分析鋼結(jié)構(gòu)焊接驗(yàn)收中無損檢測的應(yīng)用及缺陷預(yù)防

賀青云

摘 要：在鋼結(jié)構(gòu)焊接驗(yàn)收中，無損檢測目的是在鋼結(jié)構(gòu)使用前可靠地檢測出其缺陷，以便及時(shí)進(jìn)行缺陷預(yù)防。目前，常用于鋼結(jié)構(gòu)焊接驗(yàn)收中的無損檢測方法包括超聲波檢測UT、磁粉檢測MT和射線檢測RT等，其中超聲波無損檢測的應(yīng)用最廣泛。為此，本文首先分析幾種無損檢測在鋼結(jié)構(gòu)焊接驗(yàn)收中的應(yīng)用，然后針對一些常見的焊接缺陷提出預(yù)防建議。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu);焊接驗(yàn)收;無損檢測;缺陷預(yù)防

0 前言

鋼結(jié)構(gòu)是一種由鋼質(zhì)材料組成的結(jié)構(gòu)，其因自重輕、施工簡單而在港口裝卸設(shè)備、超高層建筑、大型廠房和場館等中廣泛應(yīng)用。在鋼結(jié)構(gòu)中，構(gòu)件與構(gòu)件一般采用鉚接、焊接和高強(qiáng)螺栓連接三種方式連接，其中焊接因施工效率高、承載能力強(qiáng)而被廣泛使用。但在焊接施工中，鋼結(jié)構(gòu)易因外部環(huán)境、荷載的影響而出現(xiàn)缺陷，且在應(yīng)力集中效應(yīng)下，局部焊縫缺陷將會快速出現(xiàn)斷裂失效，繼而引發(fā)安全事故。為此，為了保證鋼結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的焊接質(zhì)量，要求定期無損檢測其焊縫，以便及時(shí)加固或補(bǔ)焊存在缺陷的焊縫，繼而保證該鋼結(jié)構(gòu)使用功能的實(shí)現(xiàn)。

1 幾種常用的鋼結(jié)構(gòu)焊縫無損檢測方法

1.1 超聲波無損檢測法（UT）

UT檢測的工作原理是：在0.1-25MHz的頻率下，先向材料中引入高頻超聲波束，再分析散射、反射超聲波的特點(diǎn)，從而檢測出材料表面及其內(nèi)部存在的缺陷。研究表明，目前，在UT檢測中，常用脈沖反射法、共振法和穿透法，其中脈沖反射法的應(yīng)用最常見，即：單一探頭具有發(fā)射、接收功能，可向檢測對象間歇地發(fā)射脈沖波;探傷儀采用了A掃描式，其中縱軸表示反射波幅值，橫軸表示檢測對象中超聲波傳播的距離或時(shí)間，此時(shí)通過觀察和分析，便可判斷該檢測對象存在的缺陷類型及其位置、尺寸。

UT檢測法常用于檢測平板、T型對接焊縫。在平板對接焊縫檢測中，針對焊接母材厚45mm以上的焊縫進(jìn)行雙面檢測，以使超聲波探頭正交焊縫中心線以及使焊縫出現(xiàn)鋸齒形的檢測路徑。在焊縫掃略中，保證掃略移動范圍內(nèi)焊接截面被探測頭完全覆蓋，保證在探頭垂直焊縫的同時(shí)，可適當(dāng)轉(zhuǎn)動及其掃略轉(zhuǎn)動角為10-15°。假如焊接母材厚40mm以上且為單側(cè)坡口型焊縫，則在UT檢測中進(jìn)行串聯(lián)檢測。另外，在檢測焊縫及其熱影響區(qū)橫向的缺陷時(shí)，既要進(jìn)行鋸齒形掃略探測，又應(yīng)進(jìn)行傾斜或平行掃略探測，即：綜合應(yīng)用傾斜、平行焊縫掃略探測法，其中在傾斜掃略時(shí)，探頭與焊縫應(yīng)保持10-20°的傾斜角，但在磨平了焊縫余高后，應(yīng)進(jìn)行平行掃略探測。

