鋼結構無損檢測中超聲波探傷技術的應用淺析

2020-12-09 13:51:20任海峰

中國金屬通報 2020年2期

任海峰

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山 063200）

在科學技術不斷發展的過程中，無損檢測中的超聲波探傷技術是新興的一項技術，該項技術的使用比較廣泛，并且是一項重要的技術。超聲波技術的科學合理使用能夠檢查鋼結構的夾渣以及裂紋，以此充分掌握鋼結構的施工質量。使用該項技術的安全系數比較高，而且比較方便快捷。超聲波探傷技術的構成主要包含超聲波探傷儀、探頭以及耦合劑等，在介質中超聲波傳播時波型比較多，落實檢驗工作的過程中，比較常見的波型有橫波、縱波、板波以及表面波等。技術原理如下：使用探頭完成超聲波的發射工作，在檢驗材料時快速完成傳播工作，如果在檢測的材料的過程中如果有氣孔、夾渣以及裂紋存在，一些超聲波將會被反射，讓超聲波接收器接受，并且將其現實在屏幕上，通過計算以及分析回波，能夠掌握檢驗材料的實際情況。

1 鋼結構無損檢測的重要性

當前鋼結構在建筑施工中十分重要，如果鋼結構出現損傷，可能會影響到整個建筑的安全性。在很多橋梁和高層建筑中都大量應用鋼結構，如果橋梁和建筑中不能使整個結構達到基本的質量要求，那么如果受到了極端惡劣天氣的影響和人為等壓力的破壞，可能會使整個結構的內外產生損壞，也使內部結構產生損傷，這樣容易導致安全事故，也會引發人們的經濟損失，社會和人們的正常生命安全都受到威脅。所以，對于鋼結構的前期無損檢測是非常重要的。同時在建筑和橋梁之外，我們在很多汽車、火車軌道中都能廣泛地見到鋼結構，通過對其無損檢測能夠有效的避免安全事故時，安全性能得到提升。

同時，當前無損檢測率的提高也提升了人們正常生產生活，使我們超聲波無損檢測技術能夠達到較高的無損檢測要求，這種檢測技術是一種質的飛躍，我們必須要加強廣泛的應用來提升現代生活的質量性和安全性。

2 鋼結構的缺陷

即便鋼結構和其他很多的材料具有不可替代的特點，但是，使用過程中也具有多方面的缺點，對鋼結構的質量產生了嚴重的影響，主要包含以下幾個方面的內容[1]。

（1）鋼結構設計缺陷。就現下鋼結構的設計能夠看出，由于該方面的設計工作者缺失，而且經驗也缺乏，在具體落實設計工作的過程中，對于數據計算工作的依賴程度比較大，能夠運用的設計經驗較少，人工干預能力確實，并且目前對于低造價的情況比較重視，使得鋼結構可靠性較低，導致上述現象存在的主要原因是由于人為因素造成的。

（2）鋼結構材質缺陷。鋼結構的材料種類比較多，因不同的元素占據了不同的比例，從而影響到了鋼結構材料性能，在冶煉鋼材之前，需要做好原材料的選擇工作，在對鋼材進行軋制以及冶煉的過程中，由于受到工藝設備的限制，會對鋼材的質量產生影響，主要的表現形式是鋼材中有裂紋存在，面對這種情況，需要嚴格進行材料的監督審核工作。

（3）鋼結構連接缺陷。組成建筑物的鋼結構系統是形式不同的各種類型的鋼產品的組合體，主要用焊接的方法連接鋼結構的不同體系，這樣一來，能夠有效地節省連接空間，并且保障結構的剛性連接。但是，由于焊接環境以及焊接工藝水平的影響，導致干結構內部結構受損，并且在鋼結構中出現了氣孔、夾渣等，導致鋼結構的穩定性不佳。

3 無損檢測中超聲波探傷技術檢測缺陷等級的評定

在等級評定過程中，主要對三方面的等級進行評定，分別是無損檢測的技術規則分析、焊縫處的記數方法、抽樣檢驗合格判定。

其中無損檢測技術的超聲波探傷技術需要嚴格的遵守無損檢測測的技術規則，一般在焊縫內部都具有不同的等級，表示的傷情也不同。一般一級焊縫需要探傷比例100%，需要每一個檢測材料都無損傷。同時，在二級焊接處需要探傷比例為20%，一般按照工廠制作焊縫，進行探傷也要對現場安裝焊縫按照同一類型、同一施焊條件進行百分比的計算。

