淺談超聲波探傷在建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測中的應(yīng)用

陳俊

摘 要：隨著當(dāng)代建筑技術(shù)日新月異的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在當(dāng)代建筑中使用率越來越高。采用無損探傷的手段對(duì)焊縫進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)是確保鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。建筑鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件需焊接加工制作完成，其焊縫內(nèi)部質(zhì)量情況直接影響著構(gòu)件質(zhì)量。超聲波探傷（Ultrasonic Testing，簡稱UT）是無損檢測中應(yīng)用比較廣泛的探測內(nèi)部缺陷的方法。本文著重闡述超聲波探傷在建筑鋼結(jié)構(gòu)中檢測焊縫內(nèi)部缺陷的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：建筑鋼結(jié)構(gòu)；無損檢測；焊縫內(nèi)部缺陷；超聲波探傷

隨著當(dāng)代建筑技術(shù)日新月異的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)體系的種類不斷的朝輕質(zhì)、高強(qiáng)的方向發(fā)展，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)在當(dāng)代建筑中使用率越來越高。尤其是在廠房建設(shè)及設(shè)備安裝中更是大量使用鋼結(jié)構(gòu)。而焊接作為鋼結(jié)構(gòu)的主要連接方式之一，直接影響鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，采用無損探傷的手段對(duì)焊縫進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)是確保鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

1建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫類型及焊縫內(nèi)部缺陷

1.1焊縫類型及剖口型式

建筑鋼結(jié)構(gòu)體系主要有兩種：門式鋼架體系和網(wǎng)架空間結(jié)構(gòu)體系，其中以門式鋼架體系居多。其焊縫類型主要有對(duì)接焊縫和T型焊縫兩種。對(duì)接焊縫是指將兩母材置于同一平面內(nèi)（或曲面內(nèi)）使其邊緣對(duì)齊，沿邊緣直線（或曲線）進(jìn)行焊接的焊縫；T型焊縫是指兩母材成T字形焊接在一起的焊縫。為保證焊縫部位兩母材在施焊后能完全熔合，焊接前應(yīng)根據(jù)焊接工藝要求在接頭處開出適當(dāng)?shù)钠驴冢摻Y(jié)構(gòu)焊縫常見的坡口形式主要有I型（薄板對(duì)接）、V型（中厚板對(duì)接）、X型（厚板對(duì)接）、單V型（T型連接）和K型（T型連接）等。

1.2焊縫中常見缺陷的類型及其在超聲探傷中的識(shí)別 焊縫中常見的缺陷主要有氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等幾種，他們各自的回波均有其特性。1.氣孔 氣孔是在焊接過程中焊接熔池高溫時(shí)吸收了過量的氣體或冶金反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，在冷卻凝固之前來不及逸出而殘留在焊縫金屬內(nèi)所形成的空穴，多呈球形或橢球形。氣孔可分為單個(gè)氣孔和密集氣孔。單個(gè)氣孔回波高度低，波形較穩(wěn)定。從各個(gè)方向探測，反射波高大致相同，但稍一移動(dòng)探頭就消失。密集氣孔為一簇反射波，其波高隨氣孔的大小而不同，當(dāng)探頭作定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)此起彼落的現(xiàn)象。2.夾渣 夾渣是指焊后殘留在焊縫金屬內(nèi)的熔渣或非金屬夾雜物，夾渣表面不規(guī)則。夾渣分點(diǎn)狀?yuàn)A渣和條狀?yuàn)A渣。點(diǎn)狀?yuàn)A渣的回波信號(hào)與點(diǎn)狀氣孔相似。條狀?yuàn)A渣回波信號(hào)多呈鋸齒狀。它的反射率低，一般波幅不高，波形常呈樹枝狀，主峰邊上有小峰。探頭平移時(shí)，波幅有變動(dòng)，從各個(gè)方向探測，反射波幅不相同。3.未焊透 未焊透是指焊接接頭部分金屬未完全熔透的現(xiàn)象。一般位于焊縫中心線上，有一定的長度。探傷中探頭平移時(shí)，未焊透波形較穩(wěn)定，焊縫兩側(cè)探傷時(shí)，均能得到大致相同的反射波幅。4.未熔合 未熔合主要是指填充金屬與母材之間沒有熔合在一起或填充金屬層之間沒有熔合在一起。未熔合反射波的特征是：探頭平移時(shí)，波形較穩(wěn)定。兩側(cè)探測時(shí)，反射波幅不同，有時(shí)只能從一側(cè)探到。

2超聲波探傷方法原理及分類

超聲波探傷是利用超聲波經(jīng)過不同的介質(zhì)產(chǎn)生反射的特性。超聲波通過構(gòu)件檢測表面的耦合劑進(jìn)入構(gòu)件，在構(gòu)件中傳播，碰到缺陷或構(gòu)件底面就會(huì)反射回至探頭，根據(jù)反射波在超聲波探傷儀熒光屏中的位置及波幅高度就可計(jì)算出其位置及大小。根據(jù)波形顯示的不同，超聲波探傷儀分為A型、B型、C型，常見的是A型脈沖反射式探傷儀。

3超聲波探傷在建筑鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

由于超聲波探傷具有靈敏度高，設(shè)備輕便，操作方便，探測速度快，適宜高空作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫內(nèi)部質(zhì)量的檢測。本人從事鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測實(shí)踐，現(xiàn)就超聲波探傷在建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫內(nèi)部質(zhì)量檢測中的應(yīng)用總結(jié)如下：

3.1超聲波探傷的主要要求

（1）探傷人員素質(zhì)要求。探傷人員必須取得相應(yīng)檢測方法的等級(jí)資格證書，只能從事與該等級(jí)相應(yīng)的無損檢測工作，并負(fù)相應(yīng)的技術(shù)責(zé)任，3級(jí)為最高，2級(jí)次之，1級(jí)為最低。

