鋼結構無損檢測中超聲波探傷技術的應用

羅棋徽

（廣州市市政工程試驗檢測有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

無損檢測技術在工程建設中的應用較為廣泛，對于鋼結構檢測質量檢測而言，選擇合適的無損檢測技術尤為重要。超聲波探傷技術具有檢測速度快、設備輕便的優(yōu)勢，可在確保檢測結果精確性的基礎上，為項目工程建設提供可靠的數(shù)據(jù)支持。因此，為探究超聲波探傷檢測技術在鋼結構檢測中的作用，需要挖掘超聲波探傷檢測技術的優(yōu)勢，使其應用于工程項目檢測。

1 無損檢測技術的優(yōu)勢

運用無損檢測能夠最大程度降低檢測技術對工程造成的損害，通常情況下，部分建筑工程都是由鋼結構構成，鋼結構（圖1）獨特的優(yōu)勢特性保障了建筑結構的穩(wěn)定性和可靠性。但同時，鋼結構在焊接過程中極易出現(xiàn)各種問題，為解決該類問題就需要運用無損檢測技術。常見的無損探傷檢測技術主要包括超聲波探傷檢測、磁粉探傷檢測、射線探傷檢測和滲透探傷檢測。與傳統(tǒng)的檢測技術相比，無損檢測技術的檢測結果更加準確，以最短速度檢測出缺陷位置，幫助檢測人員在第一時間發(fā)現(xiàn)工程中的問題。由于無損檢測技術的種類較多，在實際的應用中需要結合工程的實際情況合理選擇，保障檢測結果的精確性。近年來，無損檢測技術水平不斷提升，檢測數(shù)據(jù)的處理效率也得到了一定的保障。無損檢測技術通過采取有針對性的措施確保工程質量。比如，在某項工程項目中檢測人員運用超聲波探傷技術進行工程質量的檢測，將超聲波探頭貼置物體表面即可迅速獲取檢測數(shù)據(jù)，對工程質量予以準確判定。現(xiàn)階段，無損檢測技術在建筑工程行業(yè)的應用較為廣泛，及時探測到隱蔽性工程的質量問題，為建筑行業(yè)的健康、穩(wěn)定發(fā)展提供支持。

圖1 鋼結構

2 無損檢測中超聲波探傷技術及其原理

作為新興技術，無損檢測中的超聲波探傷技術應用相對廣泛。該項技術的有效應用能夠以最快的速度識別鋼結構焊縫中的氣孔、夾渣與裂紋，為保證鋼結構施工質量奠定基礎。與此同時，超聲波探傷技術的安全性較好且應用簡單、方便。超聲波探傷技術由超聲波探傷儀、探頭和耦合劑構成，較為常見的超聲波波形包括橫波、縱波以及表面波等。利用探頭完成超聲波發(fā)射，在檢驗過程中實現(xiàn)傳播。當材料在檢測過程中出現(xiàn)氣孔、夾渣時，超聲波將被反射，超聲波接收器接收后將其顯示在屏幕中。工作人員以計算和分析回波的方式，充分了解和掌握材料的實際情況[1]。

3 鋼結構缺陷

鋼結構是應用廣泛、成本較低的一種材料，在實際應用過程中獨特性也較強。但并不意味著鋼結構材料是完美的，相反，鋼結構在應用過程中還存在一定的缺陷問題。主要體現(xiàn)在設計缺陷、材質缺陷以及連接缺陷等。其中，設計缺陷表現(xiàn)在工作人員缺乏經(jīng)驗且人員較少，在設計階段涉及的數(shù)據(jù)內容較多，由于無法準確對數(shù)據(jù)予以有效把控，導致鋼結構的可靠性受損，使得人為因素成為造成設計缺陷的主要原因。材質的缺陷表現(xiàn)在由于鋼結構材料種類較多，不同元素較多，對鋼結構的材料性能造成了一定的影響。正式開展冶煉鋼工作前，通常需要強化材料的選擇。受到工藝設備的影響，鋼材料的軋制和冶煉過程容易出現(xiàn)質量問題，鋼材料裂紋較為嚴重。為解決上述問題，只有加強材料的監(jiān)督與審核工作。對建筑物來說，鋼結構系統(tǒng)主要是由種類不同的鋼產品組合而成，焊接方式也隨著鋼結構接連發(fā)生改變，在節(jié)省空間、降低成本、確保剛性連接有效性方面有著重要的意義。但同時，受到焊接環(huán)境和焊接工藝水平的影響，鋼內部結構容易受損，一旦鋼結構內出現(xiàn)氣孔（圖2）或夾渣等，鋼結構的穩(wěn)定性較差。

