建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接缺陷的檢測、分析和評定

邱升鵬

（健研檢測集團(tuán)有限公司 福建三明 365000）

概況

鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、自重輕、抗震性能好、施工速度快、地基基礎(chǔ)費(fèi)用省、結(jié)構(gòu)占用面積少、工業(yè)化程度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，與混凝土結(jié)構(gòu)相比，更有利于建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

在建筑鋼結(jié)構(gòu)體系中，常用形式主要有兩種：門式剛架體系和網(wǎng)架空間結(jié)構(gòu)體系，其中又以門式剛架體系居多。無論是哪種結(jié)構(gòu)體系，都不可避免地會(huì)用到焊接工藝。由于受到焊接工藝、環(huán)境條件、操作人員技術(shù)水平等多種因素的影響，焊接接頭不可避免地會(huì)產(chǎn)生缺欠。

1 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接缺欠與焊接缺陷的區(qū)別

焊接缺欠的英文翻譯是：weld imperfection，解釋為：any deviation from the ideal weld，意思是與理想焊縫的偏差；而焊接缺陷的英文翻譯是：weld defect，解釋為：unacceptable weld imperfection，意思是不可接受的焊接缺欠。因此缺欠是絕對的，它表明焊接接頭中客觀存在某種間斷或非完整性。而焊接缺陷是相對的，同一類型、同一尺寸的缺欠，若出現(xiàn)在制造要求高的產(chǎn)品中，可能被認(rèn)為是焊接缺陷，必須返修；出現(xiàn)在制造要求低的產(chǎn)品中，可能認(rèn)為是可接受的、合格的焊接缺欠，不需要返修。因此，判斷焊接缺欠是不是焊接缺陷的主要依據(jù)是所采用的標(biāo)準(zhǔn)對焊接缺欠進(jìn)行的評定。

2 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接缺陷的危害

焊接質(zhì)量受到焊接材料、焊接工藝、操作環(huán)境以及操作者技藝水平等諸多因素的影響，因此所造成的缺陷種類繁多。從建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接檢測的角度可以劃分為表面缺陷和內(nèi)部缺陷。

表面缺陷是指從焊縫表面用肉眼即可發(fā)現(xiàn)的缺陷。常見的表面缺陷有咬邊、焊瘤、燒穿、弧坑、凹陷及表面氣孔、表面裂紋、根部未焊透等；內(nèi)部缺陷是指位于焊縫內(nèi)部，無法用肉眼看到，需借用特別的儀器或手段才能發(fā)現(xiàn)。常見的內(nèi)部缺陷主要包括氣孔、夾渣、裂紋、未焊透等。

無論表面缺陷還是內(nèi)部缺陷，都會(huì)減小金屬的有效截面面積，導(dǎo)致金屬強(qiáng)度降低，產(chǎn)生應(yīng)力集中，甚至產(chǎn)生裂紋，危害極大，應(yīng)嚴(yán)格控制缺陷的產(chǎn)生。大多數(shù)人可能會(huì)認(rèn)為內(nèi)部缺陷要比外部缺陷危害更大，更容易使金屬強(qiáng)度降低，因此在對焊接接頭的檢查上主要關(guān)注內(nèi)部質(zhì)量，容易忽視表面缺陷。試驗(yàn)表明，將含當(dāng)量相同的分別位于表面與內(nèi)部的氣孔缺陷的焊接試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，其抗拉強(qiáng)度均能達(dá)到母材強(qiáng)度，但斷口位置不同，含表面氣孔的試件斷口在焊縫上（氣孔處），含內(nèi)部氣孔的試件斷口在母材熱影響區(qū)。雖然兩種缺陷對試件的抗拉強(qiáng)度影響不大，但從斷口位置來看，其影響是不同的。一般情況下，封閉型的缺欠如氣孔、夾渣等處在焊縫表面時(shí)比在內(nèi)部時(shí)對結(jié)構(gòu)影響要大。因此在實(shí)際檢測工作中，不僅要注重內(nèi)部缺欠檢測，表面缺欠也是不能忽略的。

3 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接缺陷的檢測方法

在產(chǎn)品焊接過程中及焊接完成后，且交付使用前，需按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)對焊接接頭進(jìn)行質(zhì)量檢查，可通過破損和無損兩種方式來進(jìn)行。這里主要介紹無損探傷檢測方法。

無損探傷是在不損壞工件或原材料工作狀態(tài)的前提下，對被檢驗(yàn)部位的表面和內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢查的一種測試手段。常用焊縫無損檢測方法有 PT（滲透檢測）、MT（磁粉檢測）、RT（射線檢測）、UT（超聲波檢測），各種檢測方法的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

由表1可以看出，無論采用哪種方法來檢測焊接接頭，都有各自的優(yōu)點(diǎn)和局限性，單純地使用一種方法所得到的結(jié)果無法完全準(zhǔn)確地描述或評價(jià)某個(gè)工件或某條焊縫的焊接質(zhì)量。理想的辦法是利用上述幾種方法所得到的結(jié)果來進(jìn)行綜合評定，只有這樣才能盡量全面地還原缺陷的真實(shí)狀況。然而這樣既無效率，也不經(jīng)濟(jì)，大可不必。在實(shí)際檢測工作中，可先用肉眼檢查其表面質(zhì)量，對有疑問的部位可使用滲透或磁粉探傷方法檢測其表面質(zhì)量。待表面質(zhì)量合格后，再使用超聲波或射線探傷方法檢測其焊縫內(nèi)部質(zhì)量。因此，現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205）中規(guī)定：設(shè)計(jì)要求全焊透的一、二級(jí)焊縫應(yīng)采用超聲波探傷進(jìn)行內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)，超聲波探傷不能對缺陷作出判斷時(shí)，采用射線探傷。經(jīng)過上述的層層檢查，接頭焊接質(zhì)量基本可以得到有效保障。

