建筑鋼結構焊縫超聲波檢測技術探析

夏樂希，王建國

（南京方園建設工程材料檢測中心，江蘇 南京 211100）

建筑鋼結構焊縫超聲波檢測技術探析

夏樂希，王建國

（南京方園建設工程材料檢測中心，江蘇 南京 211100）

目前鋼結構在建筑中運用廣泛，為了讓不相連的鋼結構固連，操作中會產生焊縫。焊縫質量難以靠肉眼識別，所以在檢測時需要運用特別的技術手段。文章圍繞建筑鋼結構焊縫檢測的技術，對焊縫種類和探傷方法進行了分析，并以超聲波檢測為例，討論了超聲波探傷具體實施，為今后鋼結構的探傷檢測奠定基礎。

建筑；鋼結構；焊縫；超聲波探傷；檢測

在鋼結構應用時，對于鋼結構加工焊接過程中出現的焊縫質量不可靠問題，先進的檢測手段可以督促施工人員進行優質施工。在眾多檢測技術中，超聲波探傷技術在鋼結構焊縫內部缺陷檢測中應用最廣，文章將以此為例，探討焊縫類型和超聲波探傷實現方法。

1　鋼結構焊縫類型和焊縫內部缺陷

焊縫是在本不相連的鋼結構連接到一起時加工產生的，這種方式可以使鋼結構具有大跨度、造型美觀的特性，完成其它材料無法完成的建筑任務。焊縫由于是人為形成的，所以會產生不同的質量缺陷，將會影響鋼結構工程總體質量的高低和安全問題。在實際焊接中，焊縫缺陷分為表面缺陷和內部缺陷，表面缺陷容易發覺，包括氣孔、燒穿等，可以被人直觀感知，內部缺陷包括熔合度低、未焊透或者產生裂紋等都是不易被察覺的，需要特別的檢測技術來檢測損傷。

1.1焊縫類型及坡口型式

鋼結構有門式鋼架體系和網架空間結構體系，其中前者應用更為廣泛。相應的焊縫分成對接焊縫和T型焊縫，將在下文中詳細說明。前者使在母材邊緣對齊的情況下，沿著邊緣進行焊接，這種焊縫在外觀上只有一條線突出，而后者是指母材呈T型放置后焊接焊縫呈T型。在坡口的處理上，接頭處的坡口為了讓焊縫更為美觀均勻，主要對應薄板、中厚板、厚板、T型對接等有I型、V型、X型、K型等坡口類型，滿足不同工況的需求。

1.2常見內部缺陷

超聲波檢測主要針對于內部缺陷進行探傷，受工藝和環境因素影響，焊縫內部缺陷主要有氣孔，夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等。在缺陷性質上，單個氣孔、點狀夾渣屬一般缺陷，對焊縫整體強度度影響較小。群狀氣或不規則狀夾渣、未焊透、未熔合、裂紋屬嚴重缺陷，會嚴重降低焊縫整體強度等性能。

2　超聲波探傷工藝

超聲波探傷是利用超聲波經過不同的介質產生反射的特性，缺陷的存在影響超聲波在構件中的傳播，耦合劑附著在構件表面，使超聲波順利進入構件內部進行工作。在超聲波工作過程中，通過顯示屏可以觀察波形和損傷位置情況，便于后期處理。超聲波探傷儀有多種，常見的是A型脈沖反射式探傷儀。這種探傷儀的工作頻率為0.5～5MHz，它是利用物體缺陷的聲學特性影響超聲波傳遞而工作的。雖然這種工藝可以較為準確地檢測構件焊縫中焊接質量高低，但是他對于材料表面粗糙度有要求，而且現在的技術上并沒有完全實現自動化探傷，技術人員的操作經驗和水平會影響探傷結果，缺陷檢出率受焊縫表面成型狀況影響。

3　超聲波檢測探傷在鋼結構焊縫中的應用

超聲波探傷操作方便、探測靈敏度高，所以在應用中十分普遍，但是對于構件和操作人員的要求也是較為具體的，在超聲波探傷中的應用如下。

3.1超聲波探傷的主要要求

（1）探測面選擇。更具不同的驗收級別、構件工藝、缺陷情況等對于探測面的選擇是不同的，這也需要操作人員具體情況具體分析。

（2）K值或折射角β選擇。K值指的是探頭頻率，對于不同厚度的鋼結構，K值選擇是不同的，一般來說，厚板構件要求K值較低，穿透能力強，薄板反之。但是在工程中，只要基本條件符合，頻率盡量選擇較低的，這是因為探頭頻率高、近場區場度大、衰減大，對探傷不利鋼結構焊縫檢測一般選用2.5MHz及5MHz探頭，網架桿件及薄壁構件焊縫常選用5MHz。在表述上，折射角也是重要參數，根據具體情況和操作人員經驗進行選擇，對于建筑鋼結構，一般推薦使用K2.0（β60）或K2.5（β68）。