在T型焊縫無損檢測中，根據(jù)鋼箱梁腹板厚度來調(diào)整UT檢測的折射角是保證檢測效果的重要條件，即：當(dāng)鋼箱梁腹板厚度≤25mm時(shí)，UT檢測折射角取65°;當(dāng)厚度為26-50mm時(shí)，折射角調(diào)整為55°;當(dāng)厚度>50mm時(shí)，折射角調(diào)整為40°。

1.2 磁粉無損檢測法（MT）

MT檢測的工作原理為：根據(jù)檢測對象磁性的改變，定位其（近）表面存在的缺陷。其中，當(dāng)檢測對象磁化時(shí)，假如該檢測對象（近）表面開裂，則磁力線的分布不均勻，而與磁場方向垂直的缺陷會引起在檢測對象表面或之上出現(xiàn)漏磁場，此時(shí)磁粉材料將會被吸附并形成磁痕，借此便可判定檢測對象存在的焊接缺陷。為了保證MT檢測效果，要求在檢測之前，徹底清理干凈被檢測焊縫的表面銹蝕物、污染物等，并通過用角磨機(jī)打磨，使原始焊縫材料的涂層厚50mm以下。在MT檢測中，按照磁粉類型，可分為干、濕法檢測，其中濕法檢測具有較高的靈敏度，而干法檢測會用到粒徑較大的磁粉顆粒，所以常用于檢測缺陷明顯的焊縫。在實(shí)際應(yīng)用中，一般會聯(lián)合使用干、濕法，即：先采用干法定位缺陷，再采用濕法精準(zhǔn)探測缺陷。

1.3 射線無損檢測法（RT）

RT檢測的原理為：利用γ、X等射線束，強(qiáng)度均勻地射入檢測對象，假如該檢測對象存在內(nèi)部缺陷，該處便會產(chǎn)生強(qiáng)度不一的現(xiàn)象，此時(shí)通過處理射線強(qiáng)度信號，便可定性判定出該檢測對象存在哪些內(nèi)部缺陷。相較于其他焊縫無損檢測法，RT檢測效率最好且檢測結(jié)果識別精度最高，既可以快速輸出缺陷圖像，又可以在膠片上保留不同位置處焊縫的檢測結(jié)果，這將方便長期保存檢測數(shù)據(jù)。但RT檢測存在的局限性也非常高，比如檢測成本高、面積型缺陷檢出率低以及存在一定的安全隱患。

2 鋼結(jié)構(gòu)焊接缺陷的預(yù)防

在鋼結(jié)構(gòu)焊接驗(yàn)收時(shí)，通過無損檢測發(fā)現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)焊縫易出現(xiàn)咬邊、氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，且一旦處理不當(dāng)，便會對整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生（非）脆性破壞，所以要求加以預(yù)防。

2.1 咬邊缺陷的預(yù)防

咬邊缺陷是指因焊接參數(shù)不對或焊接操作不當(dāng)，順著焊趾的母材產(chǎn)生凹陷或溝槽，這將會縮小母材截面積的有效值，在缺陷處出現(xiàn)應(yīng)力集中，尤其是在焊接低合金高強(qiáng)鋼時(shí)，咬邊將會引起邊緣組織淬硬，繼而引起裂紋。為了有效預(yù)防鋼結(jié)構(gòu)焊縫出現(xiàn)咬邊缺陷，要求做到下列幾點(diǎn)：合理設(shè)定焊接速度和電流;通過短弧操作，合理控制運(yùn)條方式和焊條角度;在焊接坡口焊縫時(shí)，合理控制焊條與側(cè)壁的距離。

