性磁粉会聚集在漏磁场处。液体渗透检测同样依赖渗透剂进入并随后从贯穿表面的不连续性中渗出。机器视觉可以观察到裂纹开口、污斑或颗粒沉积，但它不会仅仅因为生成了更清晰的图像，就重现上述任何一种检测。 同样的原则也适用于目视检测。ASNT将目视检测与普通肉眼检查区分开来，因为目视检测是在规定方法下直接观察可见不连续性，而磁粉检测和液体渗透检测观察的是由检测介质产生的指示。ISO 17637:2016规定了金属材料熔焊接头的目视检测，也可适用于焊接前的检测。这些标准并未使摄像机图像等同于其他所有无损检测方法。 ### 检测与分类 自动光学系统通常会执行多项不同操作。图像采集记录像素。预处理可以校正不均匀照明、抑制噪声或归一化亮度。分割或定位会识别与周围表面不同的像素、区域或坐标。特征提取则将这些区域转换为可测量属性，例如长度、宽度、面积、方向、边缘清晰度、纹理、灰度变化或在带钢宽度方向上的位置。分类随后为其分配类别，例如划痕、麻点、氧化皮、夹杂物或污斑。 检测与分类回答的是不同问题。检测所问的是：“异常图像模式位于何处？”分类所问的是：“应为该模式分配什么标签？”系统可以准确定位一处狭窄指示，却将其成因判定错误。它也可能正确分类一处面积较大且明显的污斑，却因图像对比度不足而漏检一道微弱裂纹。因此，报告中的检测结果不应被视为系统已经识别出冶金失效机制的证明。 即使完成分类，指示与可判废缺陷之间的区别仍然至关重要。ISO 8785:1998规定了表面不完善的术语、定义和参数，包括允许的不完善以及测量方法。机器视觉模型可能将某个区域标记为“划痕”，但相关产品标准可能允许深度、长度或密度低于规定限值的划痕。相反，如果适用的验收准则将其视为重要特征，一处较小的线性指示也可能需要进一步检查。 对于钢铸件，ASTM A802-19涉及目视检查和表面验收标准。ASTM A903/A903M规定了采用磁粉检测或液体渗透检测检查钢铸件时的表面验收准则，并要求评估相关的线性和非线性指示。这些准则不能从通用图像分类器中推断出来。它们要求有明确的检测方法、评估规则和针对具体产品的判定。 有用的机器视觉装置仍然可以支持这些决定。它可以触发标记、记录用于打磨或取样的位置、测量表面状态的范围，或将可疑材料分流至由合格人员实施的后续检测。它不应在不加说明的情况下取代验收标准。对于焊缝，ISO 17635:2025根据质量要求、材料、厚度、焊接工艺和其他条件，规定了无损检测方法、技术、验收等级和检测范围的选择规则。所选方法应由检测问题决定；摄像机并不自动是正确答案。 ### 数据集和术语为何会影响报告的性能 只有在测试条件和标签明确的情况下，机器视觉研究中的性能指标才具有实际意义。2023年综述关于不存在用于定义和分类钢材表面缺陷的统一标准的论述，解释了为什么两个系统在检测相似材料时可能报告不同结果。一个系统可能将氧化皮视为缺陷类别；另一个系统则可能在预处理中删除与氧化皮相关的图像。一个系统可能将每个相连区域分别标记；另一个系统则可能将相邻痕迹合并为一个事件。 类别不平衡会造成另一个问题。罕见缺陷在运行层面可能最为重要，但它们在数据集中只占少量图像。模型可能通过识别常见污斑和轧辊印而表现出较高成功率，同时却无法识别少见的裂纹或夹杂性条状缺陷。随机划分图像还可能导致同一卷钢材中的几乎相同画面同时出现在训练集和测试集中，从而使性能看起来高于其在不同炉次、表面状态、摄像机配置或生产批次上的实际表现。 照明、反射率、表面氧化皮和生产线速度都会改变数据分布。在亚光热轧带钢上训练的模型，可能无法迁移到高亮冷轧钢板上。由一名检验员分配的标签可能反映的是视觉印象，而非经验证的成因。如果数据集没有记录产品牌号、表面状态、厚度、摄像机布置、照明条件、速度和检测阶段，后续比较就会失去有用的背景信息。 因此，可信的评估应报告评分所采用的单位：像素、缺陷区域、图像、带钢长度或钢卷。评估应将定位与分类分开，并说明如何处理临界指示。最重要的是，标签应与有文件依据的验收准则相联系，而不是将每一个异常都视为自动判废。机器视觉是一种测量和决策支持系统。其价值不仅取决于图像采集后所应用的算法，同样取决于受控的采集过程和严谨的术语体系。 #### 规划问题 - **可见性** 能否在可接近表面上看到或测量该特征？ - **表面开口** 该特征是否贯穿至表面？ - **磁响应** 在铁磁性钢中，该特征是否足够接近表面以扰动磁场？ - **几何形状** 曲率、可达性、涂层或截面变化是否会妨碍可靠覆盖？ - **验收依据** 适用标准是否要求评估该显示？ ## 按产品形态和制造阶段制定检测计划 检验规划应从产品的几何形状以及形成其表面的制造工序开始。轧制带材上的一条暗线、铸件上的一个空腔，以及焊缝旁的一道沟槽，在照片中可能看起来相似，但它们并不构成相同的检验问题。可达性、表面状况、磁响应、照明、涂层、曲率以及所要求的验收标准，都会影响检验结果。 术语必须保持受控。ISO 8785:1998规定了表面不完善的术语、定义和参数，但并未声明每一种不完善都不可接受。检验方法会产生观察结果或显示。适用的产品标准或制造标准随后决定该显示是否具有相关性、是否超出验收准则，以及是否构成必须拒收的缺陷。失效机制则是更进一步的概念：缺陷可能导致开裂、疲劳起始、泄漏、断裂或截面损失，但检验结果本身并不是失效机制。 在每个阶段，所要解决的物理问题都会发生变化： - 能否在可接近的表面上看到或测量该特征？ - 它是否贯穿至表面？ - 它是否足够靠近表面，以至于会扰动磁场？ - 几何形状是否妨碍可靠覆盖？ - 适用标准是否要求对该显示进行评定？ 应根据所要回答的问题选择方法，而不是因为某种方法熟悉，或因为一个可见标记已经被称为“缺陷”。 ### 平面产品和连续表面 板材、钢板、带材及其他宽幅轧制表面等平面产品，具有相对连续的检验区域。这有利于采用光学检验，前提是表面可接近，并且特征与周围钢材之间具有足够的对比度。直接目视检测可以识别可见的不连续、腐蚀、污染、表面光洁度变化、污渍、折叠、擦伤或明显的机械损伤。ASM的*《金属手册》*将目视检验视为一种用于检测此类表面缺陷的无损检测方法。 光学检验可以由检验员进行，也可以由基于摄像机的系统完成。机器视觉尤其适用于连续产品，因为摄像机可以反复观察移动表面，同时由软件记录位置、长度、宽度、对比度和分布情况。2023年的综述《基于机器视觉的钢铁产品表面缺陷检测综述》指出，目前尚不存在用于定义和分类钢材表面缺陷的统一标准。这一局限十分重要：摄像机可以根据其训练结果或预设规则对图案进行分类，但分类并不等同于验收。芬兰奥卢大学于2021年发表的一篇学位论文介绍了用于检测和分类平面钢铁产品缺陷的自动光学检验，但检测出的类别仍必须与相关产品规范建立对应关系。 照明和表面准备是检验方法的一部分，而不是次要细节。眩光可能掩盖浅凹陷；氧化皮可能类似裂纹；油污可能遮蔽表面开口；粗糙的轧制表面可能产生假边缘。检验计划应规定观察距离、照度、扫描速度、表面清洁度、摄像机位置，以及在这些因素影响检测能力时的最小可报告尺寸。 目视或光学检验能够回答“该特征是否可见？”但无法可靠回答：一条线是否在氧化皮下贯穿至表面，或在表面看似完好的情况下，其下方是否存在次表面不连续。对于铁磁性钢材，当不连续位于表面或近表面时，磁粉检测可以回答第二个问题。ASTM E709-21涵盖了用于检测包括钢材在内的铁磁性材料中裂纹及其他表面或近表面不连续的干法和湿法磁粉技术。磁化会在不连续处形成磁通泄漏场，磁粉则会聚集在该磁场处。因此，该方法取决于适当的磁化方向、磁粉的可见性、表面状况和可达性。它不能替代对移动带材每一平方米进行的光学检验，也不能显示所有内部不连续。 ### 钢铸件和复杂几何形状 铸件的曲面、凹槽、筋板、圆角、截面变化、分型线以及难以到达的表面，会改变检验问题。目视检查可能发现凸起区域、类似冷隔的线状痕迹、开放的缩孔、粘砂或机加工损伤，但阴影和不规则纹理可能遮蔽这些特征。检验计划应将铸件划分为可接近区域和受限区域，并明确检验是在铸态、清理后、打磨后还是机加工状态下进行。 ASTM A802-19是关于钢铸件目视检验及表面验收标准的一项标准实施规程。该标准涉及铸件表面的目视评定，检验人员必须区分允许的表面状态与需要进一步检验的显示。随后，可根据材料、表面状态、几何形状和所需灵敏度，对目视可疑区域进行磁粉检测或渗透检测。 当所关注的是表面或近表面不连续时，磁粉检测适用于铁磁性钢材。它对裂纹及其他会中断磁场的特征较为敏感，但其灵敏度取决于磁场方向。与施加磁场平行的不连续可能产生较弱的漏磁，除非沿另一方向对部件进行磁化，否则可能被漏检。复杂几何形状还可能在截面突变处、键槽、边缘或磁极处形成非相关磁粉聚集图样。 