鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)中超聲波探傷技術(shù)的應(yīng)用

王 荷

（大連市建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司，遼寧 大連 116000）

目前，鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑領(lǐng)域，其質(zhì)量與建筑工程的整體質(zhì)量存在密切關(guān)聯(lián)，若是鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量有問(wèn)題，且在施工過(guò)程中未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就會(huì)對(duì)工程建設(shè)埋下巨大隱患。超聲波檢測(cè)技術(shù)作為當(dāng)前工程檢測(cè)的主流，具有非常顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，并在鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)中得到了日益廣泛的普及。但客觀來(lái)講，超聲波探傷技術(shù)的應(yīng)用也有著嚴(yán)格要求，如何全面把握應(yīng)用要點(diǎn)，也是相關(guān)人員需要重點(diǎn)思考與實(shí)踐的重點(diǎn)。

1 基本概述

超聲波無(wú)損探傷技術(shù)的原理就是利用超聲檢測(cè)儀對(duì)被檢測(cè)對(duì)象產(chǎn)生具有發(fā)射和透射功能的超聲波，頻率范圍通常在1-5 兆赫茲，能夠?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)金屬材料焊縫中的缺陷進(jìn)行檢測(cè)，如裂紋、未熔合、未焊透等，同時(shí)能夠有效判定缺陷所處的位置。超聲波無(wú)損探傷技術(shù)具有設(shè)備簡(jiǎn)便、檢測(cè)效率高、結(jié)果精準(zhǔn)等優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)前自動(dòng)化檢測(cè)的代表性技術(shù)。另外，超聲波無(wú)損探傷檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)對(duì)象的要求相對(duì)較低，在材料屬性、制造工藝、規(guī)模大小等方面沒(méi)有太多局限，所以被廣泛應(yīng)用于建筑無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域。當(dāng)然，超聲波無(wú)損探傷技術(shù)也存在一定的局限，就是不適用于形狀復(fù)雜、表面粗糙、粗晶材料的檢測(cè)。還有就是，超聲波無(wú)損探傷技術(shù)主要分為兩類，包括手工探傷和自動(dòng)化探傷，前者具有可操作性強(qiáng)、適用范圍廣的優(yōu)勢(shì)，但也存在耗時(shí)較長(zhǎng)、用工較多的缺點(diǎn)。但因國(guó)內(nèi)鋼材生產(chǎn)企業(yè)對(duì)鋼材坯料無(wú)損探傷重視度較低，所以在鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)環(huán)節(jié)基本以人工探傷為主。但對(duì)于建筑企業(yè)來(lái)講，為確保建筑工程質(zhì)量，除了加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的檢測(cè)把關(guān)外，還應(yīng)該通過(guò)人工探傷與自動(dòng)化探傷的有機(jī)結(jié)合，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量進(jìn)行獨(dú)立檢測(cè)，最大程度地消除鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然，這種結(jié)合正在受到越來(lái)越多的關(guān)注，并開(kāi)始應(yīng)用于所有鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)領(lǐng)域，有著十分廣闊的發(fā)展前景。

2 鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)中超聲波探傷技術(shù)的應(yīng)用范圍

2.1 鋼結(jié)構(gòu)焊接檢測(cè)

在鋼結(jié)構(gòu)焊接中，超聲波無(wú)損探傷技術(shù)有著非常重要的應(yīng)用價(jià)值，通過(guò)對(duì)焊接施工質(zhì)量的檢測(cè)，能夠有效判定鋼結(jié)構(gòu)焊縫等級(jí)，進(jìn)而為后續(xù)施工提供一定依據(jù)。目前，我國(guó)已經(jīng)出臺(tái)了相應(yīng)的焊縫等級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法，施工企業(yè)只需根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施檢測(cè)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量進(jìn)行客觀評(píng)估，并做好后續(xù)質(zhì)量管理即可，而這也是建筑施工質(zhì)量管理的重要面向[1]。

2.2 壓力管道強(qiáng)度檢測(cè)

超聲波無(wú)損探傷技術(shù)在壓力管道強(qiáng)度檢測(cè)領(lǐng)域也有著重要的應(yīng)用價(jià)值，通過(guò)檢測(cè)能夠全面了解壓力管道的結(jié)構(gòu)缺陷、焊接方法、受力狀態(tài)等，進(jìn)而判定其是否滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和施工要求，最為重要的是，通過(guò)具體強(qiáng)度檢測(cè)能夠?yàn)楹罄m(xù)強(qiáng)度施工提供可靠依據(jù)。

2.3 壓力容器厚度檢測(cè)

