超聲波探傷技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用研究

陳彥龍

摘 要：通過(guò)超聲波探傷技術(shù)，可以檢測(cè)到肉眼無(wú)法觀測(cè)的結(jié)構(gòu)內(nèi)部情況，達(dá)到無(wú)損檢測(cè)的要求，還能提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用具有較大的幫助。結(jié)合具體檢測(cè)實(shí)踐和工作經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)論述了鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)中對(duì)超聲波探傷技術(shù)的有效應(yīng)用，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。

關(guān)鍵詞：超聲波探傷技術(shù)；鋼結(jié)構(gòu)；無(wú)損檢測(cè)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TG142? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2023）04-0085-03

0 引言

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，鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與建筑工程的整體質(zhì)量密切關(guān)聯(lián)。若是鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量有問(wèn)題，在施工過(guò)程中未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就會(huì)給工程建設(shè)留下巨大隱患。

超聲波檢測(cè)技術(shù)作為當(dāng)前工程檢測(cè)的主流技術(shù)，具有非常顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)中得到了廣泛普及。但超聲波探傷技術(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)象發(fā)射和透射超聲波，頻率范圍通常在1～5 MHz，以此來(lái)對(duì)鋼結(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，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)。

超聲波無(wú)損探傷技術(shù)主要包括人工探傷和自動(dòng)化探傷兩類。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[1]。人工探傷具有可操作性強(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)。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)該結(jié)合人工探傷與自動(dòng)化探傷，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)。目前，這種結(jié)合正在受到越來(lái)越多的關(guān)注，并開始應(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。

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。另外，還可以通過(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)

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)，即通過(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)，提高施工質(zhì)量[2]。

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 做好準(zhǔn)備工作

3.1.1 注重專業(yè)隊(duì)伍建設(shè)

為了確保檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性，要求檢測(cè)人員必須具備足夠的專業(yè)能力，持有專業(yè)證書，把握相關(guān)專業(yè)知識(shí)。只有在檢測(cè)人員全面了解金屬材料和焊接知識(shí)，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)和之后，才能確保檢測(cè)技術(shù)高效應(yīng)用。

3.1.2 保證儀器設(shè)備質(zhì)量

超聲檢測(cè)儀和試塊必須符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，即JB/T10061-1999《A型脈沖反射式超聲波探傷儀通用技術(shù)條件》、GB/T23905-2009《無(wú)損檢測(cè)超聲檢測(cè)用試塊》以及JB/T9214-2010《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》，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]。

3.1.3 合理選用耦合劑

耦合劑作為重要的填充劑，不僅能夠提高超聲波透射率，還能夠起到潤(rùn)滑作用，提高探討移動(dòng)效率，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)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0.5 mm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4dB的方法實(shí)施表面補(bǔ)償，或根據(jù)GB/T11345-2013《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》附錄F，對(duì)聲能傳輸損失差值進(jìn)行有效測(cè)定[4]。另外，還要保證焊縫檢測(cè)時(shí)的溫度與試塊調(diào)節(jié)儀上的溫度差值不要超過(guò)15℃，確保耦合劑的統(tǒng)一。

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50 mm、100 mm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φ50 mm圓孔的最高反射回波，對(duì)探頭折射角度進(jìn)行測(cè)定。在RB試塊上獲取三個(gè)及以上的φ3 mm×40 mm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。

最后，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-14dB、-6dB和0dB。

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、焊接時(shí)間達(dá)標(biāo)后，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。掃查寬度要在1.25p以上，檢測(cè)速度要適中，避免出現(xiàn)掃查遺漏區(qū)域，在反復(fù)檢測(cè)的時(shí)候要重疊10%的探頭寬度。

