高層鋼結構熔透焊縫超聲波檢測分析

吳少聰

健研檢測集團有限公司（361004）

高層鋼結構熔透焊縫超聲波檢測分析

吳少聰

健研檢測集團有限公司（361004）

文章結合曾經負責的高層建筑鋼結構實例，就熔透焊縫超聲波檢測技術的應用要點進行逐一分析，總結了鋼結構焊縫檢測與檢驗設備、檢測表面制備以及檢測時機、檢測工藝與技術、檢測結果評定與質量等級分類方面的關鍵要點，望能夠引起同行人員的重視。

高層建筑；鋼結構；熔透焊縫；超聲波檢測

高層建筑鋼結構是指將結構構件按照一定框架形式進行焊接并組裝形成的空間剛度體系結構，具有較強的可塑性，同時還具備結構堅固耐用以及可拆卸回收等諸多優勢，在高層民用建筑領域中有著非常重要的應用價值。熔透是鋼結構構件焊接中廣泛選用的一種工藝技術，對結構穩定性有非常重要的影響，工程實踐中需要視情況進行超聲波檢測與分析，以明確焊接接縫缺陷，及時處理，以預防鋼結構質量問題的產生。文章即結合某高層建筑鋼結構熔透焊縫實例，就超聲波檢測技術在焊縫檢測探傷中的應用問題進行分析。

1 工程概況

廈門世茂海峽大廈A、B塔樓位于廈門市思明區大學路158號，該工程采用外框柱、勁性柱、梁及空間桁架結構體系，用鋼量2.5萬余噸，檢測焊縫長度約1萬米，材質為Q345鋼。

2 鋼結構焊縫檢測設備與檢驗設備分析

在針對高層鋼結構熔透焊縫進行超聲波檢測的過程中，所使用的檢測設備以及輔助檢驗設備包括以下幾種:1）超聲波探傷儀。本工程中所選用超聲波探傷儀為A型脈沖反射式超聲波探傷儀，工作頻率范圍至少1～5 MHz，探探傷儀具備增益控制器，其精度為任意相鄰12dB誤差在±1 dB內。步進級不大于2 dB，總調節量大于60 dB，水平線性誤差不大于1%，垂直線性誤差不大于5%。2）超聲波工作探頭。工作探頭應當根據被檢測熔透焊縫的厚度情況選擇適宜角度，直探頭工作頻率以2.5 MHz為主，探頭K值建議控制在1.0～3.0范圍內，以確保焊接截面覆蓋完整。3）耦合劑。耦合劑應具有良好透聲性和適宜流動性，不應對材料和人體有損傷作用，同時為便于檢驗后清理。可以在耦合劑中加入適量的表面活性劑，以提高其潤濕性能。標定和校核各項參數時，使用的耦合劑應與檢測節點焊接接頭的耦合劑相同。本工程鋼結構超聲波檢測采用化學漿糊。

3 檢測表面的制備及檢測時機

在應用超聲波檢測技術對結構熔透焊縫進行檢測前，應當安排專人詳細檢查焊縫表面質量與外觀,超聲波工作探頭移動范圍內必須對焊接飛濺物、銹蝕物、油垢以及其他外部雜質進行清除，視情況還需對待檢測區域進行打磨處理，以可見金屬光澤為標準，以確保超聲波檢測過程中聲學接觸性能良好，方便工作探頭對待檢測區域進行自由掃查。

在無其他特殊要求與規定的情況下，超聲波檢測應當盡量在焊接區域自然冷卻至常溫狀態后進行。同時，根據鋼板厚度以及鋼結構材質特點的特殊性，對于鋼支撐以及箱型鋼柱結構中鋼板厚度高于40.0 mm且選用Q345C-15Z材質的情況下，考慮到上述區域結構厚度大且鋼結構材質存在延遲裂紋的特點，超聲波檢測應當盡量在焊接作業完成后24 h后開展。

4 檢測工藝與技術

在應用超聲波技術檢測高層鋼結構熔透焊縫的檢測過程中，首先應當確定熔透焊縫的檢測面，然后繪制焊接接縫距離-波幅曲線，經檢測后對靈敏度進行補償處理。結合本高層建筑鋼結構工程實際特點，在超聲波檢測過程中關鍵工藝技術要點可以概括如下:

在確定熔透焊縫檢測面的過程中，多以焊接接縫自身寬度作為檢測面寬度，在此基礎之上預留焊接接縫兩側30.0%母材厚度區域 （實際值在10.0～20.0 mm范圍內）。在應用一次反射法對熔透焊縫進行檢測的過程中，工作探頭移動范圍應當達到1.25 P以上。而在應用直射法對熔透焊縫進行檢測時,工作探頭的移動范圍則達到0.75 P以上即可。對于高層鋼結構中的支撐件以及箱型柱結構而言，通常建議選擇直探頭進行檢測，同時輔助斜探頭探傷處理，以了解結構內部電渣焊內隔板與壁板間的熔透情況。操作方法如下圖（見圖1）所示。

