H 型鋼結(jié)構(gòu)焊縫超聲波探傷

丁 街

（溧陽(yáng)中材重型機(jī)器有限公司，常州 213000）

筆者根據(jù)斜探頭擴(kuò)散角的計(jì)算和模擬超聲波波束路徑，對(duì)焊縫進(jìn)行快速掃查。鋼結(jié)構(gòu)大多是板厚小于25mm 的H 型鋼，焊縫開(kāi)單面坡口，背面碳棒清根，采用CO2保護(hù)焊打底，埋弧自動(dòng)焊蓋面?？紤]返修工作量和節(jié)約時(shí)間成本，在焊縫余高沒(méi)有蓋好面時(shí)進(jìn)行超聲波探傷，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。由于蓋面采用埋弧自動(dòng)焊，埋弧自動(dòng)焊的返修率比較低，所以蓋面后不進(jìn)行超聲波探傷。

1 探頭的選擇

1.1 斜探頭擴(kuò)散角度θ的計(jì)算

GB／T 11345－1989《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)》所用探頭是K2.5／70°［1］，JG／T 203－2007《鋼結(jié)構(gòu)超聲波探傷及質(zhì)量分級(jí)》所用探頭也是K2.5／70°［2］。筆者根據(jù)斜探頭擴(kuò)散角計(jì)算公式計(jì)算探頭K2、K2.5、K3（63.4°、68.2°、71.56°）的擴(kuò)散角：θ上（上擴(kuò)散角）θ下（下擴(kuò)散角）

圖1 H 型鋼圖形

式中：λL1為有機(jī)玻璃縱波的波長(zhǎng)；CS2為鋼中橫波聲速；CL1為有機(jī)玻璃縱波聲速；β為鋼中的橫波折射角；α為有機(jī)玻璃中縱波的入射角，如圖2所示。

圖2 超聲波進(jìn)入鋼中后產(chǎn)生的擴(kuò)散角

通過(guò)上面計(jì)算公式得出計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 斜探頭的擴(kuò)散角度 （°）

1.2 模擬超聲波波束路徑

根據(jù)表1斜探頭的擴(kuò)散角度模擬超聲波波束路徑如圖3。

從圖3（b），（c）可以看出K2.5，K3探頭直射波都可以覆蓋整個(gè)焊縫，圖3（a）探頭K2（63.4°）探頭存在掃查盲區(qū)。由于探頭K2，K2.5，K3（63.4°，68.2°，71.56°）一次反射波的指向性差，反射變型波多，所以不宜使用一次反射波，探頭K2（63.4°）在鋼中近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度要比探頭K2.5，K3（68.2°，71.56°）要大，也不宜使用K2（63.4°）探頭。通過(guò)上面探頭的比較，筆者選用68.2°，71.56°（K2.5或K3）的探頭直射波進(jìn)行檢測(cè)。

2 掃查面選擇

GB／T 11345－1989B級(jí)檢測(cè)，采用同一種角度探頭在焊縫的單面雙側(cè)進(jìn)行檢測(cè)，大于100mm 時(shí)，采用雙面雙側(cè)檢測(cè)。受幾何條件限制，可在焊縫雙面單側(cè)采用兩種角度探頭進(jìn)行探傷。T 型焊縫可采用直探頭翼板探傷［1］。JG／T 203－2007《鋼結(jié)構(gòu)超聲波探傷及質(zhì)量分級(jí)》B級(jí)檢測(cè)，采用同一種角度探頭單面雙側(cè)檢測(cè)。母材厚度大于100 mm 時(shí)，采用雙面雙側(cè)檢測(cè)。T 型和角接接頭可采用直探頭在翼板外側(cè)探傷［2］。筆者采用K2或K3探頭在腹板側(cè)利用一次波進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)上面模擬超聲波波束路徑可以看出K2.5，K3（68.2°，71.56°）探頭直射波可以覆蓋整個(gè)焊縫探傷區(qū)域圖3（b），（c），這樣可以減少更換探頭和對(duì)工件翻轉(zhuǎn)的時(shí)間，從而達(dá)到快速探傷的目的。從圖3（b），2（c）還可以看出K2.5，K3（68.2°，71.56°）的探頭波束與翼板角度小，對(duì)腹板與翼板之間的未熔合和腹板側(cè)熱影響區(qū)的裂紋也有較高的檢出率。

