建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫超聲波檢測技術(shù)探析

夏樂希，王建國

（南京方園建設(shè)工程材料檢測中心，江蘇 南京 211100）

建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫超聲波檢測技術(shù)探析

夏樂希，王建國

（南京方園建設(shè)工程材料檢測中心，江蘇 南京 211100）

目前鋼結(jié)構(gòu)在建筑中運用廣泛，為了讓不相連的鋼結(jié)構(gòu)固連，操作中會產(chǎn)生焊縫。焊縫質(zhì)量難以靠肉眼識別，所以在檢測時需要運用特別的技術(shù)手段。文章圍繞建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢測的技術(shù)，對焊縫種類和探傷方法進(jìn)行了分析，并以超聲波檢測為例，討論了超聲波探傷具體實施，為今后鋼結(jié)構(gòu)的探傷檢測奠定基礎(chǔ)。

建筑；鋼結(jié)構(gòu)；焊縫；超聲波探傷；檢測

在鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用時，對于鋼結(jié)構(gòu)加工焊接過程中出現(xiàn)的焊縫質(zhì)量不可靠問題，先進(jìn)的檢測手段可以督促施工人員進(jìn)行優(yōu)質(zhì)施工。在眾多檢測技術(shù)中，超聲波探傷技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)焊縫內(nèi)部缺陷檢測中應(yīng)用最廣，文章將以此為例，探討焊縫類型和超聲波探傷實現(xiàn)方法。

1　鋼結(jié)構(gòu)焊縫類型和焊縫內(nèi)部缺陷

焊縫是在本不相連的鋼結(jié)構(gòu)連接到一起時加工產(chǎn)生的，這種方式可以使鋼結(jié)構(gòu)具有大跨度、造型美觀的特性，完成其它材料無法完成的建筑任務(wù)。焊縫由于是人為形成的，所以會產(chǎn)生不同的質(zhì)量缺陷，將會影響鋼結(jié)構(gòu)工程總體質(zhì)量的高低和安全問題。在實際焊接中，焊縫缺陷分為表面缺陷和內(nèi)部缺陷，表面缺陷容易發(fā)覺，包括氣孔、燒穿等，可以被人直觀感知，內(nèi)部缺陷包括熔合度低、未焊透或者產(chǎn)生裂紋等都是不易被察覺的，需要特別的檢測技術(shù)來檢測損傷。

1.1焊縫類型及坡口型式

鋼結(jié)構(gòu)有門式鋼架體系和網(wǎng)架空間結(jié)構(gòu)體系，其中前者應(yīng)用更為廣泛。相應(yīng)的焊縫分成對接焊縫和T型焊縫，將在下文中詳細(xì)說明。前者使在母材邊緣對齊的情況下，沿著邊緣進(jìn)行焊接，這種焊縫在外觀上只有一條線突出，而后者是指母材呈T型放置后焊接焊縫呈T型。在坡口的處理上，接頭處的坡口為了讓焊縫更為美觀均勻，主要對應(yīng)薄板、中厚板、厚板、T型對接等有I型、V型、X型、K型等坡口類型，滿足不同工況的需求。

1.2常見內(nèi)部缺陷

超聲波檢測主要針對于內(nèi)部缺陷進(jìn)行探傷，受工藝和環(huán)境因素影響，焊縫內(nèi)部缺陷主要有氣孔，夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等。在缺陷性質(zhì)上，單個氣孔、點狀夾渣屬一般缺陷，對焊縫整體強(qiáng)度度影響較小。群狀氣或不規(guī)則狀夾渣、未焊透、未熔合、裂紋屬嚴(yán)重缺陷，會嚴(yán)重降低焊縫整體強(qiáng)度等性能。

2　超聲波探傷工藝

超聲波探傷是利用超聲波經(jīng)過不同的介質(zhì)產(chǎn)生反射的特性，缺陷的存在影響超聲波在構(gòu)件中的傳播，耦合劑附著在構(gòu)件表面，使超聲波順利進(jìn)入構(gòu)件內(nèi)部進(jìn)行工作。在超聲波工作過程中，通過顯示屏可以觀察波形和損傷位置情況，便于后期處理。超聲波探傷儀有多種，常見的是A型脈沖反射式探傷儀。這種探傷儀的工作頻率為0.5～5MHz，它是利用物體缺陷的聲學(xué)特性影響超聲波傳遞而工作的。雖然這種工藝可以較為準(zhǔn)確地檢測構(gòu)件焊縫中焊接質(zhì)量高低，但是他對于材料表面粗糙度有要求，而且現(xiàn)在的技術(shù)上并沒有完全實現(xiàn)自動化探傷，技術(shù)人員的操作經(jīng)驗和水平會影響探傷結(jié)果，缺陷檢出率受焊縫表面成型狀況影響。

3　超聲波檢測探傷在鋼結(jié)構(gòu)焊縫中的應(yīng)用

超聲波探傷操作方便、探測靈敏度高，所以在應(yīng)用中十分普遍，但是對于構(gòu)件和操作人員的要求也是較為具體的，在超聲波探傷中的應(yīng)用如下。

3.1超聲波探傷的主要要求

（1）探測面選擇。更具不同的驗收級別、構(gòu)件工藝、缺陷情況等對于探測面的選擇是不同的，這也需要操作人員具體情況具體分析。

（2）K值或折射角β選擇。K值指的是探頭頻率，對于不同厚度的鋼結(jié)構(gòu)，K值選擇是不同的，一般來說，厚板構(gòu)件要求K值較低，穿透能力強(qiáng)，薄板反之。但是在工程中，只要基本條件符合，頻率盡量選擇較低的，這是因為探頭頻率高、近場區(qū)場度大、衰減大，對探傷不利鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢測一般選用2.5MHz及5MHz探頭，網(wǎng)架桿件及薄壁構(gòu)件焊縫常選用5MHz。在表述上，折射角也是重要參數(shù)，根據(jù)具體情況和操作人員經(jīng)驗進(jìn)行選擇，對于建筑鋼結(jié)構(gòu)，一般推薦使用K2.0（β60）或K2.5（β68）。

