某鋼結(jié)構(gòu)工程異形截面接頭焊縫超聲波檢測(cè)

王余剛

1 概述

鋼結(jié)構(gòu)工程在現(xiàn)代建筑中得到越來(lái)越多的應(yīng)用,如廣州的新電視塔、廣州亞運(yùn)城綜合體育館等,都在不同程度上體現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑中日益重要的地位。伴隨這些重要建筑出現(xiàn)的是一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式或異形截面鋼結(jié)構(gòu)接頭的出現(xiàn)。例如即將建成的正佳廣場(chǎng)西塔工程,采用的鋼柱截面形式有矩形、圓形以及多面異形截面等,在這幾種截面形式接頭中給探傷帶來(lái)難度的是異形柱截面中斜面對(duì)接接頭焊縫的超聲波檢測(cè),這種焊接接頭的使用給探傷工作者在缺陷定位技術(shù)上提出了新的要求,如果采用常規(guī)的檢測(cè)定位方法,將可能會(huì)造成一定的錯(cuò)誤,給工程質(zhì)量留下隱患。

2 問(wèn)題的提出與解決

依據(jù)GB 50205-2001鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范第5.2.4條[1]:設(shè)計(jì)要求全焊透的一、二級(jí)焊縫應(yīng)采用超聲波探傷進(jìn)行內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn),其內(nèi)部缺陷分級(jí)及探傷方法應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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)的規(guī)定。在GB/T 11345-1989中對(duì)焊縫檢測(cè)進(jìn)行了檢驗(yàn)區(qū)域的規(guī)定[2]:焊縫本身再加上焊縫兩側(cè)各相當(dāng)于母材厚度30%的一段區(qū)域,這個(gè)區(qū)域最小10 mm,最大20 mm。筆者根據(jù)探傷實(shí)踐給出一些分析,借以解決實(shí)際的探傷問(wèn)題。

2.1 平板焊縫的缺陷定位[4]

常規(guī)平板焊縫對(duì)接接頭探傷,如圖1所示,假設(shè)缺陷深度為H,數(shù)字機(jī)探傷按深度掃描調(diào)節(jié),折射角為β,在波形信號(hào)準(zhǔn)確反映缺陷的前提下,使用數(shù)字機(jī)可直接顯示缺陷的正確深度和距探頭前端的水平距離,缺陷定位比較準(zhǔn)確與直觀。

2.2 斜面對(duì)接接頭焊縫探傷分析

如圖2所示,假設(shè)檢驗(yàn)區(qū)域中存在兩處缺陷,當(dāng)超聲波從位置1入射探測(cè)到f1反射波信號(hào),根據(jù)數(shù)字機(jī)顯示平行板面距離測(cè)量位置處于A點(diǎn)位置,據(jù)此可以判斷缺陷處于檢驗(yàn)區(qū)域外部,但實(shí)際缺陷處于檢驗(yàn)區(qū)域內(nèi)部,缺陷漏判。當(dāng)超聲波從位置2入射探測(cè)到f2反射波信號(hào),如圖2所示,B點(diǎn)處于探測(cè)面延長(zhǎng)線上,此時(shí)缺陷判斷比較困難,按平板接頭定位缺陷深度為Bf2,但B點(diǎn)處于焊縫表面上方,實(shí)際操作會(huì)判斷為 Bf2′,如果按照 Bf2′位置去返修找缺陷則可能找不到真正的缺陷。

如圖3所示,假設(shè) f1為母材中反射體,f2為缺陷。超聲波從位置1入射探測(cè)到 f1反射波信號(hào),根據(jù)數(shù)字機(jī)顯示平行板面距離測(cè)量位置處于A點(diǎn)位置,判斷反射體信號(hào)處于檢驗(yàn)區(qū)域內(nèi)部,則可能判斷為檢驗(yàn)區(qū)域內(nèi)的缺陷。當(dāng)超聲波從位置2入射探測(cè)到f2反射波信號(hào),由于結(jié)構(gòu)的原因,此時(shí)難以測(cè)讀缺陷信號(hào)的準(zhǔn)確位置。

針對(duì)上述分析,筆者根據(jù)超聲波探傷數(shù)字儀器的使用特點(diǎn),提出了下述的分析辦法。如圖4所示,對(duì)應(yīng)外凸斜面對(duì)接接頭,超聲波入射點(diǎn)為 O點(diǎn),缺陷反射體為 f,探頭入射角為 β,斜面夾角為 θ,則與探測(cè)面平行的距離以及缺陷深度分別為L(zhǎng)1和 H1,此時(shí)探傷情況同圖2分析,易造成缺陷的漏判或返修找不到探測(cè)到的缺陷。為解決上述問(wèn)題,假設(shè)入射角為β+θ,入射點(diǎn)仍為 O點(diǎn),此時(shí)則可以將斜面接頭定位看作類(lèi)似平板接頭探傷定位,L表示探頭入射點(diǎn)至缺陷的水平距離。根據(jù)三角形計(jì)算關(guān)系可以分別得到:

