超聲波探傷技術在鋼結構無損檢測中的應用

曹國梁

(惠州市大禹工程質量檢測中心有限公司，廣東 惠州 516001)

0 引 言

在鋼閘門焊接施工完成后，一般需要對其焊縫質量進行檢測，主要目標在于發(fā)現焊縫質量缺陷、采取防腐、加固等補救措施。超聲波探傷是一種無損檢測技術，檢測結果精準、對鋼結構影響較小，因此被廣泛應用于鋼閘門焊縫質量檢測中。超聲波探傷主要有水浸探傷及脈沖反射兩種方式，均能檢測鋼閘門焊縫內外部的質量缺陷，可幫助檢測人員對缺陷進行精準定位、了解缺陷類型。

1 T型焊縫常見的質量缺陷

T型焊縫是水利工程鋼結構中常用的焊縫類型，其由腹板及翼緣板組成，分為組合焊縫及角縫兩種類型。按照焊縫的位置、承受壓力的形式、強度設計方式等可對T型焊縫進行分級。通常情況下，水利工程鋼結構中的T型焊縫大多被列為重要焊縫。T型焊縫施工工藝較為復雜、施工難度較高，如果施工人員施工水平較低，或沒有按照技術標準進行施焊作業(yè)則極有可能造成焊縫缺陷。

T型焊縫常見的質量缺陷包括：焊接熔合不良，如未焊透、未熔合，形成的原因可能為焊接規(guī)范不正確(電壓、電流、預熱等)、焊接操作不正確(如坡口角過小、鈍邊之間縫隙過小等)；焊接裂紋，如熱裂紋、冷裂紋；焊接孔洞，如氣孔、縮孔。其中氣孔缺陷形成的主要原因在于焊接過程中保護氣未在熔池結晶環(huán)節(jié)處，而是殘留在焊縫金屬中；焊接夾雜物，如夾珠、夾鎢。其中夾珠質量缺陷是指焊接后焊縫中有氧化物、硫化物等非金屬雜質殘留。夾鎢質量缺陷是指在采用鎢極惰性氣體保護焊工藝是，焊縫中有鎢粒殘留。

2 超聲波探傷技術的應用方式

2.1 工程概況

西瀝水貝排澇站位于永良圍上，具有灌溉、內澇排洪等綜合性作用。由于該排澇站建設時間久遠，部分位置出現嚴重滲漏、攔污柵變形移位等問題，存在較大的安全隱患，同時，該排澇站建設期間閘體、閘基礎等施工技術較為落后，導致排澇站無法全面滿足該區(qū)域防洪排澇需求。為此，決定對該排澇站進行拆除重建。排澇站的出口閘室鋼閘門安裝采用預裝拼接工藝，在拼裝定位、尺寸檢查合格后對鋼閘門進行焊接加固，施焊原則為：由中間到四周對稱退步，焊縫為T型。除此之外，該工程要求鋼閘門焊接后首先需要對其外觀進行檢查，外觀合格后嚴格按照NB/T35045-2014規(guī)范要求對鋼閘門焊縫進行超聲波無損探傷檢測。

2.2 鋼閘門焊縫超聲波探傷

根據NB/T35045-2014規(guī)范要求，結合上述T型焊縫常見的質量缺陷，該工程鋼閘門無損檢測中采用如圖1所示的超聲波探傷技術。

圖1 鋼閘門焊縫超聲波探傷方式示意圖

1)如圖1所示，在兩處探頭2位置采用直探頭在翼緣板外側進行檢測，主要用于檢測腹板與翼緣板間焊縫是否存在焊接熔和不良的缺陷；翼緣板側焊縫是否存在焊接裂紋缺陷。在對該兩處位置進行超聲波探傷時，可選用2.5MHz的探頭頻率、2.5P10的直探頭。同時，要按照翼緣板的厚度確定探頭晶片的尺寸，在保證有效穿透的基礎上盡量選擇小尺寸晶片，以減小近場區(qū)長度。除此之外，在超聲波探傷過程中需要明確區(qū)分底波和缺陷波，以保證無損檢測結果的精準性、可靠性。

2)在探頭1位置采用斜探頭對腹板進行1、2次波檢測，主要用于檢測腹板與翼緣板之間的焊縫是否存在焊接熔和不良(未焊透、未熔合)等質量缺陷。需要注意的是，在采用斜探頭進行超聲波探傷時，其頻率需要保持在2.5MHz至5.0MHz之間，并且按照腹板的厚度精準選擇斜探頭的K值。表1為探頭K值的選擇參照。

表1 按照腹板厚度選擇斜探頭K值的參照表

除此之外，如果腹板與翼緣板焊縫存在未焊透的缺陷，單純依靠一個探頭K值只能確定缺陷的位置與探測面垂直，為確定缺陷的精準位置還需要另選一個K值進行檢測，以提升超聲波探傷對焊縫質量缺陷的靈敏度。

3)在探頭3位置采用斜探頭進行探傷，對于翼緣板的外側采用1次波檢測，對于翼緣板的內側則采用2次波檢測。相對而言，對翼緣板外側進行1次波探傷的精確度優(yōu)于內側探傷，并且能夠發(fā)現翼緣板與腹板焊縫的橫向、縱向等質量缺陷。但是應用該超聲波探傷方法時，首先需要標注出腹板的中心線以及焊縫的位置。

上述3種超聲波探傷方法一般不單獨使用，在該工程鋼閘門焊縫質量檢測中將第2種及第3種探傷方式聯用，實踐結果表明聯合超聲波探傷技術下焊縫質量缺陷檢出率較高。

2.4 超聲波探傷結果評定

超聲波探傷結果的評定需要依據《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級標準》(GB/T 11345-2013)對焊縫質量進行分級。通過梳理相關文獻發(fā)現，當前對于水利工程鋼閘門焊縫質量的要求并非為全熔透，而是通過設計焊角高度使焊縫中心位置全熔透，以保證鋼閘門能夠滿足實際應用需求。為此，該工程對鋼閘門焊縫質量進行檢測后，監(jiān)理單位表示其基本滿足設計要求，其質量可按照合格處理。

3 影響超聲波探傷無損檢測結果的因素及應對措施

影響超聲波探傷無損檢測結果的因素可分為人為因素及非人為因素兩大類，其中人為因素主要包括檢測人員的技能、專業(yè)素養(yǎng)、職業(yè)態(tài)度及責任感等，為避免人為因素影響檢測結果，應選擇專業(yè)技能基礎扎實、接受過系統(tǒng)性培訓、對材料、焊接工藝及接縫槽類型等有一定了解的檢測人員。非人為因素主要包括耦合劑材料、工作溫度及焊縫余高。對于耦合劑材料一般可選用化學漿糊，但檢測后需要及時清理，避免對鋼結構造成負面影響；當室溫與工作溫度不一致時需要在工作溫度下完成DCA曲線制作；為避免因焊縫余高造成誤判，監(jiān)測人員需要依據焊縫的外形調整探頭角度，在必要時還需要打磨焊縫。

4 結 語

超聲波探傷技術在鋼結構無損檢測中具有廣泛的應用前景，其具有精度高、操作簡單、對鋼結構影響較小的優(yōu)勢。文章以西瀝水貝排澇站改造工程為例，簡要介紹了該工程中鋼閘門焊縫質量的超聲波探傷方法以及應用注意事項，并分析了影響超聲波探傷檢測結果精準性的人為因素與非人為因素，具有一定的參考意義。