鋼結(jié)構(gòu)無損檢測中的超聲探傷的應(yīng)用

邢宇 孫志英 張學(xué)鋒 韓開鵬

海洋石油工程股份有限公司海洋工程技術(shù)服務(wù)分公司 山東青島 266500

1 超聲探傷基本原理

超聲檢測（UT）利用高頻聲能進行檢測和測量。超聲波探傷可用于探傷I評價、尺寸測量、材料表征等。一個典型的UT檢測系統(tǒng)由幾個功能單元組成，如脈沖/接收器、傳感器和顯示設(shè)備。該換能器由脈沖發(fā)生器驅(qū)動，利用石英、硫酸鋰或各種陶瓷材料，利用壓電技術(shù)產(chǎn)生高頻超聲能量。大多數(shù)檢查是在1至25兆赫的頻率范圍內(nèi)進行的。耦合器用于將超聲波從換能器傳輸?shù)皆嚰?；典型的耦合器是水、油、甘油和油脂。聲能以波的形式通過材料被引入和傳播，并從相對的表面反射出來。內(nèi)部缺陷，如裂紋或空洞，打斷了波的傳播，并反射回一部分超聲波。能量的振幅和返回所需的時間表明工件上有任何缺陷的存在和位置。超聲波探傷法作為一種實用、多功能的無損檢測方法，具有對表面和地下不連續(xù)面敏感、探傷或測量的穿透深度高、脈沖回波技術(shù)可單面獲取、反射器位置和尺寸及形狀估計精度高、零件準(zhǔn)備量小、電子設(shè)備的瞬時結(jié)果、自動化系統(tǒng)的詳細成像、厚度測量等其他用途的可能性等優(yōu)點。

2 焊縫無損檢驗其檢驗的等級

“表面超聲波探傷方法和斷裂的結(jié)果分類”鋼焊接規(guī)定，焊縫的無損檢測檢驗成績分為三個等級：A、B和c（1）類是一個測試方法的檢驗檢測焊縫一側(cè)的一邊根據(jù)某一斜探頭，并檢驗只能測試部分，可以掃描。這種試驗不能用于橫截面。當(dāng)母材厚度大于50mm時，a級測試是絕對不可能的。（2）B類檢驗是焊縫的單向雙向檢驗，是根據(jù)一定角度的探頭進行的。當(dāng)基材厚度大于100mm時進行B類試驗。由于在實際實施過程中可能會受到一些幾何約束，所以使用兩個角度探頭進行檢測。如果有條件，那么最好做橫向缺陷測試。（3）c級檢測采用兩個或兩個以上的角度探頭對焊縫進行檢測，實際上是對焊縫兩側(cè)的檢測。利用兩個探頭的夾角和兩個方向的掃描來檢測側(cè)向缺陷。當(dāng)基材厚度大于100mm時，選用雙面檢測方法。另外，有幾點需要特別注意：（1）對接焊縫兩側(cè)使用斜探頭檢測時，如果通過基體部分，需要直探頭檢測；（2）對接焊縫需要對high的其余部分進行平滑操作，使探頭可以對焊縫的部分進行平行探測；（3）當(dāng)窄間隙焊縫基材厚度大于或等于40mm，焊縫基材厚度大于或等于100mm時，通常是增加連續(xù)掃描方式。

3 對于焊縫缺陷等級的評定

在確定缺陷尺寸后，根據(jù)缺陷的性質(zhì)和指示的長度，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對焊縫的質(zhì)量水平進行評估。焊縫內(nèi)部缺陷超聲檢測分為I、II、III、IV類，其中I類質(zhì)量最高，IV類質(zhì)量最低。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試樣上繪制的距離幅值曲線，通過比較缺陷在焊縫中的最高回波位置和缺陷的性質(zhì)來判斷焊縫電平。對于距離幅值曲線中反射幅值最大不超過評價線的缺陷，評定為第I類；當(dāng)最大反射波幅值超過評價線的損傷線時，缺陷檢測儀判定為裂紋等危險缺陷，無論其幅值和大小，均評定為第IV類；I區(qū)反射波幅值為I級的不開裂缺陷；反射波幅值為III區(qū)的缺陷，不論其長度如何，均定為IV類缺陷。

