試論超聲波檢測(cè)在焊接質(zhì)量中的應(yīng)用

李海平

（成都產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院有限責(zé)任公司，四川 成都 610100）

0 引言

超聲波檢測(cè)是一種檢測(cè)方法，主要是在不破壞工件表面或不影響工件使用壽命條件下通過專用儀器設(shè)備對(duì)其內(nèi)部缺陷信息的技術(shù)操作，簡(jiǎn)稱無損檢測(cè)。隨著檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，無損檢測(cè)越來越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量檢測(cè)中，在檢測(cè)焊接質(zhì)量過程中，無損檢測(cè)發(fā)揮了自身檢測(cè)間隔大、檢測(cè)設(shè)備小、便于攜帶以及檢測(cè)效率高等優(yōu)勢(shì)。另外在檢測(cè)過程中，只會(huì)給探頭造成磨損以及消耗磨合劑，因此檢測(cè)成本較低。

1 工程概況

某高鐵站規(guī)模為2 臺(tái)四線，高鐵站房屬于線測(cè)平式，建筑面積為9995m2，為框架式結(jié)構(gòu)，兩側(cè)附有兩層用房，局部有夾層，候車室為1 層。這里在建造過程中涉及焊接的部位有鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架、站臺(tái)風(fēng)雨棚、總鋼量為860t，采用的主要材質(zhì)是Q355B，這些主要的網(wǎng)架和風(fēng)雨棚桿件需要加工好再按進(jìn)度分批進(jìn)場(chǎng)，以便進(jìn)行組裝或者焊接[1]。

2 超聲明探傷無損檢查的過程

超聲波檢測(cè)的效率較快，通常情況下，需要給出缺陷的種類、缺陷位置及長(zhǎng)度，但是對(duì)于一些重要結(jié)構(gòu)的承力和存在風(fēng)向的項(xiàng)目，需要依靠探傷檢測(cè)人員的專業(yè)知識(shí)和綜合能力來判斷，對(duì)探傷檢測(cè)人員具有較高的要求。

2.1 校準(zhǔn)

超聲波檢測(cè)所用儀器設(shè)備需要提前校準(zhǔn)才能使用，工作人員需要依據(jù)相關(guān)規(guī)定和操作規(guī)范進(jìn)行操作，保證儀器設(shè)備使用的準(zhǔn)確性，校準(zhǔn)在使用過程中十分重要，工作人員需要對(duì)使用設(shè)備及探頭，在專用試塊上進(jìn)行校準(zhǔn)，才能保證探傷檢測(cè)的準(zhǔn)確性。設(shè)備校準(zhǔn)后還需要清理待檢工件探測(cè)面，將清除表面干凈，保證儀器設(shè)備的靈敏度等符合使用要求。除此之外，耦合劑的使用也需要選擇合理，其黏度和流動(dòng)性、腐蝕性會(huì)在一定程度上影響探傷檢測(cè)的結(jié)果[2]。

2.2 首次檢測(cè)

在準(zhǔn)確進(jìn)行探傷檢測(cè)之前，應(yīng)了解圖紙上對(duì)鋼架等結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的檢查要求，明確操作標(biāo)準(zhǔn)、查看無損檢測(cè)工藝規(guī)程、工藝卡，確定待檢材料的厚度等。此過程需要結(jié)合力學(xué)、化學(xué)、聲學(xué)等方面知識(shí)，還需要認(rèn)真關(guān)注示波屏中全部的回波信號(hào)，一旦回波超過了評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行標(biāo)記以便為后續(xù)的檢測(cè)定量打好基礎(chǔ)[3]。

2.3 精準(zhǔn)探傷

顧名思義，這個(gè)過程需要保證探傷檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此在檢測(cè)過程中需要控制好速度，做到認(rèn)真仔細(xì)。對(duì)于首次檢測(cè)中出現(xiàn)的問題也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行二次檢測(cè)，并找出缺陷中的位置及長(zhǎng)度，記錄好以便改進(jìn)。一些局部的焊縫，若缺陷在允許的范圍內(nèi)，需要在焊縫的兩端延長(zhǎng)探傷的長(zhǎng)度，這個(gè)伸長(zhǎng)長(zhǎng)度應(yīng)在檢測(cè)長(zhǎng)度的10%以上，因此操作人員應(yīng)充分了解鋼架結(jié)構(gòu)，以免影響探測(cè)過程中的誤判或漏檢[4]。