（3）耦合劑選擇。為了使超聲波順利進(jìn)入構(gòu)件，可以選擇流動性好，取材方便的耦合劑，比如洗潔精。

3.2超聲波在焊縫內(nèi)部缺陷檢測中應(yīng)用

（1）對接焊縫的探傷方法。將已調(diào)好的DAC曲線探傷掃查靈敏度提高6dB，使評定線位于示波屏20%高度以上，調(diào)好補(bǔ)償增益，用鋸齒型、平行、斜平行掃查法，斜探頭快速掃查整條焊縫，通過觀察回波信號，及時在焊縫處做好標(biāo)記，避免重復(fù)性工作。鋸齒型掃查方式可以針對焊縫、熔和區(qū)、熱影響區(qū)的橫向和縱向缺陷進(jìn)行檢測，斜平行掃查方式中適用于帶有余高的焊縫，平行掃查適用于余高被磨平的焊縫。所有掃查的速度應(yīng)精確控制，一般都小于等于l50mm/s，速度過快會造成漏檢現(xiàn)象。斜平行掃查如圖1所示。

圖1　斜平行掃查

一般來說，損傷檢測都需要進(jìn)行多波次，在檢測結(jié)果評定環(huán)節(jié)，應(yīng)參考JB/T4730.3-2005Ⅱ級對缺陷定級，然后填寫《焊縫超聲波檢測記錄》，確定波長并定位，在后期可以采用前后、左右、轉(zhuǎn)角、環(huán)繞等基本探測方式進(jìn)一步探傷。對于不開坡口的BK級角焊縫，需要進(jìn)行滲透探傷，抽樣量大于等于焊縫長度的25%，對于焊接吊鉤、吊耳等焊縫，也應(yīng)該進(jìn)行滲透探傷，這些方法都需要參考JB/T6062-2007標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，設(shè)計施工人員應(yīng)妥善處理探傷方式，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)操作。在探傷過程中，應(yīng)首先確定缺陷回波位置，在排除偽缺陷之后，根據(jù)回波在示波器的位置確定實際位置坐標(biāo)，一般都會是焊縫內(nèi)缺陷，因為外部故障會通過有經(jīng)驗的工作人員觀察得到，這時利用K值判定回波對應(yīng)的實際深度和水平距離。下一步需要進(jìn)行定量計算缺陷，采用6dB法進(jìn)行測長，確定最高回波后，將探頭左右移動使波幅降到定線處為端點，得到缺陷指示長度，做好記錄，最后進(jìn)行探傷復(fù)核。

（2）T型焊縫的探傷方法。鋸齒型、平行、斜平行掃查法適用于T型焊縫檢驗，根據(jù)圖2所示，同時還有如下探測方法：

圖2　T型焊縫探頭探測位置圖

采用斜探頭可以在位置1、2、4、5處進(jìn)行探傷，在位置4處應(yīng)使用一次波，在位置5處應(yīng)用二次波，在位置1和2處可以用一次和二次波。位置1處可以掃查到焊縫中部及以上截面，位置2可以掃查到焊縫中部及以下截面。對于不同的缺陷情況應(yīng)用不同的探傷方式，比如對于氣孔、夾渣的情形，應(yīng)在位置4處進(jìn)行斜探頭探傷，應(yīng)注意判別回波和缺陷波，及時標(biāo)定缺陷位置。T型接頭結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在焊接規(guī)范上不同于對接接頭，所以針對不同的板材，不同的坡口形式和焊接工藝應(yīng)采用不同的探傷檢測方式，在選擇探頭上也應(yīng)注意不同母材材料和驗收級別的不同，針對不同的情況諸如超聲波進(jìn)行缺陷檢測。

用直探頭探測T型焊縫時，一般采用位置3處進(jìn)行，探測時底波、未焊透和層狀撕裂的表現(xiàn)形式是不同的，探頭移動而不影響的是底波，另外兩種會產(chǎn)生一定的傾斜或震動。用斜探頭進(jìn)行探傷時，將探頭沿焊縫垂直掃查時，焊角反射波震動劇烈，幅度較大，當(dāng)出現(xiàn)未焊透的缺陷時，波形會出現(xiàn)缺陷波先于反射波出現(xiàn)的情況，這時操作人員應(yīng)注意，及時做好標(biāo)記。

4　結(jié)束語

目前隨著建筑施工如火如荼地開展，鋼結(jié)構(gòu)建筑從業(yè)人員眾多，對于焊縫檢測相關(guān)技術(shù)的掌握也是必須的。需要在深入提高技術(shù)能力的同時，加強(qiáng)人員管理，以保證檢測工程質(zhì)量。

［1］丁杰.建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫超聲波檢測能力驗證計劃與技術(shù)分析［J］.無損檢測，2011，（4）：61-63.

［2］倪振新.高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫超聲波檢測［J］.安裝，2015，（3）：41-44.

TU391

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1671-3818（2016）09-0045-02