基于超聲波的防水卷材搭接縫焊接質(zhì)量檢測(cè)

朱亞超， 龔 力， 張敏潔， 何 濤

(1 湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 湖北 武漢 430068; 2 湖北省現(xiàn)代制造質(zhì)量工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖北 武漢 430068)

由于生產(chǎn)條件的限制,施工所用的防水卷材因?qū)挿荒軡M足鋪設(shè)要求而需要進(jìn)行搭接鋪設(shè)施工，其中一種是以疊層鋪貼為主，重合部分通過(guò)熱風(fēng)焊法進(jìn)行雙邊焊接(圖1)的搭接方法，中間為用于充氣檢測(cè)的氣孔．如果對(duì)搭接縫的施工處理不當(dāng)，則會(huì)使原本應(yīng)焊接在一起的防水卷材處出現(xiàn)縫隙缺陷，造成防水層失效并引發(fā)屋面滲漏[1]．因此，搭接縫的焊接質(zhì)量對(duì)整個(gè)防水工程的施工質(zhì)量有著重要的影響．

1，4-防水卷材； 2-氣孔； 3-焊縫； 5-基礎(chǔ)工程圖 1 防水卷材搭接縫示意圖

目前，防水卷材搭接縫焊接質(zhì)量的檢測(cè)仍處于人工檢測(cè)階段，檢測(cè)方法主要是目測(cè)、充氣檢測(cè)以及取樣在試驗(yàn)室檢測(cè)[2]．人工檢測(cè)不僅檢測(cè)效率低，精確程度不高，檢測(cè)過(guò)程會(huì)對(duì)防水卷材造成一定的破壞，而且還會(huì)因人為主觀因素導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果缺乏精準(zhǔn)性和可靠性．本文以超聲波檢測(cè)原理為基礎(chǔ)，分別利用A超與B超對(duì)防水卷材搭接縫焊接質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)不同超聲波檢測(cè)效果的對(duì)比與相應(yīng)的分析計(jì)算，尋找出一種針對(duì)防水卷材搭接縫焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)檢測(cè)方法．

1 A超試驗(yàn)及結(jié)果分析

試驗(yàn)樣品為標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合材料防水卷材，采用超聲波脈沖反射法原理進(jìn)行測(cè)量．在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，將超聲波探頭通過(guò)耦合劑緊貼防水卷材上表面，通過(guò)計(jì)算始波與返回的波峰之間距離得出防水卷材的厚度[3]．H=H1×t/t1.式中：H為所測(cè)量試件的厚度：t為超聲波在測(cè)量試件中往返一次所用的時(shí)間：H1為與所測(cè)量試件材質(zhì)相同的標(biāo)定試件的厚度；t1為與超聲波在與所測(cè)量試件材質(zhì)相同的標(biāo)定試件中往返一次所用的時(shí)間．如果防水卷材之間的搭接縫未能良好的進(jìn)行焊接，會(huì)在兩層防水卷材之間出現(xiàn)縫隙，形成反射面，使檢測(cè)得到的防水卷材厚度偏低．試驗(yàn)裝置如圖2所示[4]．

圖 2 A超測(cè)厚試驗(yàn)裝置圖

試驗(yàn)儀器與材料如下：1)A超探傷儀；2)測(cè)厚儀一臺(tái)(探頭為5P探頭)；3)1號(hào)玻璃(游標(biāo)卡尺測(cè)量值為4.7 mm)；4)2號(hào)玻璃(游標(biāo)卡尺測(cè)量值為2.2 mm)；5)1號(hào)PVC防水卷材(游標(biāo)卡尺測(cè)量值為0.4 mm)6)2號(hào)PVC防水卷材(游標(biāo)卡尺測(cè)量值為0.3 mm)；7)水泥砂漿基底(游標(biāo)卡尺測(cè)量值為35 mm)．根據(jù)試驗(yàn)儀器的性能與防水卷材的鋪設(shè)要求(基底為水泥砂漿)，將試驗(yàn)分為四組進(jìn)行：

第一組為對(duì)比測(cè)量組．主要是對(duì)玻璃與水泥砂漿基底進(jìn)行單獨(dú)檢測(cè)，作為后續(xù)試驗(yàn)的參照對(duì)比，盡可能排除防水卷材所疊加物體的干擾，示波器所顯示超聲波回波波形圖如圖3所示．

