建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫超聲波檢測(cè)中常見(jiàn)問(wèn)題解析

陳從榮

（福州市建筑工程檢測(cè)中心有限公司，福建 福州 350003）

焊縫質(zhì)量控制是鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制中的主要內(nèi)容，準(zhǔn)確、有效地檢測(cè)焊縫是實(shí)現(xiàn)焊縫質(zhì)量控制的關(guān)鍵。目前，常用的焊縫無(wú)損檢測(cè)方法主要有：射線檢測(cè)法（RT）、磁粉檢測(cè)法（MT）、滲透檢測(cè)法（PT）和超聲波檢測(cè)法（UT）等。其中，超聲波檢測(cè)法具有被檢對(duì)象范圍廣、檢測(cè)深度大、缺陷定位準(zhǔn)確、檢測(cè)靈敏度高、成本低、使用簡(jiǎn)單方便、檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用最廣泛且現(xiàn)場(chǎng)反饋?zhàn)詈玫臋z測(cè)方法之一。近年來(lái)，由于超聲波檢測(cè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的變化較大，而且對(duì)檢測(cè)人員的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)要求較高，因此，對(duì)超聲波檢測(cè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行梳理很有必要。

1 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的選用

在建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫超聲波檢測(cè)中，超聲波檢測(cè)方法的應(yīng)用、檢測(cè)結(jié)果的評(píng)定與檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的選用有直接關(guān)系，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO）、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB）和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JB）等。

以2014年6月1日為界，我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)形成新舊兩個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)，舊系列標(biāo)準(zhǔn)為：《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017-2003）、《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50205-2001）、《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)》（GB/T 11345-89）和《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》（GB 50661-2011），這些標(biāo)準(zhǔn)分別確定了焊縫的質(zhì)量等級(jí)、驗(yàn)收方法和檢測(cè)方法。2014年6月1日后，為了使國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與歐盟標(biāo)準(zhǔn)接軌，標(biāo)準(zhǔn)化管委會(huì)廢除了GB/T 11345-89，建筑鋼結(jié)構(gòu)工程焊縫檢測(cè)形成了新系列標(biāo)準(zhǔn)，分別依據(jù)《鋼的弧焊接頭缺陷質(zhì)量分級(jí)指南》（GB/T 19418-2003）、《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）和《焊縫無(wú)損檢測(cè) 超聲檢測(cè) 驗(yàn)收等級(jí)》（GB/T 29712-2013）來(lái)確定焊縫的質(zhì)量等級(jí)、檢測(cè)方法和驗(yàn)收方法。兩個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)的主要差異見(jiàn)表1。

從表1可以看出，兩個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)之間最主要的差異是關(guān)于焊縫質(zhì)量等級(jí)的規(guī)定。在新系列標(biāo)準(zhǔn)中，焊縫的質(zhì)量由GB/T 19418-2003分為B、C、D三個(gè)等級(jí)，但焊縫質(zhì)量等級(jí)的確定方法并沒(méi)有規(guī)定；而GB 50017-2003較詳細(xì)地規(guī)定了焊縫質(zhì)量等級(jí)的確定方法。但這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的焊縫質(zhì)量等級(jí)之間沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，只能根據(jù)GB 50017-2003來(lái)確定焊縫質(zhì)量等級(jí)，而其相應(yīng)的超聲波檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)GB 11345-89已經(jīng)廢止，現(xiàn)行的GB/T 11345-2013采用了GB/T 19418-2003規(guī)定的焊縫質(zhì)量等級(jí)。

表1 新舊系列標(biāo)準(zhǔn)的主要差異

鑒于以上問(wèn)題的存在，在建筑鋼結(jié)構(gòu)超聲波檢測(cè)中，各檢測(cè)單位使用的標(biāo)準(zhǔn)不一，一些檢測(cè)單位考慮到新系列標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)不能銜接等問(wèn)題，仍沿用舊系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)；而還有些檢測(cè)單位雖然采用新系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，但直接將GB/T 19418-2003中的焊縫質(zhì)量等級(jí)B、C級(jí)等同于舊系列標(biāo)準(zhǔn)中的一、二級(jí)，將GB/T 11345-2013中的2、3級(jí)等同于GB 11345-89中的Ⅱ、Ⅲ級(jí)。很明顯，這兩種檢測(cè)方法都是不正確的。要解決以上問(wèn)題，最好的辦法是盡快對(duì)新系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修編，使之與設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)相銜接。