3 掃查靈敏度和儀器的選擇

靈敏度以φ3×40－16dB 為評(píng)定線，φ3×40－10dB為定量線，φ3×40－4dB 為判廢線，表面補(bǔ)償為4dB，原則上掃查靈敏度不低于最大聲程處的評(píng)定線靈敏度。由于使用的是數(shù)字機(jī)，掃查工件時(shí)應(yīng)使雜波達(dá)到5%波高作為掃查靈敏度，這樣既可以對(duì)小的波形進(jìn)行分析判斷，也可以避免靈敏度不足造成漏檢，從而減小了漏檢的幾率。

儀器應(yīng)選擇分辨率高、采樣頻率高的儀器，這樣可以快速掃查判斷是否是缺陷波，筆者使用的是CTS－9009型數(shù)字超聲探傷儀。

4 工件探傷

4.1 焊縫中的偽缺陷波

H 型鋼超聲波探傷中存在偽缺陷波，如焊道反射波、蓋面沒(méi)蓋滿的反射波、翼板側(cè)反射波、變型反射波、表面波，這些波可采用以下幾種辦法別除。

焊道反射波一般與腹板板厚相同或偏移板厚±1～2mm，水平距離在焊縫中間。

蓋面沒(méi)蓋滿的反射波一般小于腹板板厚1～2mm，水平距離在腹板側(cè)焊縫邊緣如圖4（a）。

翼板側(cè)反射波與翼板厚度有關(guān)，腹板板厚不變翼板板厚越厚，反射波偏移腹板板厚越大，反之越?。划?dāng)翼板板厚小于腹板板厚時(shí)，腹板與翼板之間的未熔合和腹板側(cè)熱影響區(qū)的裂紋與翼板側(cè)反射波重合不能分辨，此時(shí)要注意。

變型反射波一般大于腹板板厚，不會(huì)影響缺陷波的判斷。

表面波可以采用清除探頭前面多余的飛濺和耦合劑，表面波會(huì)消失或波高下降，以此來(lái)判斷探頭表面波。

圖4 超聲波掃查焊縫部位缺陷顯示波形

4.2 焊縫中的主要缺陷波形分析

實(shí)際探傷中采用K2.5，K3探頭時(shí)，由于上擴(kuò)散角擴(kuò)散較大造成缺陷反射波弱，往往一些嚴(yán)重的夾渣和密集氣孔會(huì)因?yàn)闆](méi)有超過(guò)定量線而視為合格。因此需對(duì)波形進(jìn)行分析，筆者大膽嘗試對(duì)缺陷進(jìn)行定性，焊縫主要產(chǎn)生缺陷為未熔合、未焊透、夾渣、氣孔、裂紋。筆者探傷時(shí)遇到過(guò)夾渣、氣孔、未熔合。

夾渣：多為清根不到位，埋弧自動(dòng)焊蓋面時(shí)藥渣浮不上來(lái)，多為焊接工藝不正確，一般缺陷有一定的長(zhǎng)度。波形較寬波峰有多個(gè)高點(diǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)探頭時(shí)波高有所起伏。一般在翼板和腹板結(jié)合處靠近焊縫表面和焊縫根部如圖4（b）。

未熔合：多發(fā)生在CO2保護(hù)焊，由于運(yùn)條角度不穩(wěn)定和電流電壓不對(duì)而產(chǎn)生，一般伴隨氣孔夾渣出現(xiàn)，波高較高，轉(zhuǎn)動(dòng)探頭時(shí)波高有所起伏。一般多在翼板和腹板結(jié)合處波形如圖4（c）。

氣孔：多為清根不到位，CO2保護(hù)焊時(shí)氣體不純和氣體保護(hù)不到位，一般缺陷成鏈狀有一定長(zhǎng)度。波形窄波峰尖銳波高不高，轉(zhuǎn)動(dòng)探頭時(shí)如果氣孔不致密，可以看到一個(gè)波高迅速下降而另一個(gè)波高迅速升起，如果氣孔致密，仔細(xì)看也有上面的情況，往往有時(shí)候探頭分辨不開(kāi)，左右移動(dòng)探頭成條狀。一般靠近腹板側(cè)和焊縫根部波形如圖4（d）。

5 結(jié)論

利用兩種不同角度橫波斜探頭一次波單面單側(cè)探傷，可以減少更換探頭與對(duì)工件其它面掃查的時(shí)間，從而不影響制造時(shí)間又很好地保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。

由于工作量大再加上要求對(duì)缺陷進(jìn)行定性，這要求檢測(cè)人員有較高的責(zé)任心和豐富的工作經(jīng)驗(yàn)。

［1］ GB／T 11345－1989 鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)［S］.

［2］ JG／T 203－2007 鋼結(jié)構(gòu)超聲波探傷及質(zhì)量分級(jí)［S］.