渗透检测所要回答的是另一个问题：不连续是否开口于表面，并允许渗透剂进入？该方法可用于铁磁性或非铁磁性材料，并适用于机加工区域，或适用于不宜采用磁粉检测的几何形状。它无法揭示完全位于次表面的不连续；过度粗糙、多孔、污物、残留渗透剂或清除不充分，也可能遮蔽显示或形成类似显示。渗透检测显示是由检测介质产生的，并不是对整个不连续的直接成像。 对于钢铸件，ASTM A903/A903M规定了磁粉检测或渗透检测的表面验收准则，并要求对相关线性显示和非线性显示进行评定。这一表述十分重要。检验人员不会自动拒收每一个磁粉聚集或渗透剂渗出。必须依据规定的程序解释该显示，按照其形态和尺寸进行分类，并与验收要求进行比较。最终决定由铸件标准控制。 机加工也会改变可达性和暴露状态。隐藏在加工余量下的不连续，可能在去除材料后变成贯穿表面的不连续。反之，打磨可能去除浅表显示，或使金属涂抹并覆盖开口。因此，检验时间安排应与制造工序相关联；当标准要求时，在重大修补或机加工后应重新检验。 ### 焊接部件、修补和最终检验 焊接检验应在焊接前开始。接头准备、坡口角度、钝边、对准、清洁度、定位焊以及组对状态，可能暴露出一些状况，而这些状况随后会发展为未熔合、未焊透、裂纹或不可接受的焊缝外形。ISO 17637:2016规定了金属材料熔焊接头的目视检测，也可用于焊接前接头的目视检测。焊前检验并不是行政性文书工作；它所要确认的是，接头是否处于能够实施预期焊接的状态。 焊接过程中，目视检查可以识别弧击、余高过大、咬边、焊瘤、弧坑损伤、变形、飞溅和可见裂纹。层间检验可以在后续焊层将不连续遮蔽之前发现它们。对于修补，在去除缺陷材料之后、填充替代焊缝金属之前，必须对挖除区域进行检验。如果此时未对修补区域进行清理和检验，工艺可能只是将原有问题埋在内部。 焊接后，目视检测应检查成品表面、焊缝轮廓、与母材的过渡部位、端部区域以及邻近的热影响区。ASNT将目视检测与普通肉眼检查区分开来：目视检测直接观察可见的不连续，而磁粉检测和渗透检测则观察由检测介质产生的显示。这一区分可以避免一种常见错误——因为最终结果由检验人员观察，就把所有无损检测都称为“目视”检测。 磁粉检测可以对铁磁性焊接部件进行表面和近表面不连续检验，包括焊趾、弧坑区域和修补区域的裂纹。当磁粉检测不适用，或检验程序规定采用渗透检测时，渗透检测可以检查贯穿表面的缺陷。任何一种方法都不能自动证明焊缝在整个厚度范围内的完整性。当所要解决的物理问题涉及内部未熔合、体积型不连续或表面下方的平面型缺陷时，可能需要采用射线检测或超声检测。 ISO 17635:2025 规定了根据质量要求、材料、厚度、焊接工艺及其他条件选择焊缝无损检测（NDT）方法、技术、验收等级和检测范围的规则。因此，最终的检验计划应说明焊缝类别、检验阶段、覆盖范围、方法、技术、报告阈值和验收等级。经评定后，一条可见线可能是可接受的，而一个微弱的磁粉检测显示可能需要拒收。差异源于几何形状、检测方法的响应以及适用准则，而不仅仅是外观。 可辩护的评估应将观察、表征和处置区分开来。 | 步骤 | 所需行动 | |---|---| | 描述并保留 | 在改变该区域之前，确定产品形态、材料、阶段、位置、尺寸、取向和表面状态。 | | 选择确认方法 | 根据疑似几何形状和材料，选择目视、磁粉、渗透、光学或其他方法。 | | 表征结果 | 记录方法、技术、显示形式、尺寸、位置、取向和相关性。 | | 与适用要求比较 | 采用产品规范、图样、焊接规范、铸造标准、修复规程或服役计划。 | | 处置和追溯 | 接受、拒收、修复、复验或提交工程评审；保存完整记录。 | ## 评估疑似表面缺陷的实用工作流程 一条暗线、一道浅槽、一片隆起的氧化皮或一个孤立的凹坑，并不一定是裂纹。首先应将可见特征视为**表面不连续**，或视为需要调查的现象。只有在某种检测方法显示或确认该特征后，它才成为**检测显示**。当该显示超过适用的验收准则时，才构成**缺陷**。失效机制则是关于原因的另一项结论，例如疲劳、氢致开裂、层状撕裂、腐蚀或凝固收缩。 这一顺序非常重要。ISO 8785:1998 为表面不连续规定了术语、定义、参数、允许的不连续和测量方法，但并不意味着每一种不连续都不可接受。产品形态、材料牌号、制造路线、检验阶段以及控制性规范共同决定最终判定。 ### 描述并保留现状 首先确定被检对象。记录该对象属于钢板、薄板、棒材、管材、锻件、铸件、焊缝还是机加工部件。尽可能记录材料 designation 以及炉批号或批次标识，例如 ASTM A36 钢板、ASTM A516/A516M Grade 70 压力容器钢板、EN 10025-2 S355JR 结构钢，或按 ASTM A216/A216M Grade WCB 供货的铸件。适用标准可能随产品形态而变化。铸件验收规则不能自动用于轧制钢板，焊缝验收等级也不能自动用于母材。 确定检验阶段。在焊接前发现的特征，与在完整焊缝中、成形后、热处理后或服役期间发现的特征，处理方式可能不同。ISO 17637:2016 规定了金属材料熔焊接头的目视检测，也允许在焊接前进行目视检测。对于焊缝检验，ISO 17635:2025 将方法选择、技术、验收等级和检测范围与质量要求、材料、厚度、焊接工艺及相关条件联系起来。在选择检测方法前，应先明确这些条件。 在记录现状之前，不要打磨、钢丝刷清理、抛光、覆盖焊接或以其他方式改变该区域。上述操作可能会去除判断该痕迹究竟是裂纹、折叠、搬运划伤、嵌入的氧化皮还是机加工痕迹所需的证据。如确需清洁，应采用受控方法，在不改变几何形状的情况下去除油污、松散污物和腐蚀产物。记录清洁方法；在可行时，应分别拍摄清洁前后的状态。 拍照时使用比例尺、尺寸参照物和一致的照明条件。以可识别的基准点标记该特征的位置，例如钢板边缘、焊趾、铸件基准或部件端部。记录其相对于轧制方向、焊缝轴线、主应力方向或铸件几何形状的取向。测量长度、最大可见宽度、在不造成损伤的情况下可测得的深度、平行特征之间的间距以及受影响区域。记录其是否为直线状、分支状、弯曲状、间断状、成簇状，是否与焊缝对齐，或是否伴有凹坑或局部截面损失。 外观可以帮助确定下一步，但不能据此确定其性质。一条边缘锐利、连续且带有暗色开口的线可能贯穿至表面。平滑的凹陷可能是轧入痕迹或局部机械损伤。紧密的特征可能在表面闭合，但在表面下方仍然延伸。记录氧化、变色、隆起的边缘、擦抹状金属，以及其与氧化皮或涂层的关系。 因此，第一个技术问题是几何问题：该特征是与表面相通，还是仅因对比度而可见，或者可能位于近表面但在表面闭合？第二个问题取决于材料：钢材是否具有铁磁性，以及表面状态是否适合预定方法？ ### 选择确认性检测方法 当特征可见，且可达性、照明、清洁度和表面状态均满足要求时，目视检测是起点。目视检测并非未经辅助的随意查看。ASNT 将目视检测与普通肉眼检查区分开来：目视检测是在规定条件下直接观察可见不连续，而磁粉检测和液体渗透检测则是观察由检测介质产生的显示。放大镜、照明设备、量规、反射镜、照相机以及形成文件的程序，都可以作为目视检测的一部分。 对于焊缝，应采用适用的目视检测程序和验收等级，而不是泛化的车间检查。ISO 17637:2016 涉及熔焊接头，包括焊接前的检验。对于钢铸件，ASTM A802-19 涉及目视检验和表面验收标准。相机图像有助于定位和测量特征，尤其适用于平面产品，但机器视觉并不是普遍适用的分类权威。2023 年的综述《Review of Surface Defect Detection of Steel Products Based on Machine Vision》指出，目前尚无用于定义和分类钢材表面缺陷的统一标准。2021 年奥卢大学的一篇论文介绍了用于检测和分类扁平钢材产品缺陷的自动光学检测，但该方法仍需要明确的缺陷目录和验收规则。 当部件具有铁磁性，且关注的是贯穿表面或近表面不连续时，磁粉检测是适用的。ASTM E709-21 涵盖包括钢材在内的铁磁性材料的干法和湿法技术。部件被磁化后，当磁通泄漏表明存在不连续时，磁粉会在相应位置聚集。所得结果是检测显示，而不是实际裂纹的照片。磁粉聚集会受到磁场方向、磁场强度、表面粗糙度、涂层、几何形状以及邻近磁场的影响。单一磁化方向可能漏检相对于磁场方向不利的不连续，因此书面程序可能要求采用多个方向进行检测。 对于渗透剂能够进入开口的材料和几何形状，液体渗透检测适用于表面开口型不连续。对于完全位于表面下方的特征，该方法不能可靠地显示。表面预处理、渗透时间、多余渗透剂的去除、显像剂的施加、温度和照明都会影响显示。气孔、粗糙表面、擦抹状金属以及开口接缝都可能产生令人困惑的图案。