2.2 氣孔缺陷的預(yù)防

氣孔缺陷是指在焊接中，氣泡不能在金屬凝固中完全逸出，而是殘留于金屬中，繼而形成氣孔。氣孔缺陷常見于鋼結(jié)構(gòu)焊縫的表面、內(nèi)部和根部。對此，要求從下列方面有效預(yù)防鋼結(jié)構(gòu)焊縫出現(xiàn)氣孔缺陷：改進(jìn)焊接技術(shù)，保證保護(hù)氣體持續(xù)給送不中斷;在焊接之前，清理干凈母材、焊絲表面的鐵銹和油污等，并通過合理預(yù)熱來去除水分;在焊接之前，烘干焊接材料，并將低氫型焊條存放在焊條保溫筒中;在低氫型焊條焊接中，仔細(xì)檢查電源的極性，并進(jìn)行短弧操作，或者通過回弧或使用回弧板來保證焊接效果。

2.3 夾渣缺陷的預(yù)防

夾渣是指焊接中殘留于焊縫的熔渣。夾渣缺陷在鋼結(jié)構(gòu)焊接中不可避免，但卻既會影響到焊縫的塑形和韌性，又會引起應(yīng)力集中，這對于傾角較大的焊縫，其尖角頂點(diǎn)會產(chǎn)生裂紋。對于夾渣缺陷的預(yù)防，要求改進(jìn)焊接技術(shù)，并嚴(yán)格控制焊接電流和速度;在選擇焊條時(shí)，保證其脫渣性足夠好，并在焊接中，仔細(xì)清理層間熔渣;在焊接時(shí)，合理調(diào)整焊條角度，并改進(jìn)運(yùn)條方法;當(dāng)焊接時(shí)出現(xiàn)了夾渣問題，應(yīng)合理分散尖角應(yīng)力，以免尖角頂點(diǎn)出現(xiàn)裂紋。

2.4 裂紋缺陷的預(yù)防

焊接裂紋是一種最常見且影響非常大的鋼結(jié)構(gòu)焊接缺陷，其缺口尖銳且長寬比大，一般會降低焊接件的功能性。焊接裂紋的分類較多，按照裂紋的形成條件，可以分為層狀撕裂、再熱裂紋、冷裂紋和熱裂紋等。其中，熱裂紋的預(yù)防措施包括：優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)工藝，控制好溫度區(qū)間內(nèi)焊材內(nèi)部產(chǎn)生的拉伸變形;調(diào)整成分，細(xì)化晶粒，并嚴(yán)控雜質(zhì)元素，以保證脆性溫度區(qū)間內(nèi)焊材的塑形;優(yōu)選焊材，嚴(yán)控雜質(zhì)含量，并降低焊接熱的影響;降低焊接時(shí)產(chǎn)生的焊接應(yīng)力和過熱。冷裂紋的預(yù)防措施包括：通過選擇低氫焊條等來減少焊縫中氫的含量;合理預(yù)熱和后熱;降低約束應(yīng)力，以免發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。針對變形裂紋的預(yù)防，要求控制好拉伸應(yīng)變，使其低于金屬塑性變形能力。針對再熱裂紋的預(yù)防，要求所選材料具有較低的再熱裂紋敏感性，并在工藝選擇上，控制好近縫區(qū)內(nèi)應(yīng)力和防止應(yīng)力集中。針對層狀撕裂的預(yù)防，要求改進(jìn)焊接工藝，并優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)接頭設(shè)計(jì)。

3 結(jié)語

前文，首先介紹了三種常用的鋼結(jié)構(gòu)焊縫無損檢測方法，即UT、MT和RT檢測法，這三種無損檢測在鋼結(jié)構(gòu)焊縫驗(yàn)收中的應(yīng)用有助于準(zhǔn)確定位缺陷類型及其規(guī)格;其次，針對鋼結(jié)構(gòu)焊縫存在的幾種常見缺陷提出了有效的預(yù)防措施，這對減輕缺陷對鋼結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生的不利影響具有重要意義。

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