分析鋼結構焊接驗收中無損檢測的應用及缺陷預防

賀青云

摘 要：在鋼結構焊接驗收中，無損檢測目的是在鋼結構使用前可靠地檢測出其缺陷，以便及時進行缺陷預防。目前，常用于鋼結構焊接驗收中的無損檢測方法包括超聲波檢測UT、磁粉檢測MT和射線檢測RT等，其中超聲波無損檢測的應用最廣泛。為此，本文首先分析幾種無損檢測在鋼結構焊接驗收中的應用，然后針對一些常見的焊接缺陷提出預防建議。

關鍵詞：鋼結構;焊接驗收;無損檢測;缺陷預防

0 前言

鋼結構是一種由鋼質材料組成的結構，其因自重輕、施工簡單而在港口裝卸設備、超高層建筑、大型廠房和場館等中廣泛應用。在鋼結構中，構件與構件一般采用鉚接、焊接和高強螺栓連接三種方式連接，其中焊接因施工效率高、承載能力強而被廣泛使用。但在焊接施工中，鋼結構易因外部環境、荷載的影響而出現缺陷，且在應力集中效應下，局部焊縫缺陷將會快速出現斷裂失效，繼而引發安全事故。為此，為了保證鋼結構中構件的焊接質量，要求定期無損檢測其焊縫，以便及時加固或補焊存在缺陷的焊縫，繼而保證該鋼結構使用功能的實現。

1 幾種常用的鋼結構焊縫無損檢測方法

1.1 超聲波無損檢測法（UT）

UT檢測的工作原理是：在0.1-25MHz的頻率下，先向材料中引入高頻超聲波束，再分析散射、反射超聲波的特點，從而檢測出材料表面及其內部存在的缺陷。研究表明，目前，在UT檢測中，常用脈沖反射法、共振法和穿透法，其中脈沖反射法的應用最常見，即：單一探頭具有發射、接收功能，可向檢測對象間歇地發射脈沖波;探傷儀采用了A掃描式，其中縱軸表示反射波幅值，橫軸表示檢測對象中超聲波傳播的距離或時間，此時通過觀察和分析，便可判斷該檢測對象存在的缺陷類型及其位置、尺寸。

UT檢測法常用于檢測平板、T型對接焊縫。在平板對接焊縫檢測中，針對焊接母材厚45mm以上的焊縫進行雙面檢測，以使超聲波探頭正交焊縫中心線以及使焊縫出現鋸齒形的檢測路徑。在焊縫掃略中，保證掃略移動范圍內焊接截面被探測頭完全覆蓋，保證在探頭垂直焊縫的同時，可適當轉動及其掃略轉動角為10-15°。假如焊接母材厚40mm以上且為單側坡口型焊縫，則在UT檢測中進行串聯檢測。另外，在檢測焊縫及其熱影響區橫向的缺陷時，既要進行鋸齒形掃略探測，又應進行傾斜或平行掃略探測，即：綜合應用傾斜、平行焊縫掃略探測法，其中在傾斜掃略時，探頭與焊縫應保持10-20°的傾斜角，但在磨平了焊縫余高后，應進行平行掃略探測。

在T型焊縫無損檢測中，根據鋼箱梁腹板厚度來調整UT檢測的折射角是保證檢測效果的重要條件，即：當鋼箱梁腹板厚度≤25mm時，UT檢測折射角取65°;當厚度為26-50mm時，折射角調整為55°;當厚度>50mm時，折射角調整為40°。

1.2 磁粉無損檢測法（MT）

MT檢測的工作原理為：根據檢測對象磁性的改變，定位其（近）表面存在的缺陷。其中，當檢測對象磁化時，假如該檢測對象（近）表面開裂，則磁力線的分布不均勻，而與磁場方向垂直的缺陷會引起在檢測對象表面或之上出現漏磁場，此時磁粉材料將會被吸附并形成磁痕，借此便可判定檢測對象存在的焊接缺陷。為了保證MT檢測效果，要求在檢測之前，徹底清理干凈被檢測焊縫的表面銹蝕物、污染物等，并通過用角磨機打磨，使原始焊縫材料的涂層厚50mm以下。在MT檢測中，按照磁粉類型，可分為干、濕法檢測，其中濕法檢測具有較高的靈敏度，而干法檢測會用到粒徑較大的磁粉顆粒，所以常用于檢測缺陷明顯的焊縫。在實際應用中，一般會聯合使用干、濕法，即：先采用干法定位缺陷，再采用濕法精準探測缺陷。