渗透检测也不能仅根据显示长度或亮度确定深度。 应根据疑似几何形状而不是便利性选择方法。目视检测可能足以确定某处是轧入痕迹或沟槽。磁粉检测可以检查铁磁性钢制焊缝焊趾处的紧密型表面或近表面不连续。渗透检测可以确认非磁性嵌件上的开口裂纹状线，或经过适当准备的钢材表面上的此类特征。如果检测结果将影响结构处置，而几何形状仍不确定，则可能需要依据控制性程序进行补充检测或剖切检查。 ### 将结果与控制性要求进行比较 检测完成后，应在不过度推断的前提下描述所发现的情况。说明检测方法、设备或耗材、表面准备、检测方向、相关显示尺寸、位置、取向，以及显示是线性、圆形、成簇、间断还是非相关。“线性显示”是检测描述，本身并不能证明存在冶金裂纹。 然后确定控制性要求。它可能来自产品规范、采购或制造规范、图纸、焊接规范、铸件标准、修理程序或在役检查计划。ASTM A903/A903M 规定了采用磁粉检测或液体渗透检测对钢铸件进行检验时的表面验收准则，并要求评定相关线性和非线性显示。这些准则不能自动转用于钢板、锻件或焊缝。ASTM A802-19 同样涉及钢铸件的目视检验和验收标准，而不是适用于所有钢制产品。 应进行同类比较：将检测方法与要求中指定的方法进行比较，将显示类型与规定的类别进行比较，并将测量尺寸与明确规定的限值进行比较。确认准则是适用于所有表面，还是仅适用于规定区域；确认孤立显示和成排显示是否区别处理；并确认是否允许打磨或修理。同时核实规定的检测范围；一个位置的满意结果不能证明未检测长度均合格。 应将三项决定分开。**诊断**是判断可见特征可能是什么。**表征**是记录所选检测实际证明了什么。**处置**则是依据控制性要求决定接受、拒收、修理、复检或寻求工程评审。如果证据仅支持“线性磁粉检测显示”这一表述，就应使用该措辞。只有当检测结果、冶金证据或经授权的工程调查支持这一结论时，才应将其称为裂纹。 ## 报告、可追溯性与验收决策 检验报告并不仅仅是说明某个表面“通过”或“未通过”。它是物理观察结果、产生该结果的方法，以及用于判定该结果的要求之间的纽带。没有这一纽带，后续审查人员就无法确定报告中的特征究竟是表面不完美、检测显示、不可接受的缺陷，还是失效机制的证据。 ### 检验记录应明确的内容 记录首先应明确受检对象：部件号或产品号、适用时的炉号或浇注号、图样标识或焊缝标识、材料牌号以及相关尺寸。焊缝报告应明确接头、焊缝编号、必要时的焊接工艺以及检验范围。铸件报告应将铸件与相邻部件或修补焊缝区分开来。部件离开检验区域后，仍必须能够实现可追溯。 位置同样需要精确。“法兰上有缺陷”属于证据不足的表述。有用的描述应给出检验面或侧面、基准或焊缝参考点、距已知特征的距离、方向以及检验区域。对于大型钢板、承压部件和复杂铸件，可能需要草图、网格坐标、坐标值或标注图样。如果观察对象与焊缝有关，在能够确定的情况下，报告应说明其位于焊缝金属、熔合边界、热影响区还是母材中。 表面状态会影响可见内容以及检测能够揭示的内容。因此，报告应记录该区域是否处于轧制态、机加工态、打磨态、喷砂态、涂漆态、涂覆态、氧化态、潮湿状态、污染状态，或受到其他遮挡。ISO 17637:2016规定了金属材料熔焊接头的目视检测，也允许在焊接前进行目视检测。检测时机十分重要：坡口在焊接前可能是可接受的，但在后续焊缝金属下方可能掩盖制备裂纹；而油漆可能妨碍直接目视观察，或干扰渗透检测。 必须明确说明所采用的方法和技术，不能含糊其辞。“已完成无损检测”在技术上几乎没有价值。报告应明确采用的是目视检测、液体渗透检测、磁粉检测还是机器视觉检测，并注明适用的程序及其修订版。对于目视检测，应在有要求时记录照明条件或照度、观察距离、光学辅助 उपकरण、表面准备情况以及可达性。对于磁粉检测，应明确湿法或干法磁粉、可见磁粉或荧光磁粉、磁化技术及方向、规定情况下的磁场强度或验证方法，以及设备标识。ASTM E709-21涵盖铁磁性材料（包括钢）表面及近表面不连续性的干法和湿法磁粉检测技术；当磁通泄漏标示出不连续性时，磁粉会聚集于该处。这种物理响应不能与直接观察等同。 对于渗透检测，记录应明确渗透剂系统、清洗剂和显像剂、渗透时间、去除方法、检测照明条件，以及所用系统是着色渗透系统还是荧光渗透系统。