圖1 箱型柱結構內隔板熔透焊縫探傷檢測示意圖

在此基礎之上，工作人員需要根據超聲波工作探頭以及檢測儀器在被檢測試塊上的實測數據繪制與熔透焊縫相對應的距離-波幅曲線。距離-波幅曲線主要由判廢線、定量線以及評定線這三個部分構成。本工程中采取級別B檢驗，各線靈敏度為:判廢線（RL）靈敏度為 DAC-4 dB，定量線（SL）靈敏度為 DAC-10 dB，評定線（EL）靈敏度為 DAC-16 dB。其中的DAC是一φ3 mm標準反射體繪制的距離—波幅曲線——即DAC基準線。評定線以上至定量線以下為Ⅰ區（弱信號評定區）；定量線至判廢線以下為Ⅱ區（長度評定區）；判廢線及以上區域為Ⅲ區（判廢區）。

在應用斜探頭對熔透焊縫進行超聲波檢測的過程中，工作探頭探傷靈敏度應當高于距離-波幅曲線中的評定線靈敏度要求。而對于直探頭而言，在調整工作探頭靈敏度的過程中，應采取的操作方法是:將直探頭與CBⅡ-2平底孔試塊平底孔對準，以第一次回波調整至滿意刻度的50.0%作為超聲波探傷基準靈敏度依據。檢測過程中所采取耦合方式為直接接觸法。檢測過程中，超聲波工作探頭移動速度應當控制在150.0 mm/s范圍內，兩次相鄰操作時工作探頭的移動間隔應當確保重疊部分達到10.0%以上。

為提高超聲波檢測技術對熔透焊縫的檢測準確性，在按照上述方法進行檢測的基礎之上，還必須考慮靈敏度補償方案，一方面需要在對熔透焊縫檢測以及缺陷定量環節中，補償因鋼結構材質表面粗糙度所致耦合損失，另一方面需要補償因鋼結構材質衰減所致檢測靈敏度以及缺陷定量誤差損失。

而在針對對接焊縫進行超聲波檢測的過程中，應當沿熔透焊縫中心線垂直方向將斜探頭放置于檢測面上，并操作工作探頭以鋸齒狀式進行全面掃查。工作探頭移動范圍應當覆蓋全部焊接結構截面區域，還應同步進行左右兩側旋轉，旋轉角度在10.0°～15.0°范圍內。檢測過程中可以采用前后掃查、左右掃查、轉角掃查以及環繞掃查等多種方式，得到熔透焊縫缺陷動態波形，并對缺陷以及偽缺陷信號進行準確鑒別，以明確缺陷位置、形態以及方向信息。

5 檢測結果評定與質量等級分類

根據質量要求檢驗等級分為A、B、C三級，檢驗的完善程度A級最低，B級一般，C級最高，檢驗工作的難度系數按A、B、C順序逐漸級增高。應按照工件測材質、結構、焊接方法、使用條件及承受載荷的不同，合理的選用檢驗級別。檢驗等級應按產品技術條件和有關規定選擇或經合同雙方協商選定。

若超聲波檢測下結果超過距離-波幅曲線評定線信號，則應當特別注意判斷熔透焊縫是否存在裂紋等缺陷特征，若疑似存在缺陷，則應當通過擴展探傷工作面以及調整工作探頭K值的方式，對動態波形進行觀察，并結合鋼結構工藝特征進行評定。本工程中箱型柱內隔板區域直探頭檢測結果如下圖 （見圖2）所示。圖2中，缺陷波1埋藏深度為25.0 mm，經判定為電渣焊靠近箱型柱結構壁板一側未熔合缺陷，缺陷波2埋藏深度為40.0 mm，經判定為電渣焊靠近箱型柱結構內隔板一側未熔合缺陷。

圖2 箱型柱內隔板區域直探頭檢測結果示意圖

6 總結

在高層建筑鋼結構中，一些重要結構構件雖然采用部分熔透的焊接工藝，但考慮到結構使用條件相對特殊，因此在結構設計中常常將熔透焊縫作為二級焊縫，需應用超聲波技術進行探傷檢測，以確保焊縫質量滿足施工要求。文章上述分析中結合某高層建筑鋼結構實例，就熔透焊縫超聲波檢測技術的應用要點進行逐一分析，望能夠引起同行人員的重視。

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