圖 3 第一組試驗(yàn)波形圖

第二組以1號(hào)防水卷材為主．測(cè)量方式為分別將1號(hào)、2號(hào)玻璃與1號(hào)PVC防水卷材相互疊加，利用示波器與測(cè)厚儀分別對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，示波器所顯示超聲波回波波形如圖4所示．

圖 4 第二組試驗(yàn)波形圖

第三組以2號(hào)PVC防水卷材為主，檢測(cè)方式與第二組相同，示波器所顯示超聲波回波波形見(jiàn)圖5．

圖 5 第二組試驗(yàn)波形圖

第四組以水泥砂漿基底為主，模擬現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況，分別將1號(hào)PVC防水卷材與2號(hào)PVC防水卷材疊加于基底上方進(jìn)行檢測(cè)，示波器所顯示超聲波回波波形如圖6所示．

圖 6 第三組試驗(yàn)波形

通過(guò)對(duì)示波器顯示波形中始波與回波波峰之間距離的測(cè)量計(jì)算，得出利用A超檢測(cè)PVC防水卷材搭接縫焊接處厚度的測(cè)量值(表1)．

表1 A超試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)對(duì)圖3、圖4、圖5進(jìn)行比較，可知若被檢測(cè)物體的狀態(tài)為玻璃疊加于PVC防水卷材上方，示波器所接收到的波形與上方所疊加玻璃進(jìn)行單獨(dú)測(cè)量時(shí)的波形相似，下方的PVC防水卷材對(duì)波形幾乎沒(méi)有任何影響；若被檢測(cè)物體的狀態(tài)為PVC防水卷材疊加于玻璃上方，示波器所接收的波形明顯受到了抑制，波幅卻明顯減小，但波峰位置與單獨(dú)檢測(cè)下方玻璃時(shí)的位置相同．

通過(guò)比較表1中第1，2，4，6，8，10的數(shù)據(jù)，可知當(dāng)玻璃疊加于PVC防水卷材上方時(shí)，測(cè)量出的厚度均為玻璃的厚度，不能測(cè)量出下方PVC防水卷材的厚度值；通過(guò)比較表1中第1，2，3，5，7，9，11，12，13的數(shù)據(jù)，可知當(dāng)PVC防水卷材疊加于玻璃上方時(shí)，測(cè)量出的厚度均高于實(shí)際PVC防水卷材與玻璃的厚度和，且所測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差沒(méi)有特定規(guī)律．

通過(guò)對(duì)比圖3與圖6，可知當(dāng)PVC防水卷材疊加于水泥砂漿基底上方時(shí)，示波器觀察不到明顯的波形，反射的超聲波信號(hào)十分微弱．

由此可以得出：檢測(cè)所用PVC防水卷材的材質(zhì)以及鋪設(shè)防水卷材的水泥砂漿基底都對(duì)于超聲波有較強(qiáng)的吸收干擾，單純利用A超波形對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，并不能很準(zhǔn)確直觀的測(cè)出其厚度值并進(jìn)行搭接縫焊接質(zhì)量的判斷．因此，利用A超來(lái)進(jìn)行搭接縫焊接質(zhì)量的檢測(cè)具有一定的難度．

2 B超試驗(yàn)及結(jié)果分析

利用B超成像原理，當(dāng)兩層防水卷材之間的搭接縫出現(xiàn)縫隙時(shí)，超聲波在縫隙處增加反射量，形成一層反射面，會(huì)在B超成像中形成缺陷處的反射條紋，進(jìn)而可以通過(guò)反射條紋對(duì)搭接縫的焊接質(zhì)量進(jìn)行判斷．

2.1 B超試驗(yàn)

B超儀一臺(tái)；線陣式B超平探頭；無(wú)基底PVC防水卷材樣品(圖7)；耦合劑．圖7a中翹起部分為疊加于上方的PVC防水卷材未焊接部分；圖8b為PVC防水卷材檢測(cè)區(qū)域模型圖．區(qū)域I為疊加的防水卷材搭接縫焊接良好的部分，區(qū)域II為疊加的防水卷材未進(jìn)行焊接(缺陷)部分，區(qū)域III為防水卷材進(jìn)行焊接時(shí)未重合的部分．