对于自动光学检测，应明确摄像机或传感器配置、分辨率、照明条件、软件或模型版本、校准状态以及所观察的产品表面。2021年奥卢大学的一篇学位论文介绍了用于检测和分类扁平钢材产品缺陷的自动光学检测，但自动生成的标签仍然需要有明确的分类规则和验收规则。 应记录检验人员的姓名或身份标识、规定情况下的资格或授权、检验日期和时间、具有影响时的环境条件，以及设备或检测介质的批次。还应包括校准状态或功能检查状态。只注明仪器而未注明其状态的报告，会使测量结果的可靠性存在不确定性。对于荧光磁粉检测介质也是如此：如果程序要求进行相关控制，却未说明其批次、浓度或运行检查情况，同样会留下疑问。 #### 报告术语 表面不完美 偏离理想几何形状的特征或情况，不一定有害或必须拒收。 显示 在规定检验方法过程中观察到的响应。 相关显示 判定为由不连续而非检验伪象导致的显示。 缺陷 根据规定要求判定为不可接受的状态。 处置 经授权作出的接受、拒收、修复、复验或寻求工程评审的决定。 ### 显示术语与摄影证据 术语应保持从观察到决策的先后顺序。ISO 8785:1998规定了表面不完美的术语、定义和参数。不完美是某种特征或偏离理想几何形状的情况；它并不自动有害，也不自动意味着应拒收。显示是检测过程中产生或观察到的响应。例如，在磁粉检测中，磁粉聚集是一种显示；在渗透检测中，渗出显示是一种显示。在目视检测中，可以直接描述所观察到的痕迹，而不必称其为缺陷。 缺陷是根据规定要求判定为不可接受的不完美或不连续性。适用文件可能会对显示的长度、深度、间距、面积、排列或数量规定限值。例如，ASTM A903/A903M规定了采用磁粉检测或液体渗透检测对钢铸件进行检验时的表面验收准则，并要求评定相关的线性显示和非线性显示。ASTM A802-19涉及钢铸件的目视检验和表面验收标准。报告应引用或明确标识所采用的条款、表格、图样注释、采购规范或焊缝质量等级。“不符合标准”不能代替实际判定准则。 必须谨慎描述形状。应记录显示是线性的、圆形的、间断的、成簇的、成一直线排列的、分叉的还是弥散的，并说明其分类是否为暂定分类。测量时应给出长度、宽度、间距和方向；只有在采用有效方法测得深度时，才应报告深度。不要将模糊的目视印象转换成精确尺寸。照片可以作为记录的支持证据，但不能代替测量结果或验收条款。 照片应显示整个部件的参考信息、局部区域，以及带有比例尺、方向标记和显示标识的近景。照明和对比度应使该特征能够被重复识别，而不应仅仅追求视觉冲击。对于荧光检测方法，应保留相关的成像条件，并说明照片显示的是实际显示、清洁后的表面，还是后处理后的图像。在实际可行时，数字图像应保留原始文件和元数据。机器视觉图像还需要保留阈值或分类输出，而不能只有一张裁剪后的缺陷图片。 报告必须将“观察到显示”与“接受”或“拒收”区分开来。ASNT将目视检测与普通肉眼检查区分开来：目视检测直接观察可见的不连续性，而磁粉检测和液体渗透检测则观察由检测介质产生的显示。一条可见线痕与一个磁粉显示，可能对应同一条裂纹，也可能对应两个不同的特征，或者仅仅是一个非相关响应。检验人员首先记录响应；随后由评定确定其相关性；最终由负责人员依据规定标准作出验收决定。 ### 修理、复检与未解决的发现 修理会改变证据。打磨可能去除从表面开口的显示、扩大检验区域、改变局部几何形状，并留下类似于新不连续性的划痕。焊缝挖除会暴露新鲜金属，但也可能引入热影响区裂纹、咬边、气孔或残留污染。喷砂、机加工、溶剂清洗和涂覆均可能改变表面状态和检测灵敏度。 因此，修理区域不能通过删除原始报告来判定合格。原始显示、处置结论、修理方法、修理位置以及负责授权人员均应保持可追溯。必要时，应记录挖除尺寸、填充金属或补焊细节、预热和焊后处理情况，以及修理在何种检验阶段被接受。 复检必须遵循适用的程序和验收标准，而不能只是重复之前的目视观察。经打磨处理的磁粉显示可能需要沿两个磁场方向进行磁粉检测。焊缝修理可能需要进行目视检测，并按照该接头规定实施射线检测、超声检测、磁粉检测或液体渗透检测。ISO 17635:2025根据质量要求、材料、厚度、焊接工艺及其他条件，为焊缝无损检测方法、技术、验收等级和检测范围的选择提供规则。因此，所需的检测范围可能因修理情况或适用的焊缝类别而发生变化。 #### 未解决的发现 记录不确定性的原因，确定无法接近或不充分的区域，并指定附加检验、工程评估、修复或暂缓状态，而不是将报告以“可接受”结案。 