在檢測(cè)過(guò)程中還要觀察屏顯，若是發(fā)現(xiàn)高于評(píng)定線的回波信號(hào)，要及時(shí)標(biāo)記，為后續(xù)精細(xì)掃查提供可靠依據(jù)。鋸齒狀檢測(cè)是為了檢測(cè)出內(nèi)部縱向存在的缺陷，而橫向檢測(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。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6dB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，初步掃查和精細(xì)掃查已經(jīng)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)核掃查要更換檢測(cè)人員、豐富探頭角度、轉(zhuǎn)變掃查面等，對(duì)內(nèi)部缺陷進(jìn)一步驗(yàn)證。如果在復(fù)核掃查后還不能解決相關(guān)疑難信息，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[5]。

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GB50661-2011《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》，可將鋼結(jié)構(gòu)焊縫超聲無(wú)損探傷結(jié)果按照質(zhì)量由高到底的排序劃分成4個(gè)級(jí)別，分別是I、Ⅱ、Ⅲ、IV級(jí)。將檢測(cè)結(jié)果與既定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(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)GB50205-2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》：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，III級(jí)或IV級(jí)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)屬于質(zhì)量合格，評(píng)級(jí)為IV級(jí)時(shí)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GB50661-2011《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，對(duì)檢驗(yàn)批實(shí)施結(jié)果判定。

4 超聲波探傷技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)過(guò)程中的應(yīng)用

4.1 超聲波探傷技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)未熔合問(wèn)題中的應(yīng)用

未熔合問(wèn)題一般表現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)各種金屬填充物并未嚴(yán)格遵照預(yù)期結(jié)果進(jìn)行融合，致使結(jié)構(gòu)存有很大的缺陷。導(dǎo)致這種問(wèn)題可能的原因有焊接中坡口問(wèn)題處理不佳、電流太小、焊接操作太過(guò)粗糙等[6]。

在未融合問(wèn)題的檢測(cè)中，片狀分布問(wèn)題和裂紋的反饋波長(zhǎng)都頗為相似，聲波圖變化較為明顯，聲波上下波動(dòng)的幅度十分顯著，在特定條件下，可能產(chǎn)生多個(gè)峰值。當(dāng)檢測(cè)設(shè)備在檢測(cè)物質(zhì)上水平緩慢移動(dòng)時(shí)，在設(shè)備界面中看到聲波呈現(xiàn)平穩(wěn)的走勢(shì)；當(dāng)設(shè)備轉(zhuǎn)向時(shí)，聲波浮動(dòng)就會(huì)呈現(xiàn)出不規(guī)律。在進(jìn)行未融合問(wèn)題的監(jiān)測(cè)時(shí)，若是沒(méi)有特定結(jié)果，檢測(cè)設(shè)備會(huì)出現(xiàn)有時(shí)兩邊都可探測(cè)到問(wèn)題，有時(shí)會(huì)在一邊發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，但這兩種檢測(cè)結(jié)果呈現(xiàn)的波形圖并不相同。

4.2 超聲波探傷技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)未焊透問(wèn)題中的應(yīng)用

鋼結(jié)構(gòu)的焊接時(shí)很容易出現(xiàn)未焊透的問(wèn)題，這是因?yàn)橐恍┙饘贅?gòu)造在強(qiáng)力焊接中依舊未實(shí)現(xiàn)完美融合。若是鋼結(jié)構(gòu)焊接沒(méi)有焊透，設(shè)備的機(jī)械性能就會(huì)遭受很大影響。

鋼結(jié)構(gòu)焊接沒(méi)有焊透可能的影響因素有：①焊接操作中電壓過(guò)小致使電流強(qiáng)度不佳；②焊接操作過(guò)于看中速度，缺少細(xì)致性；③坡口設(shè)置的角度缺少合理性；④焊接角度與正方向等發(fā)生偏離。所以，檢測(cè)人員需嚴(yán)謹(jǐn)對(duì)待檢測(cè)工作，防止出現(xiàn)問(wèn)題。