（3）耦合劑選擇。為了使超聲波順利進入構件，可以選擇流動性好，取材方便的耦合劑，比如洗潔精。

3.2超聲波在焊縫內部缺陷檢測中應用

（1）對接焊縫的探傷方法。將已調好的DAC曲線探傷掃查靈敏度提高6dB，使評定線位于示波屏20%高度以上，調好補償增益，用鋸齒型、平行、斜平行掃查法，斜探頭快速掃查整條焊縫，通過觀察回波信號，及時在焊縫處做好標記，避免重復性工作。鋸齒型掃查方式可以針對焊縫、熔和區、熱影響區的橫向和縱向缺陷進行檢測，斜平行掃查方式中適用于帶有余高的焊縫，平行掃查適用于余高被磨平的焊縫。所有掃查的速度應精確控制，一般都小于等于l50mm/s，速度過快會造成漏檢現象。斜平行掃查如圖1所示。

圖1　斜平行掃查

一般來說，損傷檢測都需要進行多波次，在檢測結果評定環節，應參考JB/T4730.3-2005Ⅱ級對缺陷定級，然后填寫《焊縫超聲波檢測記錄》，確定波長并定位，在后期可以采用前后、左右、轉角、環繞等基本探測方式進一步探傷。對于不開坡口的BK級角焊縫，需要進行滲透探傷，抽樣量大于等于焊縫長度的25%，對于焊接吊鉤、吊耳等焊縫，也應該進行滲透探傷，這些方法都需要參考JB/T6062-2007標準進行，設計施工人員應妥善處理探傷方式，嚴格按照標準操作。在探傷過程中，應首先確定缺陷回波位置，在排除偽缺陷之后，根據回波在示波器的位置確定實際位置坐標，一般都會是焊縫內缺陷，因為外部故障會通過有經驗的工作人員觀察得到，這時利用K值判定回波對應的實際深度和水平距離。下一步需要進行定量計算缺陷，采用6dB法進行測長，確定最高回波后，將探頭左右移動使波幅降到定線處為端點，得到缺陷指示長度，做好記錄，最后進行探傷復核。

（2）T型焊縫的探傷方法。鋸齒型、平行、斜平行掃查法適用于T型焊縫檢驗，根據圖2所示，同時還有如下探測方法：

圖2　T型焊縫探頭探測位置圖

采用斜探頭可以在位置1、2、4、5處進行探傷，在位置4處應使用一次波，在位置5處應用二次波，在位置1和2處可以用一次和二次波。位置1處可以掃查到焊縫中部及以上截面，位置2可以掃查到焊縫中部及以下截面。對于不同的缺陷情況應用不同的探傷方式，比如對于氣孔、夾渣的情形，應在位置4處進行斜探頭探傷，應注意判別回波和缺陷波，及時標定缺陷位置。T型接頭結構較為復雜，在焊接規范上不同于對接接頭，所以針對不同的板材，不同的坡口形式和焊接工藝應采用不同的探傷檢測方式，在選擇探頭上也應注意不同母材材料和驗收級別的不同，針對不同的情況諸如超聲波進行缺陷檢測。

用直探頭探測T型焊縫時，一般采用位置3處進行，探測時底波、未焊透和層狀撕裂的表現形式是不同的，探頭移動而不影響的是底波，另外兩種會產生一定的傾斜或震動。用斜探頭進行探傷時，將探頭沿焊縫垂直掃查時，焊角反射波震動劇烈，幅度較大，當出現未焊透的缺陷時，波形會出現缺陷波先于反射波出現的情況，這時操作人員應注意，及時做好標記。

4　結束語

目前隨著建筑施工如火如荼地開展，鋼結構建筑從業人員眾多，對于焊縫檢測相關技術的掌握也是必須的。需要在深入提高技術能力的同時，加強人員管理，以保證檢測工程質量。

［1］丁杰.建筑鋼結構焊縫超聲波檢測能力驗證計劃與技術分析［J］.無損檢測，2011，（4）：61-63.

［2］倪振新.高層民用建筑鋼結構焊縫超聲波檢測［J］.安裝，2015，（3）：41-44.

TU391

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1671-3818（2016）09-0045-02