建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫超聲波檢測(cè)技術(shù)探討

劉榮壽

（福建省永正工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司 福建省 福州市 350012）

建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫超聲波檢測(cè)技術(shù)探討

劉榮壽

（福建省永正工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司 福建省 福州市 350012）

本文首先對(duì)超聲波檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單概述，然后在具體工程背景下對(duì)超聲波檢測(cè)工藝及技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了分析，最后進(jìn)行了檢測(cè)技術(shù)等級(jí)分析，希望本文的分析可以為同行人士的研究帶來(lái)一些參考。

建筑；鋼結(jié)構(gòu)焊縫；超聲波檢測(cè)技術(shù)

聲波探傷是指利用超聲波儀產(chǎn)生的高頻超聲波，將其發(fā)射到待檢材料中，利用統(tǒng)一均勻介質(zhì)中超聲波按照恒速直線傳播，從一種介質(zhì)中傳播到另外一種介質(zhì)中的過程中會(huì)會(huì)出現(xiàn)反射及折射的原理，然后利用探頭對(duì)這些反射或者折射的超聲波進(jìn)行接收，利用超聲儀在超聲顯示屏中顯示出來(lái)。

1　超聲波檢測(cè)概述

1.1超聲波檢測(cè)的特點(diǎn)

超聲波指超聲振動(dòng)在介質(zhì)中傳播，其實(shí)質(zhì)是在彈性介質(zhì)中利用波動(dòng)的形式傳播的機(jī)械振動(dòng)，其頻率超過20kHz。利用超聲波檢測(cè)技術(shù)可以對(duì)厚度較大的材料進(jìn)行探測(cè)，其檢測(cè)速度非常快，費(fèi)用也比較低，同時(shí)能夠針對(duì)缺陷位置與大小進(jìn)行定位與定量，對(duì)人體不存在任何傷害，對(duì)危害性比較大的面積型缺陷也可以靈敏的檢測(cè)出來(lái)。因此，超聲波檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種十分重要的無(wú)損檢測(cè)方法，并且在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了非常廣泛的應(yīng)用，利用這種檢測(cè)方法首先應(yīng)對(duì)其基本特征進(jìn)行了解：①在介質(zhì)中傳播時(shí)超聲波遇到界面會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象；②超聲波具有良好的指向性，且指向性隨著頻率的升高而變好；③超聲波傳播能力比較大，對(duì)很多材料都有比較強(qiáng)的穿透力；④超聲波的衰減、聲速等特性可以為其應(yīng)用提供豐富信息，并成為廣泛應(yīng)用超聲波的良好條件。

1.2超聲波檢測(cè)的適用范圍

目前超聲波檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)無(wú)損檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用，從無(wú)損檢測(cè)方面來(lái)看，超聲波在不同尺寸的焊縫、鑄件中均可以適用，不管是金屬非金屬都可以利用超聲波進(jìn)行檢驗(yàn)，各種結(jié)構(gòu)件也可以利用超聲波進(jìn)行檢測(cè)，從其物理性能檢測(cè)來(lái)說，利用超聲波可以對(duì)無(wú)損檢測(cè)材料的硬度、厚度以及晶粒度等進(jìn)行檢測(cè)。

2　工程概況及技術(shù)特點(diǎn)

2.1工程概況

某高層建筑為辦公樓，其地上與地下分別有29層和2層，地上1～3層為商場(chǎng)，4～29層為寫字樓，本工程結(jié)構(gòu)形式為全鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)采用矩形鋼管混凝土框架—鋼支撐（鋼板剪力墻）結(jié)構(gòu)體系。