2 檢測(cè)儀器及探頭的要求

2.1 檢測(cè)儀器要求

檢測(cè)儀器應(yīng)由具備計(jì)量檢驗(yàn)資質(zhì)的機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)合格后方可使用。檢測(cè)儀器的兩項(xiàng)重要指標(biāo)是水平線性和垂直線性，其中水平線性會(huì)影響缺欠的定位，垂直線性會(huì)影響缺欠的定量。GB/T 11345-2013中規(guī)定的水平線性偏差和垂直線性偏差分別為：小于等于全屏寬度的±2%和小于等于±3%。每次檢測(cè)前，應(yīng)對(duì)斜探頭的入射點(diǎn)和折射角進(jìn)行測(cè)試，入射點(diǎn)的偏差不得大于±1mm，折射角的偏差不得大于±2°。

2.2 探頭要求

探頭的基本參數(shù)包括探頭的頻率、折射角、晶片尺寸。

（1）超聲波探傷儀的探頭頻率一般在2～5MHz之間選擇，在滿(mǎn)足檢測(cè)要求的情況下，應(yīng)盡量選擇較低的探頭頻率，因?yàn)橥N介質(zhì)探頭頻率越低，其波長(zhǎng)越高，有利于發(fā)現(xiàn)缺欠。

（2）探頭折射角應(yīng)按照下列原則進(jìn)行選擇：確保聲束覆蓋整個(gè)檢測(cè)區(qū)域；聲束與工件底面法線的夾角應(yīng)在35°～70°之間；使用多個(gè)探頭檢測(cè)時(shí)，探頭之間的折射角度差值應(yīng)不小于10°，必須至少有一個(gè)探頭符合前一項(xiàng)要求，至少有一個(gè)探頭的聲束與焊縫熔合面近似垂直。

（3）當(dāng)檢測(cè)面為曲面時(shí)，應(yīng)充分考慮探頭與工件的耦合。GB/T 11345-2013中規(guī)定，對(duì)于有效的檢測(cè)，接觸面和檢測(cè)面之間的間隙不得大于0.5mm。

（4）探頭晶片尺寸的選擇與頻率和聲程有關(guān)。厚度較小的工件適合選用晶片尺寸較小的探頭（直徑6～12mm或等效面積的矩形晶片），厚度較大的工件應(yīng)選擇晶片尺寸較大的探頭（直徑12～24mm或等效面積的矩形晶片）。

3 焊縫缺欠顯示的評(píng)定（采用GB/T 11345-2013和GB/T 29712-2013標(biāo)準(zhǔn)）

GB/T 11345-2013標(biāo)準(zhǔn)列出了4種設(shè)定參考靈敏度的技術(shù)，在常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢測(cè)中最常用的是技術(shù)1：以直徑為Ф3mm的橫孔作為標(biāo)準(zhǔn)反射體，制作DAC曲線（距離—波幅曲線）。

GB/T29712-2013標(biāo)準(zhǔn)中，缺欠顯示的評(píng)定是一個(gè)難點(diǎn)，因?yàn)槿鼻坊夭úǚ鶞?zhǔn)并非固定值，整個(gè)評(píng)價(jià)過(guò)程也不是一步到位的，除了要評(píng)定單個(gè)缺欠的顯示，還要考慮群顯示，若是對(duì)曲線的理解和應(yīng)用有所欠缺，就很容易對(duì)焊縫質(zhì)量誤判。所以，要想掌握缺欠顯示的評(píng)價(jià)方法，就要對(duì)評(píng)價(jià)步驟和規(guī)則進(jìn)行詳細(xì)的梳理和分析。