在探傷技術(shù)使用中，倘若其反饋的聲波頻率很大，波動(dòng)較為明顯，此時(shí)就需要平行且緩慢地移動(dòng)探測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，這樣顯示屏中的波動(dòng)趨勢(shì)就會(huì)變得十分平穩(wěn)，不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈波動(dòng)的波段[7]。在檢測(cè)到問(wèn)題時(shí)，其兩側(cè)就會(huì)發(fā)生聚集應(yīng)力點(diǎn)，嚴(yán)重影響鋼結(jié)構(gòu)投入使用，很可能會(huì)導(dǎo)致鋼產(chǎn)品表面產(chǎn)生裂開的紋路。

若想防止出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)未焊透的問(wèn)題，相關(guān)人員需嚴(yán)格掌控焊接過(guò)程，規(guī)避未焊透問(wèn)題，為鋼產(chǎn)品的安全使用提供保障。

4.3 超聲波探傷技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)氣孔問(wèn)題中的應(yīng)用

鋼結(jié)構(gòu)未處在真空狀態(tài)中，會(huì)致使高溫狀態(tài)下金屬層吸收大量氣體，卻不能通過(guò)其他的途徑得以排放，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)主要以橢圓、球形為主的空隙，這些空隙被稱為氣孔。另外，鋼結(jié)構(gòu)的零件沒(méi)有根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求烘干、坡口擁有大量的雜質(zhì)或者氣體維護(hù)效果差，都可能引發(fā)氣孔。

氣孔通常分為密集型或是稀疏型兩個(gè)形態(tài)。氣孔問(wèn)題的檢測(cè)也是超聲波探傷技術(shù)常見(jiàn)的檢測(cè)內(nèi)容。在檢測(cè)結(jié)果的界面中，簇狀的反饋波長(zhǎng)代表其氣孔形態(tài)作為密集型氣孔。氣孔的形狀及規(guī)模將會(huì)對(duì)波形和波動(dòng)頻率存有直接影響。

另外，移動(dòng)探測(cè)設(shè)備顯示屏中上下浮動(dòng)波形圖，可能是因?yàn)楹笚l材料保護(hù)不佳而產(chǎn)生氣孔，導(dǎo)致藥皮脫落或是材料遭受嚴(yán)重腐蝕造成的，或者是焊接模式導(dǎo)致的氣孔問(wèn)題。所以，鋼結(jié)構(gòu)焊接中應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，焊接人員需嚴(yán)格操作，可有效規(guī)避此類問(wèn)題[8]。

5 結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用能夠滿足建筑領(lǐng)域高空間、大跨度的要求，因此鋼結(jié)構(gòu)的可靠性以及質(zhì)量是非常關(guān)鍵的。所以，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，其具有精準(zhǔn)性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)勢(shì)，能夠給鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目的質(zhì)量與安全帶來(lái)相關(guān)的技術(shù)保證。

參考文獻(xiàn)

[1] 任海峰.鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)中超聲波探傷技術(shù)的應(yīng)用淺析[J].中國(guó)金屬通報(bào)，2020（2）：112-113.

[2] 鄔娟.超聲波探傷在建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)：引文版，2016（4）：280.

[3] 袁建國(guó).關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)中超聲波探傷技術(shù)的應(yīng)用[J].地產(chǎn)，2019（16）：156.

[4] 陳火生，余兆城，施翔.鋼結(jié)構(gòu)驗(yàn)收焊縫超聲無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用討論[J].產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新，2020，2（34）：49-50.

[5] 張明，田濤.無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)廠房檢測(cè)中的應(yīng)用[J].機(jī)電工程技術(shù)，2021，50（07）：256-258.

[6] 曹廣越.無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在水利工程質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2021（04）：40-44，132.

[7] 康文剛.超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在樁基工程中的應(yīng)用[J].交通世界，2020（30）：21-22.

[8] 左鵬.探討超聲探傷技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用[J].電子元器件與信息技術(shù)，2021，5（8）：65-66.