2.2技術(shù)特點(diǎn)及要求

因?yàn)楸竟こ啼摻Y(jié)構(gòu)涉及到廠內(nèi)制作構(gòu)件，現(xiàn)場(chǎng)焊縫檢驗(yàn)及安裝兩部分，面對(duì)本工程中結(jié)構(gòu)工程為鋼結(jié)構(gòu)建筑這一具體情況，按照質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范中的相關(guān)要求及工程上部鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)說明中有關(guān)超聲波檢測(cè)的要求，應(yīng)該按照下面的方法對(duì)其進(jìn)行焊縫探傷：①本工程中鋼結(jié)構(gòu)由箱型鋼柱及H梁鋼梁組成，其中，板厚≥25mm，采用抗層狀撕裂性Z向鋼板Q345C-15Z的支撐，其余支撐采用Q345B，屋頂水平支撐、預(yù)埋件等型鋼材質(zhì)均為Q245B；②鋼構(gòu)件焊縫主要有一級(jí)和二級(jí)兩級(jí)焊縫要求，其中一級(jí)焊縫要求進(jìn)行100%超聲波探傷，二級(jí)焊縫要求進(jìn)行20%的超聲波探傷；③不小于30mm的鋼板，在梁、柱連接部位上下200mm的范圍內(nèi)，進(jìn)行焊接之前應(yīng)對(duì)母材超探進(jìn)行補(bǔ)充，焊接完成后一方面進(jìn)行焊縫探傷，另一方面對(duì)熱影響區(qū)母體金屬進(jìn)行超探，不能有層狀撕裂現(xiàn)象出現(xiàn)；④一般來(lái)說，鋼結(jié)構(gòu)梁、柱、支撐以及鋼板剪力墻拼接焊縫均應(yīng)采用埋弧自動(dòng)焊，采用手工二氧化碳保護(hù)氣體對(duì)箱型柱與支撐壁板之間的連接進(jìn)行焊接，箱型柱與支撐內(nèi)隔板利用電渣焊的方式，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的焊縫安裝。

3　超聲波檢測(cè)工藝及技術(shù)特點(diǎn)

3.1檢測(cè)工藝及檢測(cè)技術(shù)

3.1.1焊縫檢測(cè)面

檢測(cè)區(qū)寬度即焊縫本身，同時(shí)焊縫兩側(cè)各相當(dāng)于母材厚度30%的一段區(qū)域，這一區(qū)域的范圍在10～20mm范圍內(nèi)。通過一次反射法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，應(yīng)保證探頭移動(dòng)區(qū)在1.25P（1P=2KT）以上，利用直射法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，應(yīng)保證探頭移動(dòng)區(qū)在0.75P以上。應(yīng)將探頭移動(dòng)區(qū)中的鐵屑、油垢、鐵屑等雜質(zhì)清除干凈，以便對(duì)透聲效果產(chǎn)生影響。箱型柱及支撐內(nèi)橫隔板均以直探頭為主、斜探頭為輔為主要探傷方式，對(duì)電渣焊的內(nèi)隔板與壁板之間是否存在熔透現(xiàn)象進(jìn)行檢測(cè)。

3.1.2儀器的校準(zhǔn)及復(fù)核

①進(jìn)行儀器校準(zhǔn)，應(yīng)保證每隔6個(gè)月對(duì)儀器水平線性及垂直線性進(jìn)行一次測(cè)定。②在開始檢測(cè)前，對(duì)儀器與探頭進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)定，利用斜探頭進(jìn)行檢測(cè)之前應(yīng)前沿距離、K值，對(duì)掃描量程和掃查靈敏度進(jìn)行調(diào)節(jié)和復(fù)核。③在檢測(cè)過程中，需要對(duì)儀器與系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)核的情況有以下幾種：a.校準(zhǔn)后耦合劑、探頭以及儀器旋鈕在發(fā)生改變時(shí)；b.檢測(cè)人員對(duì)掃描量程及掃查靈敏度存在變化有懷疑時(shí)；c.連續(xù)工作的時(shí)間超過4h；d.工作結(jié)束時(shí)。④在檢測(cè)結(jié)束之前，應(yīng)對(duì)掃描量程進(jìn)行復(fù)核，在復(fù)核過程中只要其中任意一點(diǎn)掃描線上的位移在掃描線度數(shù)10%以上，就應(yīng)該重新調(diào)整掃描量程，并重新復(fù)核第一次復(fù)核以來(lái)的所有檢測(cè)部位，同時(shí)還要在每次檢測(cè)結(jié)束之前，復(fù)核掃查靈敏度，一般來(lái)說距離-波幅曲線校核應(yīng)在3點(diǎn)以上，如果曲線上任何一點(diǎn)的幅度下降了2dB，應(yīng)重新復(fù)核第一次復(fù)驗(yàn)以來(lái)的所有檢測(cè)部位，如果幅度上升2dB，應(yīng)重新評(píng)定所有記錄信號(hào)。⑤在對(duì)儀器進(jìn)行線性檢驗(yàn)時(shí)，對(duì)于對(duì)儀器線性控制器來(lái)說，不管受到任何影響，都應(yīng)將開關(guān)放在“關(guān)”的位置上，或者始終處于最低水平上。