4 對焊縫合格以及檢測記數(shù)規(guī)則的評定

（1）焊縫內(nèi)部缺陷無損檢測的若干規(guī)定。一級焊縫探傷率為100%，即探傷總數(shù)；探傷率為20%，屬于二級焊縫探傷。當(dāng)在工廠焊接時，計算的比例是根據(jù)每一個焊縫的長度計算出來的。當(dāng)缺陷長度不超過200mm時，需要對整個焊縫進行探傷。（2）焊縫計數(shù)方法。當(dāng)工廠生產(chǎn)的焊縫長度不超過1000mm時，每個焊縫只有一個焊縫；當(dāng)長度大于1000mm時，分為300mm焊接，現(xiàn)場安裝。每個焊縫都是一個焊縫。

5 焊縫中常見缺陷的類型及其在超聲探傷中的識別應(yīng)用

5.1 氣孔

焊接時，焊縫熔池在高溫下吸收了過多的冶金和氣體，冷卻前未及時溢出，焊縫金屬內(nèi)部出現(xiàn)空洞，形狀一般為橢圓形和球形?？紫斗譃橹旅芸紫逗蛦蝹€孔隙。致密氣孔實際上是一簇反射波，其波高受氣孔大小的影響。單個通風(fēng)口回波高度很低，波形相對穩(wěn)定。具備全方位檢測能力。

5.2 未熔合

所謂未熔融是指填充的金屬層完全沒有熔合在一起。此時，反射波具有以下特征：當(dāng)探頭兩側(cè)被探測時，反射振幅各不相同。當(dāng)探頭平移時，波形基本上是穩(wěn)定的。

5.3 夾渣

夾渣是指焊縫金屬焊接后殘留的夾渣或非金屬夾雜物，其夾渣表面不規(guī)則。礦渣被分成點和渣。點渣回波信號與點氣孔相似。帶渣回波信號多呈鋸齒狀。其反射率低，一般振幅不高，波形多為樹枝狀，主峰上有小峰。當(dāng)探針被平移時，波的振幅發(fā)生變化，反射波的振幅在每個方向上都不同。

5.4 裂紋

裂紋是指焊縫或母材在焊接過程中或焊接后熱影響區(qū)發(fā)生局部斷裂的裂紋。一般來說，裂縫回波高度大，波寬寬，峰值多。當(dāng)探針平移時，反射波連續(xù)出現(xiàn)，振幅發(fā)生變化。當(dāng)探針旋轉(zhuǎn)時，峰值有一個頂部和底部的位移。

5.5 沒有焊透

未焊透是指焊接接頭的金屬未完全焊透的現(xiàn)象。一般位于焊縫的中心線上，有一定的長度。探頭在探傷過程中平移時，非焊接波形相對穩(wěn)定，焊縫兩側(cè)存在缺陷時，反射振幅相同。

6 結(jié)語

焊接是建筑鋼結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用最廣泛的連接方法。焊接質(zhì)量是鋼結(jié)構(gòu)工程施工驗收的重要組成部分。焊縫中常見的缺陷主要有氣孔、夾渣、未焊透、未熔透和裂紋，其回波各有特點。鋼結(jié)構(gòu)的施工離不開焊縫的制造。超聲波檢測以其低成本、靈活、方便、高效的特點，決定了其在鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量控制中的地位。保證鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和制造，使鋼結(jié)構(gòu)發(fā)揮其應(yīng)有的作用。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50205-2001），設(shè)計中需要完全貫通的一次焊縫和二次焊縫均需進行超聲波檢測。