2.4 探測(cè)復(fù)核

這一次檢測(cè)是對(duì)以上兩次檢測(cè)結(jié)果的復(fù)驗(yàn)，探傷的方式、使用儀器設(shè)備、操作人員也應(yīng)相同，為了減少檢測(cè)時(shí)間，可以適當(dāng)加快檢測(cè)的速度。

3 超聲波檢測(cè)的技術(shù)要求和要點(diǎn)

3.1 技術(shù)要求

在超聲波無損檢測(cè)的過程中，需要較高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，工作人員不僅需要掌握多方面的綜合知識(shí)，還要明確國(guó)家相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，在開始探傷檢測(cè)之前，充分了解圖紙的內(nèi)容，查看無損檢測(cè)工藝規(guī)程、工藝卡，確定待檢材料的厚度等為探傷檢測(cè)做好充足的準(zhǔn)備。超聲波探傷檢測(cè)更適用于其焊接質(zhì)量方面的內(nèi)容，保證符合設(shè)計(jì)圖紙的要求標(biāo)準(zhǔn)，從而保證超聲波探傷檢測(cè)的效果。

3.2 操作要點(diǎn)

在進(jìn)行超聲波檢測(cè)過程中，操作人員必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)范來進(jìn)行，針對(duì)所檢焊縫的長(zhǎng)度比例，運(yùn)用科學(xué)合理的計(jì)算方式，從而保證所檢焊縫的長(zhǎng)度滿足相關(guān)規(guī)定要求。另外，還需要確定探傷的時(shí)間在焊接工作結(jié)束24h 之后再進(jìn)行操作，確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 超聲波檢測(cè)用于焊接質(zhì)量的檢測(cè)與預(yù)防

超聲波檢測(cè)需要整合多方面的專業(yè)知識(shí)，同時(shí)這種檢測(cè)方式根據(jù)被檢測(cè)對(duì)象的種類和性質(zhì)可分為幾個(gè)方面，有氣孔檢測(cè)、夾渣檢測(cè)、裂紋檢測(cè)、未焊透檢測(cè)、未熔合檢測(cè)等。檢測(cè)類型的檢測(cè)機(jī)理和產(chǎn)生原因見表1。

表1 檢測(cè)機(jī)理和產(chǎn)生原因

4.1 氣孔檢測(cè)與預(yù)防

利用超聲波檢測(cè)進(jìn)行前期的氣孔檢測(cè)工作，是無損檢測(cè)中重要的部分，能夠?yàn)楹笃诘臋z測(cè)工作打好基礎(chǔ)。單個(gè)氣孔的回波高度低，能夠保證其自身的穩(wěn)定性，同時(shí)進(jìn)行多個(gè)方向的探測(cè)工作，反射波和回波是具有一致性的，但如果探頭波表現(xiàn)出變化，反射波就會(huì)消失。另外，氣孔檢測(cè)過程中，密集氣孔會(huì)出現(xiàn)一簇反射波，波高根據(jù)氣孔的大小發(fā)生改變，當(dāng)探頭作定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)生此起彼落。這類缺陷產(chǎn)生的原因主要是焊接材料沒有在符合規(guī)定的溫度下進(jìn)行烘干造成的，從而使得焊條藥皮發(fā)生變質(zhì)脫落。也有可能是焊芯發(fā)生了銹蝕、焊絲清理不當(dāng)或者是手工焊時(shí)使用的電流過大造成的[5]。如果氣孔長(zhǎng)期存在，就會(huì)導(dǎo)致儀器的檢測(cè)性能下降甚至縮短使用壽命。氣孔的出現(xiàn)可能是單一性的，也可能是集中多個(gè)存在的。因此在進(jìn)行焊接工作時(shí)，一定要將焊接面清理干凈，控制好焊接的溫度，保證操作手法和溫度符合技術(shù)的操作規(guī)范和相關(guān)要求。

4.2 夾渣檢測(cè)與預(yù)防

超聲波檢測(cè)同樣廣泛應(yīng)用于焊接夾渣檢測(cè)中，通常情況下，夾渣的回波信號(hào)和點(diǎn)狀氣孔的特點(diǎn)一致，而條狀?yuàn)A渣的回波信號(hào)呈鋸齒狀，在這種情況下，回波的波幅較低。條狀?yuàn)A渣的波形為樹枝狀，在探頭發(fā)生平移時(shí)會(huì)發(fā)生變動(dòng)，因此工作人員能夠在檢測(cè)過程中掌握各個(gè)方向的反射波幅。產(chǎn)生夾渣的主要原因是焊接操作室電流過小以及焊接速度過快造成的[6]。為了預(yù)防焊接過程中夾渣的出現(xiàn)，需要嚴(yán)格控制電流大小和焊接速度，從而提高焊接質(zhì)量。除此之外，還要提高工作人員對(duì)焊接操作流程和操作規(guī)范的重視，確保夾渣檢測(cè)的順利開展。