（2）探測面選擇。根據(jù)構(gòu)件形狀，焊接工藝，可能產(chǎn)生的缺陷部位及缺陷的延展方向及焊縫要求的驗(yàn)收等級(jí)等來選取探測面。

（3）探頭頻率及角度（K值或折射角β）選擇。探頭頻率高，衰減大，穿透力差，不宜用于厚板構(gòu)件焊縫的檢測。但頻率高，分辨率高，因此在穿透能力允許下，頻率選的愈高愈好。一般選用2～5MHz探頭，推薦使用2～2.5MHz探頭。探頭頻率高，近場區(qū)場度大，衰減大，對(duì)探傷不利，實(shí)際探傷中要全面分析考慮各方面的因素，合理選擇頻率。一般在保證探傷靈敏度的前提下盡可能選用較低的頻率，鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢測一般選用2.5MHz及5MHz探頭，網(wǎng)架桿件及薄壁構(gòu)件焊縫常選用5MHz。探頭角度一般根據(jù)材料厚度，焊縫坡口型式及預(yù)計(jì)主要缺陷種類來選擇，由于建筑鋼結(jié)構(gòu)的板材厚度一般不大，一般推薦使用K2.0（β60°）或K2.5（β68°），但鋼網(wǎng)架桿件大部分板材壁薄應(yīng)使用K3（β72°）。

（4）耦合劑選擇。必須具有良好的透聲性和適宜的流動(dòng)性，對(duì)材料和人體無害，且價(jià)廉易取，建議使用洗潔精。

3.2超聲波在焊縫內(nèi)部缺陷檢測中應(yīng)用

3.2.1對(duì)接焊縫的探傷方法

（1）初探。將已調(diào)好的DAC曲線探傷靈敏度提高4～6dB（掃查靈敏度一般是提高6dB），使評(píng)定線位于示波屏20%高度以上，調(diào)好補(bǔ)償增益（一般為4dB），用鋸齒型、平行、斜平行掃查法，斜探頭快速掃查整條焊縫，密切注視示波屏上的所有回波信號(hào)，一旦發(fā)現(xiàn)有波幅超過評(píng)定線的可疑回波立即在焊縫相應(yīng)部位做出標(biāo)記，為下一步缺陷定量測長做準(zhǔn)備。

首先進(jìn)行鋸齒型掃查，鋸齒型掃查是有效發(fā)現(xiàn)焊縫常見缺陷尤其是縱向和斜縱向缺陷的主要方法，也是斜探頭檢測焊縫的基本方式。為檢測焊縫+熔合區(qū)+熱影響區(qū)中可能出現(xiàn)的橫向或斜橫向缺陷，還應(yīng)該使用斜平行和平行掃查兩種方式，前者適用于帶有余高的焊縫，后者適用于余高被磨平的焊縫。斜平行掃查是探頭在焊縫余高兩側(cè)，前端面傾斜朝向焊縫放置，

其中心軸線同焊縫方向呈10°～15°夾角，沿焊縫邊緣作兩個(gè)方向的斜平行掃查（前進(jìn)同時(shí)探頭自身做10°～15°的轉(zhuǎn)動(dòng)）圖l。平行掃查是探頭在焊縫上沿焊縫方向作兩個(gè)方向的平行掃查（前進(jìn)同時(shí)作10°～15°的轉(zhuǎn)動(dòng)）。

斜平行掃查

以上3種掃查方法是斜探頭探測對(duì)接焊縫的基本掃查方法。它們必須相互結(jié)合，互為補(bǔ)充。無論采用那種掃查方式，掃查速度都應(yīng)≤l50mm/s，相鄰兩次探頭移動(dòng)間隔保證至少有探頭寬度10%的重疊。以便最大限度地發(fā)現(xiàn)缺陷，避免漏檢。

（2）精探。掃查方法同初探，但速度較慢。對(duì)第一遍探測作出標(biāo)記的部分進(jìn)行仔細(xì)探測，找出真正缺陷的最高回波，并對(duì)其定位、定長，做好記錄。精探時(shí)，要綜合采用前后、左右、轉(zhuǎn)角、環(huán)繞等4種基本探測方式。針對(duì)已發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)缺陷，精探通常又分以下3個(gè)步驟進(jìn)行：

①找到目標(biāo)缺陷最大回波并確定回波所在區(qū)域。粗查時(shí)為了發(fā)現(xiàn)缺陷采用較高的靈敏度，此時(shí)應(yīng)對(duì)回波進(jìn)行定區(qū)，即判定它所屬的是DAC曲線上Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ哪個(gè)區(qū)，原則上Ⅰ區(qū)以下的缺陷不作記錄和評(píng)定（如果是憑經(jīng)驗(yàn)懷疑為裂紋等危害性缺陷特征回波，則應(yīng)采取改變探頭K值、增加探測面、觀察動(dòng)態(tài)波形等措施做進(jìn)一步分析探測），當(dāng)回波在Ⅱ、Ⅲ區(qū)時(shí)須繼續(xù)進(jìn)行步驟②和③。

②對(duì)目標(biāo)缺陷定位和排除偽缺陷。根據(jù)最高回波在示波屏上對(duì)應(yīng)的水平和垂直距離確定目標(biāo)缺陷所在的實(shí)際位置，判斷其水平位置在檢測區(qū)（焊縫+熔合區(qū)+熱影響區(qū)）之外或之內(nèi)；若之外，則排除焊縫內(nèi)缺陷；若之內(nèi)則初步判定為缺陷，應(yīng)根據(jù)其垂直距離并利用K值判定回波對(duì)應(yīng)的實(shí)際深度和水平距離。

（作者單位：大豐市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心有限公司）