除了在上述領(lǐng)域的應(yīng)用外，超聲波無(wú)損探傷技術(shù)還可以應(yīng)用于壓力容器厚度檢測(cè)，就是通過(guò)對(duì)檢測(cè)對(duì)象材質(zhì)結(jié)構(gòu)、空間狀態(tài)等信息的分析，準(zhǔn)確把握壓力容器厚度，進(jìn)而明確相關(guān)部位的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，也是提高施工質(zhì)量的重要手段。

3 鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)中超聲波探傷技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 充分做好準(zhǔn)備工作

3.1.1 注重專業(yè)隊(duì)伍建設(shè)

檢測(cè)人員必須具備足夠的專業(yè)能力才能確保檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性，這就要求檢測(cè)人員必須持有專業(yè)證書(shū)，同時(shí)把握相關(guān)專業(yè)知識(shí)，全面了解金屬材料和焊接知識(shí)，能熟練使用超聲波檢測(cè)設(shè)備，精準(zhǔn)識(shí)別超聲波形，了解相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這是確保檢測(cè)技術(shù)高效應(yīng)用的根本前提[2]。

3.1.2 確保儀器設(shè)備質(zhì)量

超聲檢測(cè)儀和試塊必須符合國(guó)家既定標(biāo)準(zhǔn)，即《A 型脈沖反射式超聲波探傷儀通用技術(shù)條件》（JB/T 10061-1999）和《無(wú)損檢測(cè)超聲檢測(cè)用試塊》（GB/T 23905-2009）。同時(shí)要依據(jù)《無(wú)損檢測(cè)A 型脈沖反射式超聲檢測(cè)系統(tǒng)工作性能測(cè)試方法》（JB/T 9214-2010）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)做好儀器性能與系統(tǒng)性能的測(cè)試，確保測(cè)試結(jié)果符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.3 確保耦合劑合理選用

耦合劑作為重要的填充劑，不僅能夠提高超聲波透射率，而且能夠起到潤(rùn)滑作用，提高探討移動(dòng)效率，同時(shí)降低磨損率。在超聲無(wú)損探傷檢測(cè)中，要盡量選擇具有較強(qiáng)流動(dòng)性、透聲性，且價(jià)格低廉、安全性高的耦合劑，如機(jī)油、化學(xué)漿糊等。

3.1.4 做好焊縫準(zhǔn)備

在實(shí)施超聲波無(wú)損探傷檢測(cè)之前，要對(duì)被檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行全面清理，必要時(shí)要進(jìn)行打磨處理，以確保鋼結(jié)構(gòu)焊縫兩側(cè)探頭移動(dòng)區(qū)寬度1.25p 范圍內(nèi)表面粗糙度在0.5mm 以下，同時(shí)考慮焊縫與試塊聲能性能存在的差異，一般通過(guò)提高4 分貝的方法實(shí)施表面補(bǔ)償，或根據(jù)《焊縫無(wú)損檢測(cè)超聲檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)等級(jí)和評(píng)定》（GB/T 11345-2013）附錄F，對(duì)聲能傳輸損失差值進(jìn)行有效測(cè)定。但要指出的是，焊縫檢測(cè)時(shí)的溫度與試塊調(diào)節(jié)儀上的溫度差值最好別超過(guò)15℃，同時(shí)要確保耦合劑的統(tǒng)一[3]。

3.1.5 合理調(diào)節(jié)儀器設(shè)備

在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施檢測(cè)前，要對(duì)檢測(cè)設(shè)備實(shí)施合理調(diào)節(jié)。首先，在 CSK-IA 試塊上獲取直徑50mm、100mm 弧面的最高反射回波作基線調(diào)節(jié)，對(duì)聲速、零偏和探頭前沿進(jìn)行全面測(cè)定。其次，在CSK-IA 試塊上獲取φ50mm 圓孔的最高反射回波，然后對(duì)探頭折射角度進(jìn)行測(cè)定。最后，在RB 試塊上獲取三個(gè)及以上深度的φ3mm×40mm 橫孔反射體的最高反射回波，并依此制定DAC 曲線，同時(shí)要保證最深反射體深度大于兩倍母材厚度。在完成DAC 曲線制作后，還要結(jié)合檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的檢測(cè)靈敏度標(biāo)準(zhǔn)，分別將評(píng)定線、定量線和判廢線分別設(shè)為-14 分貝、-6 分貝和0 分貝。

3.2 做好焊縫內(nèi)部缺陷的全面掃查

當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)焊縫外觀檢測(cè)合格，以及焊接時(shí)間達(dá)標(biāo)后，才能對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊縫內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢測(cè)，具體可以分為初步掃查、精細(xì)掃查和復(fù)核掃查。掃查要根據(jù)B 級(jí)檢測(cè)等級(jí)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，借助斜探頭在焊縫單面雙側(cè)實(shí)施檢測(cè)，當(dāng)條件不夠時(shí)，可以采用兩個(gè)斜探頭進(jìn)行單面、單側(cè)的逐一檢測(cè)。