在實(shí)際探傷時(shí),用折射角為β的探頭、深度掃描調(diào)試數(shù)字機(jī)并做好 DAC曲線[2]后,將探頭折射角參數(shù)輸入調(diào)整為 β+θ,由于探頭的實(shí)際入射角度不因儀器設(shè)置而改變,因此探頭仍將按照β折射角實(shí)測(cè)值掃查檢驗(yàn)區(qū)域,而當(dāng)掃查到有缺陷反射信號(hào)時(shí),儀器分析軟件則會(huì)用β+θ折射角進(jìn)行計(jì)算定位,這樣在數(shù)字機(jī)屏幕上將顯示出H2與L的讀數(shù),根據(jù)讀數(shù)L可以直觀的判斷反射信號(hào)是否處于檢驗(yàn)區(qū)域范圍內(nèi)并測(cè)量準(zhǔn)確的水平位置,需要強(qiáng)調(diào)的是此時(shí)要注意扣除探頭前沿的長(zhǎng)度。當(dāng)判斷反射信號(hào)為缺陷信號(hào)時(shí),依據(jù)式(3)用計(jì)算器計(jì)算出h,結(jié)合儀器顯示的深度值可以算出缺陷深度數(shù)值:H=H2+h,這樣就可以判斷出外凸斜面對(duì)接接頭焊縫缺陷顯示的真實(shí)深度,實(shí)現(xiàn)缺陷的準(zhǔn)確定位。在焊縫的另一側(cè)則以正常的平板對(duì)接接頭焊縫探傷方式進(jìn)行檢測(cè),實(shí)現(xiàn)全熔透焊縫的B級(jí)單面雙側(cè)檢驗(yàn)。

對(duì)應(yīng)內(nèi)凹斜面對(duì)接接頭焊縫,如圖5所示,參數(shù)不變,DAC曲線制作完成后將數(shù)字機(jī)折射角參數(shù)修改為β-θ,此時(shí),也可以看作為類(lèi)似平板接頭焊縫定位探傷檢測(cè)。數(shù)字機(jī)仍將按照實(shí)測(cè)β折射角掃查檢驗(yàn)區(qū)域,當(dāng)發(fā)現(xiàn)有缺陷反射信號(hào)時(shí)則用β-θ折射角進(jìn)行計(jì)算定位,這樣在數(shù)字機(jī)中將顯示出H2與L的讀數(shù),根據(jù)讀數(shù)L可以測(cè)量準(zhǔn)確的水平位置以及直接判斷反射信號(hào)是否處于檢驗(yàn)區(qū)域范圍內(nèi)。當(dāng)判斷反射信號(hào)為缺陷信號(hào)時(shí),只需用鋼尺量出h值,則缺陷的實(shí)際深度就可以通過(guò) H=H2-h算出,這樣就可以判斷出內(nèi)凹斜面對(duì)接接頭焊縫缺陷顯示的實(shí)際深度,實(shí)現(xiàn)缺陷的準(zhǔn)確定位。然后在焊縫的另外一側(cè)采用正常的平板對(duì)接焊縫定位檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全熔透焊縫的B級(jí)單面雙側(cè)檢驗(yàn),實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)檢驗(yàn)區(qū)域的全掃查。

3 結(jié)語(yǔ)

筆者參與了部分正佳廣場(chǎng)西塔工程異形鋼柱焊接接頭焊縫質(zhì)量檢驗(yàn),針對(duì)檢測(cè)過(guò)程中遇到的定位問(wèn)題結(jié)合該種接頭焊縫超聲檢測(cè)的特殊性進(jìn)行了上述分析,檢測(cè)方法依據(jù)GB/T 11345-1989規(guī)定執(zhí)行。根據(jù)對(duì)該工程已經(jīng)檢畢的二十幾層異形柱的對(duì)接接頭焊縫檢測(cè)質(zhì)量結(jié)果分析并結(jié)合出現(xiàn)超標(biāo)缺陷焊縫的返修情況來(lái)看,本文提出的分析方法非常適用于該類(lèi)型焊接接頭的現(xiàn)場(chǎng)超聲檢測(cè)定位分析,為工程焊接質(zhì)量提供了保證。

[1] GB 50205-2001,鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2] 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].

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

[4] 全國(guó)鍋爐壓力容器無(wú)損檢測(cè)人員考委會(huì).超聲波探傷[Z].北京:勞動(dòng)部鍋爐壓力容器安全雜志社,1995.

[5] 陳景輝.焊縫超聲波中一種偽缺陷的判定識(shí)別[J].山西建筑,2008,34(2):170-171.