4.3 裂紋檢測(cè)與預(yù)防

運(yùn)用超聲波檢測(cè)對(duì)焊接質(zhì)量中裂紋檢測(cè)也十分常見，通常情況下，裂紋的回波高度比波幅的寬度要大，因此，當(dāng)探頭出現(xiàn)平移時(shí)，會(huì)導(dǎo)致反射波出現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象，但是裂紋在焊接工作中屬于較為嚴(yán)重的質(zhì)量問題，導(dǎo)致出現(xiàn)這種情況的原因是焊接強(qiáng)度的減弱和熱應(yīng)力的過度集中[7]。因此進(jìn)行裂紋檢測(cè)需要格外認(rèn)真仔細(xì)，是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)。對(duì)裂紋的預(yù)防，需要工作人員將焊條和焊劑的堿度提高，同時(shí)嚴(yán)格控制焊接的工作流程，確保焊接工作按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行，從而提高超聲波檢測(cè)在焊接質(zhì)量檢測(cè)中的效率。

4.4 未焊透檢測(cè)與預(yù)防

超聲波檢測(cè)也可以用于焊接質(zhì)量中的未焊透檢測(cè)中。未焊透結(jié)構(gòu)的反射率和波幅較高，因此在探頭波發(fā)生平移時(shí)，反射波波形出于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，在焊縫的兩側(cè)進(jìn)行探傷無損檢測(cè)，能夠得到大體一致的反射波幅。產(chǎn)生未焊透質(zhì)量問題的主要原因通常是由于坡口純邊間隙過小，或者電流太小和焊接速度過快，坡口角度小或者焊接角度不正確等。預(yù)防未焊透現(xiàn)象的出現(xiàn)需要在進(jìn)行焊接工作時(shí)采用坡口型的裝配間隙適中的科學(xué)合理的焊接工藝。

4.5 未熔合檢測(cè)與預(yù)防

焊接質(zhì)量的常見問題中，兩個(gè)焊接面之間未熔合出現(xiàn)的頻率也較高。這種問題也可以利用超聲波檢測(cè)來檢查，在檢測(cè)過程中，這種情況會(huì)導(dǎo)致波形不穩(wěn)定甚至不可見。出現(xiàn)未熔合情況的主要原因通常是焊接之前兩個(gè)焊接面的清理不當(dāng)，有雜質(zhì)殘留，或者焊接期間電流過小等。預(yù)防這種未熔合焊接質(zhì)量問題，需要工作人員在焊接工作進(jìn)行之前，仔細(xì)對(duì)兩個(gè)焊接面進(jìn)行徹底清理，還要將電流的參數(shù)調(diào)整到焊接操作規(guī)定范圍內(nèi)，從而避免未熔合情況的出現(xiàn)。

鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中承重結(jié)構(gòu)占據(jù)著一席之地，其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)決定其應(yīng)用的廣泛性，鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量直接決定著建筑工程的承重能力，影響著建筑工程的整體質(zhì)量，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于保證整個(gè)工程的建筑質(zhì)量具有重要的意義。

5 結(jié)語

近年來工程檢測(cè)逐步高科技化、高效化、無損化，超聲波檢測(cè)方式也逐漸受到重視，這種檢測(cè)方式能夠促進(jìn)建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的提高，保證焊接對(duì)象的強(qiáng)度和安全性，是一種能夠?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)的焊接進(jìn)行全面的、統(tǒng)一的測(cè)試和檢測(cè)方法。這種檢測(cè)方式對(duì)工作人員的專業(yè)性和綜合素養(yǎng)的要求較高，這就需要相關(guān)單位提高崗位門檻，保證持證上崗，加強(qiáng)對(duì)探傷檢測(cè)人員的培訓(xùn)和管理，應(yīng)持證上崗，保證超聲波檢測(cè)在焊接質(zhì)量等各種檢測(cè)中的作用發(fā)揮，從而保證建筑工程質(zhì)量。