鋼結構無損檢測中的超聲探傷的應用

邢宇 孫志英 張學鋒 韓開鵬

海洋石油工程股份有限公司海洋工程技術服務分公司 山東青島 266500

1 超聲探傷基本原理

超聲檢測（UT）利用高頻聲能進行檢測和測量。超聲波探傷可用于探傷I評價、尺寸測量、材料表征等。一個典型的UT檢測系統由幾個功能單元組成，如脈沖/接收器、傳感器和顯示設備。該換能器由脈沖發生器驅動，利用石英、硫酸鋰或各種陶瓷材料，利用壓電技術產生高頻超聲能量。大多數檢查是在1至25兆赫的頻率范圍內進行的。耦合器用于將超聲波從換能器傳輸到試件上；典型的耦合器是水、油、甘油和油脂。聲能以波的形式通過材料被引入和傳播，并從相對的表面反射出來。內部缺陷，如裂紋或空洞，打斷了波的傳播，并反射回一部分超聲波。能量的振幅和返回所需的時間表明工件上有任何缺陷的存在和位置。超聲波探傷法作為一種實用、多功能的無損檢測方法，具有對表面和地下不連續面敏感、探傷或測量的穿透深度高、脈沖回波技術可單面獲取、反射器位置和尺寸及形狀估計精度高、零件準備量小、電子設備的瞬時結果、自動化系統的詳細成像、厚度測量等其他用途的可能性等優點。

2 焊縫無損檢驗其檢驗的等級

“表面超聲波探傷方法和斷裂的結果分類”鋼焊接規定，焊縫的無損檢測檢驗成績分為三個等級：A、B和c（1）類是一個測試方法的檢驗檢測焊縫一側的一邊根據某一斜探頭，并檢驗只能測試部分，可以掃描。這種試驗不能用于橫截面。當母材厚度大于50mm時，a級測試是絕對不可能的。（2）B類檢驗是焊縫的單向雙向檢驗，是根據一定角度的探頭進行的。當基材厚度大于100mm時進行B類試驗。由于在實際實施過程中可能會受到一些幾何約束，所以使用兩個角度探頭進行檢測。如果有條件，那么最好做橫向缺陷測試。（3）c級檢測采用兩個或兩個以上的角度探頭對焊縫進行檢測，實際上是對焊縫兩側的檢測。利用兩個探頭的夾角和兩個方向的掃描來檢測側向缺陷。當基材厚度大于100mm時，選用雙面檢測方法。另外，有幾點需要特別注意：（1）對接焊縫兩側使用斜探頭檢測時，如果通過基體部分，需要直探頭檢測；（2）對接焊縫需要對high的其余部分進行平滑操作，使探頭可以對焊縫的部分進行平行探測；（3）當窄間隙焊縫基材厚度大于或等于40mm，焊縫基材厚度大于或等于100mm時，通常是增加連續掃描方式。

3 對于焊縫缺陷等級的評定

在確定缺陷尺寸后，根據缺陷的性質和指示的長度，結合相關標準，對焊縫的質量水平進行評估。焊縫內部缺陷超聲檢測分為I、II、III、IV類，其中I類質量最高，IV類質量最低。根據標準試樣上繪制的距離幅值曲線，通過比較缺陷在焊縫中的最高回波位置和缺陷的性質來判斷焊縫電平。對于距離幅值曲線中反射幅值最大不超過評價線的缺陷，評定為第I類；當最大反射波幅值超過評價線的損傷線時，缺陷檢測儀判定為裂紋等危險缺陷，無論其幅值和大小，均評定為第IV類；I區反射波幅值為I級的不開裂缺陷；反射波幅值為III區的缺陷，不論其長度如何，均定為IV類缺陷。

4 對焊縫合格以及檢測記數規則的評定

（1）焊縫內部缺陷無損檢測的若干規定。一級焊縫探傷率為100%，即探傷總數；探傷率為20%，屬于二級焊縫探傷。當在工廠焊接時，計算的比例是根據每一個焊縫的長度計算出來的。當缺陷長度不超過200mm時，需要對整個焊縫進行探傷。（2）焊縫計數方法。當工廠生產的焊縫長度不超過1000mm時，每個焊縫只有一個焊縫；當長度大于1000mm時，分為300mm焊接，現場安裝。每個焊縫都是一個焊縫。

5 焊縫中常見缺陷的類型及其在超聲探傷中的識別應用

5.1 氣孔

焊接時，焊縫熔池在高溫下吸收了過多的冶金和氣體，冷卻前未及時溢出，焊縫金屬內部出現空洞，形狀一般為橢圓形和球形。孔隙分為致密孔隙和單個孔隙。致密氣孔實際上是一簇反射波，其波高受氣孔大小的影響。單個通風口回波高度很低，波形相對穩定。具備全方位檢測能力。

5.2 未熔合

所謂未熔融是指填充的金屬層完全沒有熔合在一起。此時，反射波具有以下特征：當探頭兩側被探測時，反射振幅各不相同。當探頭平移時，波形基本上是穩定的。

5.3 夾渣

夾渣是指焊縫金屬焊接后殘留的夾渣或非金屬夾雜物，其夾渣表面不規則。礦渣被分成點和渣。點渣回波信號與點氣孔相似。帶渣回波信號多呈鋸齒狀。其反射率低，一般振幅不高，波形多為樹枝狀，主峰上有小峰。當探針被平移時，波的振幅發生變化，反射波的振幅在每個方向上都不同。

5.4 裂紋

裂紋是指焊縫或母材在焊接過程中或焊接后熱影響區發生局部斷裂的裂紋。一般來說，裂縫回波高度大，波寬寬，峰值多。當探針平移時，反射波連續出現，振幅發生變化。當探針旋轉時，峰值有一個頂部和底部的位移。

5.5 沒有焊透

未焊透是指焊接接頭的金屬未完全焊透的現象。一般位于焊縫的中心線上，有一定的長度。探頭在探傷過程中平移時，非焊接波形相對穩定，焊縫兩側存在缺陷時，反射振幅相同。

6 結語

焊接是建筑鋼結構工程中應用最廣泛的連接方法。焊接質量是鋼結構工程施工驗收的重要組成部分。焊縫中常見的缺陷主要有氣孔、夾渣、未焊透、未熔透和裂紋，其回波各有特點。鋼結構的施工離不開焊縫的制造。超聲波檢測以其低成本、靈活、方便、高效的特點，決定了其在鋼結構工程質量控制中的地位。保證鋼結構的質量和制造，使鋼結構發揮其應有的作用。根據《鋼結構施工質量驗收規范》（GB50205-2001），設計中需要完全貫通的一次焊縫和二次焊縫均需進行超聲波檢測。