表1 四種常用無損探傷檢測方法

4 超聲波探傷檢測在建筑鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

由于超聲波探傷具有檢測厚度大、靈敏度高、速度快，且設(shè)備輕便、操作方便、適宜野外作業(yè)和高空作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫內(nèi)部質(zhì)量的檢測。

4.1 檢測依據(jù)

在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，有關(guān)超聲波檢測的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)主要有：《焊縫無損檢測超聲檢測技術(shù)、檢測等級(jí)和評定》（GB/T11345-2013）、《鋼結(jié)構(gòu)超聲波探傷及質(zhì)量分級(jí)法》（JG/T203-2007），以及焊縫缺陷評定標(biāo)準(zhǔn)《焊縫無損檢測超聲檢測驗(yàn)收等級(jí)》（GB/T29712-2013）。

4.2 檢測前的基本要求

探傷前需要對待檢測構(gòu)件有基本的了解，包括構(gòu)件形狀、尺寸、母材類型、焊接工藝參數(shù)、表面狀態(tài)及現(xiàn)場環(huán)境等，因?yàn)檫@些直接影響到探頭、DAC曲線及其他參數(shù)的選擇，同時(shí)還需確定檢測范圍、顯示評定方法、檢測等級(jí)、驗(yàn)收等級(jí)以及缺陷處理措施等。

4.3 人員和設(shè)備要求

（1）實(shí)施檢測的人員需取得超聲檢測相應(yīng)門類的資格等級(jí)證書，經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)和操作授權(quán)，有足夠的超聲檢測經(jīng)驗(yàn)，并具備一定的材料和焊接知識(shí)。

（2）檢測設(shè)備包括超聲檢測儀、探頭及試塊。超聲檢測儀各項(xiàng)參數(shù)及性能應(yīng)符合《A型脈沖反射式超聲波探傷儀通用技術(shù)條件》（JB/T10061-1999）或等效標(biāo)準(zhǔn)的要求。探頭應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。試塊應(yīng)符合《無損檢測超聲檢測用試塊》（GB/T23905-2009）的要求，檢測前，應(yīng)用試塊對超聲檢測儀進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)符合使用要求。

4.4 檢測步驟

雖然超聲波探傷方法具有靈敏度高、速度快的優(yōu)點(diǎn)，但也容易產(chǎn)生漏檢的情況，因此需要經(jīng)過一些特定的檢測步驟。一般來講，對同一條焊縫的探傷需要經(jīng)過初探、精探和復(fù)探三個(gè)過程，以保證探傷能覆蓋所有檢測區(qū)域的同時(shí)，又具有一定的高效性。

4.4.1 初探

將已調(diào)好的超聲探傷儀，采用鋸齒形、平行及斜平行的方法快速掃查焊縫及熱影響區(qū)的同時(shí)，密切觀察示波屏上的回波信息，在發(fā)現(xiàn)疑似缺陷波的部位做好標(biāo)記。這個(gè)過程的特點(diǎn)是掃查速度較快。

4.4.2 精探

掃查方法與初探時(shí)一樣，只是速度相對放慢。重點(diǎn)對初探時(shí)發(fā)現(xiàn)的疑似缺陷部位進(jìn)行精確探測，找出缺陷最大回波位置，根據(jù)示波屏上顯示的聲程、水平距離及深度等信息對該缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確定位，測出其顯示長度，做好詳細(xì)記錄，對需要返修的位置做好標(biāo)記。

4.4.3 復(fù)探

掃查方法與初探、精探時(shí)相同，但速度可以稍快，目的是對前面兩次的探測結(jié)果進(jìn)行檢查，避免漏檢。

4.5 缺陷評定及驗(yàn)收

評定一條焊縫或者缺欠是否合格，取決于所采用的標(biāo)準(zhǔn)。原國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T11345-1989中以φ3mm橫孔作為基準(zhǔn)，對焊縫的驗(yàn)收評定分為三區(qū)：Ⅰ區(qū)為非危險(xiǎn)性缺陷，可不做評定；Ⅱ區(qū)缺陷按指示長度評定；Ⅲ區(qū)為需返修缺陷。而GB/T11345-2013中橫孔、平底孔、矩形槽等均可作為基準(zhǔn)靈敏度，且不包含評定等級(jí)的詳細(xì)內(nèi)容的，需要引用新標(biāo)準(zhǔn)《焊縫無損檢測超聲檢測驗(yàn)收等級(jí)》（GB/T29712-2013），該新標(biāo)準(zhǔn)中對缺欠的判定由鋼板厚度、缺欠長度及該缺欠回波波高共同確定，并且缺欠的記錄等級(jí)、驗(yàn)收等級(jí)隨著缺欠的長度不同而不同，這樣既避免了對不同構(gòu)件重要性的“一刀切”，同時(shí)也更加接合了國際標(biāo)準(zhǔn)。

5 總結(jié)

無論采用哪種檢測方法，無論采取哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，都不能忽視缺欠對工件質(zhì)量的影響。百年大計(jì)，質(zhì)量第一，沒有質(zhì)量就沒有安全。如今，鋼結(jié)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用，國家更是大力推進(jìn)裝配式結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)工程或許將如雨后春筍般出現(xiàn)在各類大中小型項(xiàng)目中。作為檢測人員應(yīng)足夠重視，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，做到不放過缺陷，不遺漏缺欠，對返修后焊縫做到百分百探傷，確保完全消除超標(biāo)缺陷；對無需返修的缺陷，應(yīng)做好相應(yīng)記錄。