如果某个显示无法分类、测量、去除或通过充分的检测加以确认，则该显示属于未解决状态——不能自动视为可接受，也不能自动确认其为缺陷。应说明原因：表面无法接近、清洁不足、几何形状不确定、不同方法的结果相互矛盾，或缺少验收信息。应指定责任人和处置方式，例如追加检测、工程评估、修理或暂缓放行。在证据不完整时以“无需进一步行动”结案，会削弱可追溯性，并将验收决定伪装成检验结果。 ## 钢材表面检验中的常见误解与局限 检验结果经常被夸大，因为人们将四种不同的判断视为可以相互替代：表面不连续或不完美、检测到的显示、依据特定验收规则判定的缺陷，以及失效机制。它们并不相同。ISO 8785:1998 规定了表面不连续或不完美的术语、定义和参数，但并不会将每一道观察到的痕迹都转化为必须拒收的缺陷。只有当适用的产品、铸件、焊缝或服役规范将其类型、尺寸、位置、方向或严重程度规定为超出允许范围时，该不连续才会变得不可接受。 ### 可见痕迹并不自动意味着裂纹 钢材上的一条线可能是裂纹，但也可能是划痕、折叠、发纹、皱折、加工痕迹、氧化皮边缘、涂层破裂、磨削沟槽，或滞留在表面凹陷中的污物。仅凭形状通常很难作出判断。宽度、连续性、尖锐程度、深度、分支情况、局部变形、与轧制方向或焊接方向的关系，以及采用第二种方法时的响应，都很重要。 目视检测可以在适当的照明、放大倍数、表面处理和观察条件下，直接观察到可见的不连续。这比随意查看构件更加受控，但仍无法识别该痕迹的所有成因。美国无损检测学会将目视检测与普通肉眼检查区分开来，因为正式的目视检测采用规定的条件和程序，而磁粉检测和液体渗透检测观察的是由检测介质产生的显示。 漏磁**漏磁** 当不连续中断优选磁路时，磁通从铁磁性材料中逸出并重新进入材料所形成的磁通。 磁粉显示并不是裂纹的照片。根据 ASTM E709-21，对构件进行磁化后，铁磁性颗粒会在磁通从表面或近表面不连续处泄漏的位置聚集。因此，颗粒图样可以显示裂纹、未熔合、发纹或其他扰乱磁场的状态。但它也可能受到磁场方向、颗粒浓度、表面粗糙度、几何形状、剩磁和磁化不足等因素的影响。圆形显示与线性显示具有不同的重要性，这也是 ASTM A903/A903M 要求对采用磁粉或液体渗透检测检验的钢铸件中的相关线性显示和非线性显示进行评定的原因。 液体渗透检测具有不同的物理基础。渗透剂必须到达表面开口，在规定的渗透时间内保持在那里，然后回渗出来形成显示。它无法显示完全位于次表面的空洞、内部夹杂物，或被氧化皮、油漆、油、氧化物、焊接飞溅物或涂抹金属封闭的裂纹。清洁可能是必要的程序，而非仅仅为了美观。表面即使看起来可以接受，也可能阻止渗透剂进入；而过多的背景染色则可能掩盖相关显示。 正确的问题不是“这条线看起来像裂纹吗？”而是：“该显示是由哪种方法、在什么条件下产生的，以及适用规范是否将其归类为可接受？”ASTM A802-19 涉及钢铸件的目视检验和表面验收标准；它并不取代 ASTM E709-21 或液体渗透检测程序。ISO 17637:2016 规定了金属材料熔焊接头的目视检测，也可适用于焊接前检验。这些文件服务于不同的检验目的。 ### 清洁的目视表面并不能证明内部质量完好 目视检验具有较浅的信息边界：它报告的是检验人员能够在可接近表面观察到的情况。它无法证明内部不存在气孔、夹杂物、缩孔、分层、未焊透或次表面裂纹。即使经过充分处理的表面，也可能掩盖检验平面以下的不连续。 这种局限是物理上的，并非检验人员信心不足。光线无法以允许普通目视检验绘制不透明钢材内部情况的方式穿过钢材。表面处理可以暴露此前隐藏的缺陷，但不能证明暴露层以下的材料状况。清洁表面可能表示表面精加工良好、清洁有效，或不存在可见的表面开口状况。除非有其他检验方法支持，否则它对内部质量完好程度几乎没有说明意义。 磁粉检测可以将检测范围扩展到表面以下，但仅限于有限的近表面范围内，并且材料必须具有足够的铁磁性。ASTM E709-21 涵盖铁磁性材料（包括钢）的干法和湿法磁粉检测技术。许多按 ASTM A240/A240M 规定的奥氏体不锈钢牌号通常不适用于常规磁粉检测，因为其响应与铁素体钢或马氏体钢不同。即使对于铁磁性钢，检测效果也取决于磁化几何条件。当不连续大致垂直于磁通方向时，最容易形成显示；与磁场方向一致的裂纹可能产生较弱的漏磁，从而漏检。