(a)無(wú)基底防水卷材樣品

(b)防水卷材檢測(cè)分區(qū)示意圖圖 7 防水卷材

在B超探頭與卷材之間角度合理的情況下，對(duì)以水泥砂漿為基底的防水卷材搭接縫進(jìn)行檢測(cè)，所得各區(qū)域的圖像分別如圖8所示．

圖 8 各區(qū)域掃描圖像

2.2 B超試驗(yàn)結(jié)果分析

圖8中白色部分為超聲波儀器所檢測(cè)到的PVC防水卷材反射面．當(dāng)防水卷材搭接縫中不存在缺陷時(shí)，疊加的防水卷材為一個(gè)整體(圖8a)．當(dāng)防水卷材的搭接縫中存在缺陷時(shí)，由于缺陷中存在的空氣，使超聲波在缺陷縫隙處形成一層反射面，在原本的B超圖像下方多出一條白線(圖8c)．

B超圖像可以顯示出防水卷材搭接縫的焊接質(zhì)量．如圖8a與圖8b的比較以及圖8c的圖像顯示，當(dāng)防水卷材未進(jìn)行焊接或者焊接質(zhì)量有缺陷時(shí)，在B超掃描圖像中，防水卷材上下表面反射條紋之間會(huì)多出一條反射條紋，反射條紋由兩條增加為三條．

以水泥砂漿為基底的防水卷材對(duì)B超成像的影響較小．由A超實(shí)驗(yàn)可知，水泥砂漿基底與防水卷材對(duì)超聲波具有較強(qiáng)的吸收、抑制，因此利用A超成像很難對(duì)鋪設(shè)于水泥砂漿基底上的防水卷材進(jìn)行觀察，防水卷材上下反射條紋比較清晰，而且均存在二次反射成像．

B超圖像中，防水卷材搭接縫焊接質(zhì)量的好壞對(duì)比明顯(圖8c)，通過(guò)對(duì)比圖7中防水卷材搭接縫檢測(cè)分區(qū)，可以清晰地看到檢測(cè)圖像所顯示的結(jié)果與防水卷材搭接縫檢測(cè)分區(qū)設(shè)定一致．圖像中防水卷材焊接質(zhì)量好與壞的分界面清晰明顯，當(dāng)在黑線中出現(xiàn)白色線條時(shí)，則說(shuō)明此處的防水卷材搭接縫存在缺陷，形成了反射面．

通過(guò)B超圖像可以計(jì)算出防水卷材搭接縫焊接質(zhì)量參數(shù)．通過(guò)圖8可以看出，圖像中的反射條紋清晰、直觀，可以通過(guò)對(duì)反射條紋之間像素的計(jì)算，確定缺陷是否存在、缺陷的寬度以及防水卷材的厚度等質(zhì)量參數(shù)．

由此可以得出：在檢測(cè)過(guò)程中，探頭探測(cè)角度合理的情況下，利用B超成像原理可以很清晰直觀地顯示出防水卷材搭接縫圖像，通過(guò)圖像算法，可以計(jì)算出防水卷材的質(zhì)量參數(shù)．因此，B超掃描可以用來(lái)在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)防水卷材搭接縫焊接質(zhì)量的檢測(cè)．

3 結(jié)論

1)通過(guò)對(duì)兩種超聲波無(wú)損檢測(cè)試驗(yàn)的對(duì)比，得到了針對(duì)一種復(fù)合材料防水卷材的搭接縫焊接質(zhì)量在不同聲波下的檢測(cè)結(jié)果；通過(guò)以上兩組試驗(yàn)結(jié)果的比較，可以得出B超對(duì)防水卷材搭接縫的粘接質(zhì)量的檢測(cè)明顯優(yōu)于A超的結(jié)論．

2)針對(duì)以水泥砂漿為基底的復(fù)合材料為主的防水卷材進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，A超檢測(cè)由于受到材料性質(zhì)、自身成像原理等的限制，不能用來(lái)檢測(cè)防水卷材搭接縫的焊接質(zhì)量[5]．相比之下，B超的成像原理使得檢測(cè)結(jié)果以圖像形式顯示，比較清晰直觀，對(duì)防水卷材搭接縫焊接質(zhì)量的檢測(cè)優(yōu)于A超，可以在一定范圍內(nèi)用來(lái)檢測(cè)防水卷材搭接縫的焊接質(zhì)量．

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