（1）要弄清楚幾個(gè)等級(jí)的概念。參考等級(jí)——通過(guò)GB/T 11345-2013標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)1制作出的DAC曲線，用字母H0表示；驗(yàn)收等級(jí)——對(duì)應(yīng)于焊縫的質(zhì)量等級(jí)，驗(yàn)收等級(jí)2級(jí)與一級(jí)焊縫對(duì)應(yīng)，驗(yàn)收等級(jí)3級(jí)與二級(jí)焊縫對(duì)應(yīng)；記錄等級(jí)——其回波幅度值由相關(guān)的驗(yàn)收等級(jí)-4dB引出；評(píng)定等級(jí)——檢測(cè)靈敏度，確定驗(yàn)收等級(jí)后，其與參考等級(jí)之間的差值是一個(gè)固定值，當(dāng)驗(yàn)收等級(jí)為2級(jí)時(shí)，其回波幅度值為H0-14dB，當(dāng)驗(yàn)收等級(jí)為3級(jí)時(shí)，其回波幅度值為H0-10dB。

（2）測(cè)出缺欠的顯示長(zhǎng)度。確定焊縫驗(yàn)收等級(jí)后，即可得到評(píng)定等級(jí)的回波幅度值（H0-14dB或H0-10dB），以此作為測(cè)長(zhǎng)基準(zhǔn)線，運(yùn)用固定回波技術(shù)測(cè)出缺欠的顯示長(zhǎng)度。具體操作方法是：在發(fā)現(xiàn)超過(guò)評(píng)定等級(jí)的波形顯示后，分別向左右移動(dòng)，使波幅降低至與評(píng)定等級(jí)同高，分別記錄其位置，兩個(gè)位置之間的水平距離即為缺欠的顯示長(zhǎng)度。

（3）通過(guò)缺欠的顯示長(zhǎng)度與母材厚度的比值，以及之前確定的驗(yàn)收等級(jí)（2級(jí)或3級(jí)）和母材厚度這3個(gè)參數(shù)，就可通過(guò)表2查到對(duì)應(yīng)的驗(yàn)收等級(jí)的相對(duì)回波幅度值，其回波幅度值-4dB即為對(duì)應(yīng)的記錄等級(jí)回波幅度值。

表2 驗(yàn)收等級(jí)2和驗(yàn)收等級(jí)3的回波幅度值

通過(guò)上述步驟，我們確定了驗(yàn)收等級(jí)和記錄等級(jí)兩條基準(zhǔn)線，這兩條線將回波顯示評(píng)定區(qū)在豎直方向上分成了3個(gè)區(qū)域（見(jiàn)圖1）：記錄等級(jí)以下的區(qū)域?yàn)楹细駞^(qū)、記錄等級(jí)和驗(yàn)收等級(jí)之間的區(qū)域?yàn)榇▍^(qū)、驗(yàn)收等級(jí)以上的區(qū)域?yàn)榕袕U區(qū)。如果回波幅度處于合格區(qū)或判廢區(qū)的缺欠顯示，則可直接判定是否合格；如果處于待定區(qū)的缺欠顯示，符合規(guī)范中能夠組成群顯示的要求，則需要計(jì)算缺欠的組合長(zhǎng)度，將其中的波幅最高值作為群顯示的代表波幅。處于待定區(qū)的所有群顯示及未入群顯示的單個(gè)顯示，其顯示長(zhǎng)度都將計(jì)入累積長(zhǎng)度，并根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行驗(yàn)收（此時(shí)只考慮任意給定焊縫長(zhǎng)度內(nèi)顯示的累積長(zhǎng)度，不考慮顯示的回波幅度）。

圖1 回波幅度評(píng)定區(qū)域劃分簡(jiǎn)圖

4 結(jié)語(yǔ)

超聲波檢測(cè)的操作看似簡(jiǎn)單，實(shí)則需要足夠的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，需要掌握一定的材料、焊接、聲學(xué)等方面的知識(shí)，深入了解相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，并能靈活運(yùn)用，以保證檢測(cè)結(jié)論的準(zhǔn)確性和可靠性。