3.2繪制焊縫的距離-波幅曲線

焊縫的距離-波幅曲線的繪制利用探頭與儀器在試塊上得到的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)完成，主要由評(píng)定、定量以及判廢三線組成。結(jié)合本工程的實(shí)際情況，應(yīng)按照B級(jí)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊縫的距離-波幅曲線的靈敏度進(jìn)行確定。

3.3檢測(cè)方法

①斜探頭探傷靈敏度應(yīng)該在評(píng)定線靈敏度之上，對(duì)直探頭靈敏度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，并將直探頭與CBLL-2平底孔試塊的φ平底孔對(duì)準(zhǔn)，并一次將回波調(diào)整到滿刻度的50%，將其作為基準(zhǔn)進(jìn)行靈敏度探傷；②采用直接接觸法進(jìn)行耦合；③移動(dòng)探頭的速度不能在150mm/s以上，并且相鄰兩側(cè)移動(dòng)探頭的間隔至少要有10%的寬度重合；④在檢測(cè)以及缺陷定量時(shí)，應(yīng)針對(duì)因?yàn)楸砻娲植诙纫鸬鸟詈蠐p失進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償，面對(duì)因?yàn)椴馁|(zhì)衰減引起的缺陷，應(yīng)對(duì)檢測(cè)靈敏度及缺陷定量之間存在的誤差進(jìn)行補(bǔ)償；⑤將斜探頭垂直于焊縫中心線，將其放置于檢測(cè)面上，進(jìn)行鋸齒形掃查，移動(dòng)探頭的范圍應(yīng)保證其掃查到焊接接頭的截面，在移動(dòng)探頭的過程中還要進(jìn)行10～15°的左右方向轉(zhuǎn)動(dòng)。為了更好的對(duì)缺陷動(dòng)態(tài)波形進(jìn)行觀察，同時(shí)更好的區(qū)分缺陷與偽缺陷信號(hào)，對(duì)缺陷的形狀、方向及位置進(jìn)行確定，可以將探頭進(jìn)行前后、左右以及轉(zhuǎn)角幾種基本掃查方式。

4　檢測(cè)技術(shù)等級(jí)分析

4.1B級(jí)檢測(cè)

一般采用K值探頭，在焊縫單面雙側(cè)及雙面單側(cè)利用一次反射法進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)橫向缺陷進(jìn)行檢測(cè)。

4.2缺陷定量檢測(cè)

目標(biāo)對(duì)象為一切反射波幅等于大于定量線的缺陷，對(duì)缺陷的具體位置及最大反射波幅所在的區(qū)域進(jìn)行確定。

4.3缺陷評(píng)定

首先，一旦超過評(píng)定線，應(yīng)注意是否存在裂紋等缺陷特征，如果存在懷疑應(yīng)對(duì)探頭K值進(jìn)行改變，并增加針對(duì)結(jié)構(gòu)工藝特征以及探傷面等方面的判定，如果還是不能對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，應(yīng)適當(dāng)利用其它檢測(cè)方法進(jìn)行綜合判定，另外，如果最大反射波幅的缺陷在Ⅱ區(qū)間，且其指示長(zhǎng)度在10mm以內(nèi)，應(yīng)按照5mm計(jì)。如果相鄰兩個(gè)缺陷處于同一直線上，二者之間的間距小于其中最小缺陷的長(zhǎng)度，這時(shí)應(yīng)以缺陷指示長(zhǎng)度的和作為每個(gè)缺陷的指示長(zhǎng)度。

5　結(jié)語(yǔ)

總之，超聲波探傷實(shí)際上就是按照顯示的波形與波高對(duì)缺陷的大小及類型進(jìn)行分析與判斷的一種檢測(cè)技術(shù)。超聲波檢測(cè)技術(shù)本身在應(yīng)用過程中具有操作便捷、高度靈敏以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，所以得到了廣泛的應(yīng)用。但是其在應(yīng)用過程中也存在一些缺陷，利用這種探傷方法進(jìn)行定性定量，受到探傷人員技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)的影響，至今很難達(dá)到精確評(píng)定的要求，鑒于此，筆者結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)針對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫超聲波檢測(cè)技術(shù)展開了分析，供大家參考。

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1673-0038（2015）36-0147-02

2015-8-17