圖2 焊縫氣孔

4 鋼結構中超聲波無損探傷技術應用實例分析

4.1 工程概況

以某排澇站為例。該排澇站的作用主要有灌溉、內澇排洪等。排澇站的建設時間較長，部分位置已經(jīng)出現(xiàn)嚴重滲漏問題、排污柵甚至發(fā)生位移和變形，安全隱患突出。與此同時，該排澇站建設時期的閘體和閘基礎的施工技術較為落后，造成排澇站已無法滿足現(xiàn)代排澇、灌溉需求。所以，相關部門決定對該排澇站展開重建工作。由于排澇站的出口閘位置的鋼閘門以預裝拼接工藝為主，為此，決定在拼接定位、尺寸檢查方面進行加固。以中間到四周對稱焊接原則，焊縫以T 字形為主。該工程的鋼閘門焊接在施工前對外觀進行了全面的分析和檢查，只有外觀檢查合格后才能夠依據(jù)相關規(guī)范和標準對鋼閘門焊縫采取超聲波無損探傷檢測。

4.2 焊縫質量缺陷

由于該水利工程采用的是T 型焊縫，該種焊縫類型較為常見。由腹板和翼緣板共同組成，組合焊縫和角縫是較為常見的類型。依據(jù)焊縫的位置以及所承受壓力的形式可將T 型焊縫劃分為不同的等級。T 型焊縫在水利工程中具有重要的作用，由于該種焊接施工的工藝較為復雜且施工難度較高，所以對施工人員的專業(yè)能力和綜合素質有較高的要求。一旦施工人員的專業(yè)水平不高或者未能嚴格依據(jù)焊接技術標準展開焊縫施工作業(yè)，極易出現(xiàn)焊縫缺陷。較為常見的質量缺陷有焊接熔合不良，出現(xiàn)漏焊或未熔合問題，其原因在于焊接電壓、電流以及預熱規(guī)范不標準，焊接坡口角度過小、鈍邊縫隙小等操作問題。除此之外，極易出現(xiàn)焊接裂紋、焊接空洞等。氣孔缺陷的形成原因與焊接時保護氣未在熔池結晶，卻在焊縫金屬中殘留有關[2]。

4.3 無損探傷應用

4.3.1 初步探傷

超聲波探傷檢測的深度較大、距離長且體積較小，為此，檢測速度也較快。在具體應用過程中無須給出準確的缺陷性質，即可依據(jù)聲波了解波線之間的差異性，再從焊接材料類型、焊接結構類型的角度了解缺陷損傷的嚴重程度。在受到探傷任務后，一方面需要了解圖紙中對焊接質量技術的要求，依據(jù)驗收鋼結構標準展開各項檢測工作，防止盲目操作導致探測數(shù)據(jù)的不準確。與此同時，全面掌握專業(yè)技術知識，明確超聲波探傷技術的應用要點。另一方面，初步探傷工作完成后應對波屏上的回波信號予以全面分析和掌握，只要回波超出評定線，需要及時記錄，為后續(xù)的定量缺陷檢測奠定良好的基礎。

4.3.2 精確探傷

精確探傷的應用要點在于有助于提升探傷的準確程度，在應用過程中，首先，需要減少操作，對探傷的過程予以充分把握，嚴禁出現(xiàn)漏測問題。其次，在第一次檢測過程中出現(xiàn)鋼結構缺陷問題時，第二次要再次檢測，明確缺陷位置的最高回波束，將信息準確記錄。該種方式有助于改進缺陷問題。最后，運用超聲波探傷技術過程中應注重焊縫長度的計算，得出探傷比例后以局部探傷的方式對焊縫進行全面探傷。當焊縫屬于允許存在的范圍內，則在缺陷兩端位置增加探傷的長度，確保探傷的長度高于12%。需要注意的是，鋼材結構特征是準確判斷缺陷的依據(jù)[3]。

4.3.3 鋼閘門焊縫探傷

在進行鋼閘門焊縫探傷時，主要是利用直探頭對翼緣板外側采取全面檢測，可實現(xiàn)腹板和翼緣板焊縫的系統(tǒng)性檢測，得出是否存在焊接熔斷等不良缺陷以及翼緣板側焊縫是否有焊接裂縫缺陷問題。完成上述位置的超聲波探傷時，一般選擇探頭頻率為2.5MHz 的斜探頭。與此同時，根據(jù)翼緣板厚度明確探頭晶片的尺寸，在確保穿透力的基礎上選擇合適的小尺寸晶片，降低近區(qū)的長度。超聲波探傷時還要對分底波與缺陷波予以明確區(qū)分，確保無損檢測技術的精確性和可靠性。斜探頭作為較為常見的超聲波探傷檢測設備，可將其應用于腹板和翼緣板之間焊縫是否存在未熔合、未焊透問題，設備的探測頻率在5.0MHz 以內，依據(jù)腹板厚度合理選擇斜探頭K 值，具體參照值如表1 所示。