3.2.1 初步掃查

在確保探頭靈敏度的基礎(chǔ)上，將斜探頭放在焊縫一側(cè)，與焊縫長(zhǎng)度走向垂直進(jìn)行鋸齒狀的反復(fù)檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)單面雙側(cè)的初步掃查，掃查寬度最少要在1.25p 以上，同時(shí)檢測(cè)速度要合理，避免出現(xiàn)掃查遺漏區(qū)域，同時(shí)反復(fù)檢測(cè)的時(shí)候要重疊10%的探頭寬度。在檢測(cè)過(guò)程中要觀察屏顯，若是發(fā)現(xiàn)高于評(píng)定線的回波信號(hào)，就要進(jìn)行及時(shí)標(biāo)記，為后續(xù)精細(xì)掃查提供可靠依據(jù)。另外，之所以要做鋸齒狀檢測(cè)，是為了檢測(cè)出內(nèi)部縱向存在的缺陷，當(dāng)然，若是需要對(duì)橫向缺陷進(jìn)行檢測(cè)，就要實(shí)施平行或斜平行掃查。

3.2.2 精細(xì)掃查

在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊縫進(jìn)行精細(xì)掃查的時(shí)候，需要依據(jù)初步掃查環(huán)節(jié)的標(biāo)記信號(hào)展開(kāi)，就是對(duì)標(biāo)記位置進(jìn)行多角度、多方向、多層次的全面掃查，并結(jié)合焊縫結(jié)構(gòu)尺寸信息進(jìn)行真假判定。在排除所有偽顯示后，找出欠缺最高反射回波，并對(duì)其幅度、位置進(jìn)行記錄，采用6 分貝法或端點(diǎn)峰值法對(duì)所標(biāo)記長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)做好記錄。重復(fù)上述流程對(duì)所有初步掃查環(huán)節(jié)的標(biāo)記實(shí)施檢測(cè)。

3.2.3 復(fù)核掃查

通常來(lái)講，通過(guò)上述兩個(gè)環(huán)節(jié)的掃查后，能夠較為全面、精準(zhǔn)地獲得檢測(cè)結(jié)果，但對(duì)于個(gè)別異常或疑難反射回波，則需要進(jìn)行復(fù)核掃查。復(fù)核掃查能夠通過(guò)更換檢測(cè)人員、豐富探頭角度、轉(zhuǎn)變掃查面等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，是對(duì)內(nèi)部缺陷的進(jìn)一步驗(yàn)證與確定，如果在復(fù)核掃查后還不能解決相關(guān)疑難信息，那么就要采用射線檢測(cè)的方法實(shí)施驗(yàn)證，以確保檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性[4]。

3.3 超聲檢測(cè)結(jié)果客觀評(píng)級(jí)與判定

根據(jù)缺欠最高反射回波幅度高低與指示長(zhǎng)度長(zhǎng)短信息，及《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》（GB 50661-2011）的憑借規(guī)定，可將鋼結(jié)構(gòu)焊縫超聲無(wú)損探傷結(jié)果分成四個(gè)級(jí)別，不同級(jí)別所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量程度不同，其中I-IV 級(jí)，分別是質(zhì)量由高到底的排序。通過(guò)檢測(cè)結(jié)果與既定標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)照，能夠客觀合理地對(duì)鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量進(jìn)行判定。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50205-2020）的規(guī)定，一級(jí)鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果評(píng)級(jí)為I 級(jí)或II 級(jí)時(shí)就屬于質(zhì)量合格，而評(píng)級(jí)為III級(jí)或IV 時(shí)則屬于質(zhì)量不合格。二級(jí)鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果評(píng)級(jí)為I 級(jí)、II 級(jí)或III 級(jí)時(shí)則屬于質(zhì)量合格，評(píng)級(jí)為IV 級(jí)時(shí)則屬于質(zhì)量不合格。一旦檢測(cè)結(jié)果判定為不合格，就需要進(jìn)行更換或返修，并根據(jù)原檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和流程實(shí)施復(fù)檢。若是采取的是抽樣檢驗(yàn)，那么還要結(jié)合《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》（GB 50661-2011）相關(guān)規(guī)定，對(duì)檢驗(yàn)批實(shí)施結(jié)果判定[5]。

綜上所述，超聲波無(wú)損探傷技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)中有著非常重要的應(yīng)用價(jià)值，具有精準(zhǔn)性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)勢(shì)。本文結(jié)合具體檢測(cè)實(shí)踐和工作經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)歸納總結(jié)了鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損探傷檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，希望能夠進(jìn)一步提高相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用水平，為鋼結(jié)構(gòu)施工提供全面保障。