1.3 射線無損檢測法（RT）

RT檢測的原理為：利用γ、X等射線束，強度均勻地射入檢測對象，假如該檢測對象存在內部缺陷，該處便會產生強度不一的現象，此時通過處理射線強度信號，便可定性判定出該檢測對象存在哪些內部缺陷。相較于其他焊縫無損檢測法，RT檢測效率最好且檢測結果識別精度最高，既可以快速輸出缺陷圖像，又可以在膠片上保留不同位置處焊縫的檢測結果，這將方便長期保存檢測數據。但RT檢測存在的局限性也非常高，比如檢測成本高、面積型缺陷檢出率低以及存在一定的安全隱患。

2 鋼結構焊接缺陷的預防

在鋼結構焊接驗收時，通過無損檢測發現，鋼結構焊縫易出現咬邊、氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，且一旦處理不當，便會對整個鋼結構產生（非）脆性破壞，所以要求加以預防。

2.1 咬邊缺陷的預防

咬邊缺陷是指因焊接參數不對或焊接操作不當，順著焊趾的母材產生凹陷或溝槽，這將會縮小母材截面積的有效值，在缺陷處出現應力集中，尤其是在焊接低合金高強鋼時，咬邊將會引起邊緣組織淬硬，繼而引起裂紋。為了有效預防鋼結構焊縫出現咬邊缺陷，要求做到下列幾點：合理設定焊接速度和電流;通過短弧操作，合理控制運條方式和焊條角度;在焊接坡口焊縫時，合理控制焊條與側壁的距離。

2.2 氣孔缺陷的預防

氣孔缺陷是指在焊接中，氣泡不能在金屬凝固中完全逸出，而是殘留于金屬中，繼而形成氣孔。氣孔缺陷常見于鋼結構焊縫的表面、內部和根部。對此，要求從下列方面有效預防鋼結構焊縫出現氣孔缺陷：改進焊接技術，保證保護氣體持續給送不中斷;在焊接之前，清理干凈母材、焊絲表面的鐵銹和油污等，并通過合理預熱來去除水分;在焊接之前，烘干焊接材料，并將低氫型焊條存放在焊條保溫筒中;在低氫型焊條焊接中，仔細檢查電源的極性，并進行短弧操作，或者通過回弧或使用回弧板來保證焊接效果。

2.3 夾渣缺陷的預防

夾渣是指焊接中殘留于焊縫的熔渣。夾渣缺陷在鋼結構焊接中不可避免，但卻既會影響到焊縫的塑形和韌性，又會引起應力集中，這對于傾角較大的焊縫，其尖角頂點會產生裂紋。對于夾渣缺陷的預防，要求改進焊接技術，并嚴格控制焊接電流和速度;在選擇焊條時，保證其脫渣性足夠好，并在焊接中，仔細清理層間熔渣;在焊接時，合理調整焊條角度，并改進運條方法;當焊接時出現了夾渣問題，應合理分散尖角應力，以免尖角頂點出現裂紋。

2.4 裂紋缺陷的預防

焊接裂紋是一種最常見且影響非常大的鋼結構焊接缺陷，其缺口尖銳且長寬比大，一般會降低焊接件的功能性。焊接裂紋的分類較多，按照裂紋的形成條件，可以分為層狀撕裂、再熱裂紋、冷裂紋和熱裂紋等。其中，熱裂紋的預防措施包括：優化設計，改進工藝，控制好溫度區間內焊材內部產生的拉伸變形;調整成分，細化晶粒，并嚴控雜質元素，以保證脆性溫度區間內焊材的塑形;優選焊材，嚴控雜質含量，并降低焊接熱的影響;降低焊接時產生的焊接應力和過熱。冷裂紋的預防措施包括：通過選擇低氫焊條等來減少焊縫中氫的含量;合理預熱和后熱;降低約束應力，以免發生應力集中現象。針對變形裂紋的預防，要求控制好拉伸應變，使其低于金屬塑性變形能力。針對再熱裂紋的預防，要求所選材料具有較低的再熱裂紋敏感性，并在工藝選擇上，控制好近縫區內應力和防止應力集中。針對層狀撕裂的預防，要求改進焊接工藝，并優化鋼結構接頭設計。

3 結語

前文，首先介紹了三種常用的鋼結構焊縫無損檢測方法，即UT、MT和RT檢測法，這三種無損檢測在鋼結構焊縫驗收中的應用有助于準確定位缺陷類型及其規格;其次，針對鋼結構焊縫存在的幾種常見缺陷提出了有效的預防措施，這對減輕缺陷對鋼結構安全產生的不利影響具有重要意義。

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