因此，可能需要采用多方向磁化或分别进行多次检验。 几何形状还会造成其他盲区。尖角、螺纹、键槽、焊趾、截面变化处以及无法接近的表面，可能产生背景显示或妨碍获得足够的磁场强度。退磁、磁场验证、施加磁粉、照明和表面状态都是程序控制措施，而不是可有可无的改进项。 验收仍取决于具体规范。某项铸件标准可能允许一个较小的圆形显示，却拒收同一区域内长度更短的线性显示。焊缝标准则可能根据质量等级、厚度、接头类别或服役后果规定不同的限值。ISO 17635:2025 根据质量要求、材料、厚度、焊接工艺和其他条件，为焊缝无损检测方法、技术、验收等级和检测范围的选择提供规则。它并不意味着在要求采用射线检测、超声检测、磁粉检测或液体渗透检测时，可以用目视检测替代这些方法。 ### 机器视觉分类并不是冶金学诊断 与人员进行基础目视巡检相比，机器视觉可以在更大范围内、更快地进行检验，并具有更高的重复性。正如奥卢大学 2021 年的一篇学位论文所述，自动光学检测可用于检测和分类钢铁扁平产品上的缺陷。摄像机、照明、图像处理和经过训练的分类模型可以识别氧化皮斑块、划痕、麻点、轧辊痕迹、条状剥落或污渍等图样。 这种分类受到成像系统及其定义的限制。摄像机记录的是可见表面反射或发出的光；它不能直接测量裂纹深度、次表面位置、断裂韧度、残余应力或冶金成因。即使某条暗线实际上是沟槽或氧化皮边缘，只要它与标注样本相似，也可能被归入“裂纹”类别。反过来，一条紧闭裂纹也可能因为对比度低、方向不利、照明不当，或训练图像中可比样本过少而未被检出。 问题并不只在算法本身。2023 年的综述 *Review of Surface Defect Detection of Steel Products Based on Machine Vision* 指出，目前尚无统一标准来定义和分类钢铁表面缺陷。一个系统所称的“缺陷”，可能在另一个系统中被称为“表面不连续或不完美”；而标签还可能将外观、推定成因和验收状态混合在一起。因此，除非说明数据集、类别定义、分辨率、照明条件、漏检率和判定阈值，否则报告的准确率很难解释。 因此，应将机器视觉视为光学检测和分拣工具，而不是冶金学诊断工具。可疑图像可能需要进行目视确认、表面处理、磁粉或液体渗透检测；如果内部质量完好程度十分重要，还需要采用适当的体积检测方法。最终处置必须遵循适用规范。ISO 8785:1998 提供术语；ASTM A802-19 涉及钢铸件的目视验收；ASTM A903/A903M 涉及铸件显示的验收标准；ISO 17637:2016 涉及熔焊接头的目视检测；ASTM E709-21 规定磁粉检测实践；ISO 17635:2025 支持焊缝无损检测方法的选择。这些标准均不允许用一幅清晰图像、一种磁粉图样或一个模型标签来替代适用于该钢铁产品及其服役条件的验收规则。 ## 参考文献 1. \[1\] Review of Surface Defect Detection of Steel Products Based on Machine Vision. Review article, 2023. [](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E5%A6%82%E4%BD%95%E8%AF%BB%E6%87%82%E6%9D%90%E6%96%99%E6%95%B0%E6%8D%AE%E8%A1%A8/%E9%92%A2%E6%9D%90%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E7%BC%BA%E9%99%B7%E5%8F%8A%E6%A3%80%E9%AA%8C%E6%96%B9%E6%B3%95#wiki-cite-ref-1) Review of Surface Defect Detection of Steel Products Based on Machine Vision, 2023 **一览** 核心区分 表面标记不一定是缺陷 关键检验响应 目视观察、渗透显示、磁粉显示和图像特征 最终处置 由适用规范和验收准则确定 [返回 如何读懂材料数据表](/zh/维基/如何读懂材料数据表 "如何读懂材料数据表 — Steel Wiki")