探傷長度不得少于2cm，也不能小于一條焊縫，這樣才符合當前的無損檢測的要求。同時在焊縫處的技術方法方面需要以10cm的焊縫為臨界值，工廠制作焊縫的過程中，如果超過十厘米，則每條焊縫記為一處，這樣通過分段計數的方式，能將不同的長度分為四段，一般每3cm設置一處焊縫。最后，在抽樣檢測的過程中，可以對單拼接材料進行檢測，在檢測時每一批的材料都需要保證合格，如果不合格率超過5%，那么整批材料都要重新進行制定，同時對于不合格材料的兩側要增加焊縫的延長線，如果不合格率超過3%，可能整一個材料批次都不符合，不合格要對所有剩余的材料進行重復檢驗。

4 普通鋼結構焊接所出現的缺陷、原因和對策

焊縫在所有的鋼結構中通常情況下可以將其分為未焊透、夾渣、未熔合以及氣孔等類型，并且還有可能出現裂紋。到目前為止，仍然沒有很好的方法能夠使超聲波探傷做出精確無誤的判斷。目前的探傷工作也僅僅是借助超聲波反射出的波形進行綜合分析，在此基礎上才能得到比較精準的結論。

（1）出現夾渣。在焊接鋼結構時，多多少少都會有一定的夾渣存在，會威脅到鋼材的質量以及焊接，夾渣中存在的主要問題有以下方面：在點狀的夾渣中就會形成和氣孔相似的回波信號，此時，檢測工作者需要做好一系列的記錄工作。其次，在出現條狀夾渣的情況下，就會出現鋸齒狀的波幅。最后，一旦波形呈現出樹枝的形狀，則不同的方向探測時所體現出來的反射波幅則不同。導致這種缺陷存在的主要原因是：在實施焊接工作的過程中，不僅焊接的電流太小，而且焊接的速度也比較快，導致一些夾渣不能及時飛走，并且金屬焊接工作的純度也不高，其中含有硫之類的成分。要想避免這種情況的出現，就需要正確使用焊接電流，放慢焊接速度，在開展焊接工作之前，需要做好雜質的清理工作。

（2）沒有焊透。在鋼結構中也經常出現沒有焊縫的問題，通過使用超聲波探測的方法就會使這種問題體現出來。在面臨這樣的缺陷時，波幅通常情況下比較高，這種缺陷嚴重時，會產生雷文，導致這種問題出現的關鍵原因是焊接過程中的焊接速度條塊或者焊接電流太小，以及運條角度不一致引起的。為了避免這種缺陷的存在，通常情況下，會使用正確的焊接方法，以此有效地保障鋼材的焊接質量，使汽輪處于正常運轉的狀態，達到提升生產力的作用。

（3）焊接中出現氣孔。隨著氣孔的大小，超聲波的波形會發生相應的變化，就比如，一些單一的氣孔，雖然波形比較穩定，但是縫隙是單一的。因探測方向的差異，就會得到不同的探測結果，因此，探測工作需要來回進行，這樣一來，能夠降低探測過程中的失誤。導致氣孔出現的原因有以下方面：使用手工的方法對這些鋼材進行焊接時，電流太大、太小或者雜質沒有清除干凈，或者是電壓過高都有可能產生這些問題。減少焊接面積會相應降低運行效率，要想對這種類型的缺陷進行預防，就應該避免不相關的雜質的出現，要處理好生銹的鋼材，而且在落實焊接工作時，應該選擇對應的電流、電壓以及焊接速度。

（4）焊接中出現裂紋。對于具備一定工作經驗的工作人員而言，在超聲中會發現裂紋，此時的波形比較寬，而且高度也比較高。和其他的缺陷相比較而言，裂紋的危害比較大，因此，做好裂紋的防范工作顯得非常關鍵。導致裂紋產生的主要原因是，在焊接裂紋的過程中，受熱不均勻，并且在外力的作用下，冷卻速度比較快，使其沒能完全合在一起，因此，就會出現大小不一的裂紋。為了避免這些裂紋的出現，需要選擇含有少量錳以及硫的鋼材，以此提升焊縫的自由伸展程度。先進焊接技術的使用可以有效地降低出現裂紋的概率。

（5）焊接中出現未完全熔合的情況。在使用超聲波實施探測工作時，沒有融合的缺陷對波形的反射比較穩定，后在對兩側的焊縫進行探測時，很有可能在一側處無法獲取探測結果。如果焊接的速度比較快，焊接角度不正確，就會出現未完全熔合現象。面對這種問題，需要選擇正確的焊接方式以及何時的探測角度，同時要控制電流的大小。

5 結語