表1 斜探頭K 值參照

當斜探頭探傷對翼緣板外側進行波次檢測時，翼緣板外側1 次波檢測的探傷精確度要高于翼緣板內側2 次波檢測，同時能夠以最快的速度檢測到焊縫質量問題。需要注意的是，如果采用翼緣板外側探傷檢測，則應在檢測前明確并標準腹板中心線和焊縫位置。通常情況下，直探頭探傷設備要和斜探頭設備同時使用，才能達到最佳檢測效果。該工程通過采取兩種設備同時進行鋼閘門焊縫探傷，不僅快速獲得焊縫質量缺陷問題，同時保證了焊縫檢查精確程度。

4.3.4 識別氣孔夾渣

如果鋼結構在實際焊接過程中出現(xiàn)焊接溫度過高問題的情況下，此時的氣體將發(fā)生迅速反應，在吸收過程中產生相應的氣孔，產生的氣孔將對鋼結構的穩(wěn)定性造成不良影響。焊接冷卻凝固前氣體還未放出時，將形成孔洞。孔洞分為單孔和集成孔洞兩種。借助超聲波探傷技術可準確識別出鋼結構產生氣孔的原因。通常情況下，普通密集氣孔反射波呈現(xiàn)的是簇狀型，因此，運用超聲波探傷技術在實際的檢測過程中能夠準確識別回波的高度，再依據(jù)氣孔大小以及位置判斷氣孔形狀。得出的波形也相對穩(wěn)定。但同時，檢測的難度也較大，需要在檢測過程中不同方向的探測確保整個氣孔能夠全部被挖掘出來，需要注意的是，探測過程中需要找到最大的回波。除此之外，夾渣也是鋼結構焊接過程中較為常見的問題之一。在鋼結構最終的焊接階段，容易出現(xiàn)金屬以及非金屬殘留現(xiàn)象以及殘渣，當溫度較高時，熔渣將隨著溫度的升高而出現(xiàn)鋼鐵表面變形，對鋼結構的穩(wěn)定性造成極大的影響，甚至發(fā)生振動以及壓力提高斷裂的可能性。

借助超聲波探傷技術可準確得知焊縫出現(xiàn)裂紋的具體位置，裂紋位置的回波高度較高，隨著探測頭平行移動，波浮將發(fā)生較大的改變。當接連出現(xiàn)反射波時，則證明裂紋較為嚴重，當超聲波探頭轉動變化不明顯的情況下，例如，僅出現(xiàn)上下錯動變化，則證明裂紋較小。裂紋作為焊縫類型中重要的危險因素，為此，在一級和二級焊縫中嚴禁出現(xiàn)裂紋。對整體鋼結構的影響并不大。通常情況下，如果在焊接期間缺乏對焊接點融合性的重視而發(fā)生未熔合問題，則證明焊縫未能與其他金屬材料進行有效融合。為避免上述問題發(fā)生，就需要對超聲波探傷設備所反射的特征予以全面分析，以平行移動的方式直到波形穩(wěn)定，即可說明達到融合點的要求[4]。

4.4 超聲波探傷評定

在超聲波探傷結果評定階段，需要依據(jù)相關規(guī)范標準對焊縫質量分級。該水利工程鋼閘門焊縫質量的要求并非為全熔透，只需要調整焊角高度的方式將焊縫中心位置全熔透，確保鋼閘門能夠滿足焊縫施工要求。因此，該工程在檢測鋼閘門焊縫質量后，監(jiān)理單位對其施工進行了系統(tǒng)、全面的驗收，最終得出該工程滿足相關標準和要求，其質量符合工程質量標準[5]。

5 結語

總而言之，無損檢測技術在各行各業(yè)中有著廣泛的應用，合理、科學應用無損檢測技術有助于提升工作效率，保障工作質量。其中，超聲波探傷技術作為無損檢測技術重要的組成部分，在鋼結構檢測中發(fā)揮了重要的作用。運用超聲波探傷技術可對鋼結構焊接過程中的缺陷問題予以全面分析，提升建筑工程中鋼結構的穩(wěn)定性和可靠性。因此，施工企業(yè)應重視超聲波探傷檢測技術在建筑工程中的應用。不斷創(chuàng)新檢測技術，提升超聲波探傷檢測技術應用效率和水平。有助于建筑企業(yè)實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化的同時，為行業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出相應的貢獻。