试谈钢结构焊缝超声波检测应用

试谈钢结构焊缝超声波检测应用

王金平

广州五羊钢结构有限公司

摘要：钢结构强度高、自重轻、刚度大等优越性已广泛应用在厂房、桥梁、水电、场馆等工程中。由于钢结构在制作安装过程中必须依靠焊接来保证，无损检测成为保证钢结构焊接质量的重要检测手段。本文通过工程实例，介绍了钢结构部分熔透焊缝的超声波检测分析方法，以供同行参考

关键词：建筑钢结构；超声波探伤；部分熔透；质量

一、1检测设备及检验准备

（1）使用超声波探伤仪应符合ZBY230《A型脉冲反射式超声探伤仪通用技术条件》的要求。采用2.5MHz的单斜探头，探头应按规定作出标志。其测试结果应符合ZBY231《超声探伤用探头性能测试方法》的要求。直探头的规格为5P14，斜探头的远场分辩力大于6dB，直探头的远场分辩力不小于30dB。（2）本方法选用RB-2对比试块，CSK-IA标准试块。现场检验时，为校验灵敏度或时基线，可以采用其它形式的等效试块。（3）焊缝经外观检验合格后方可进行检验，并且在焊后24h后进行检验。探头移动区应清除焊接飞溅、锈蚀、油垢等。探测面应平整光滑，以便于探头能自由扫查。（4）选用水、化学浆糊等耦合剂建筑钢结构焊缝类型及焊缝内部缺陷。

1.1剖口型式及焊缝类型

主要的建筑钢结构体系分为两种：第一种是网架空间结构体系，第二种是门式钢架体系。在这其中较为居多的是门式钢架体系。T型焊缝与对接焊缝两种是焊缝的主要类型。

对接焊缝，指的是把两母材摆置在同一平面内使其两边边缘对齐，随着边缘直线对焊接进行焊缝；T型焊缝是指对成T字形焊接在一起的两母材进行焊缝。为确保焊缝部位两母材在施焊后可以全部熔合，焊接前应依照焊接工艺要求在接头的地方开出适宜的坡口，钢结构焊缝常见的坡口形式主要有T型、K型、X（厚板）型、I（薄板）型和V（中厚板）型等。

1.2常见内部缺陷

因为在焊接的过程当中受到焊接工艺、周边环境等的相关因素影响，钢结构焊缝引发出内部缺陷是不可避免。内部常见的缺陷有夹渣、气孔、未熔合和裂纹等等。在缺陷性质上属一般缺陷的有独个气孔、颗粒状夹渣，对于焊缝的全体强来说度影响并不大；夹渣呈现不规则状或气孔呈团状、没有熔合、不够焊透、出现裂纹等属重度缺陷，将使得焊缝全体强度等相关性能严重下降。

二、超声波探伤方法原理及分类

超声波探伤，指的是将超声波经由不同的介质引发反射的特性有所利用。超声波经由构件检测表层的耦合剂进入构件，在构件中进行传播，假如反射返回探头就说明碰到缺陷或构件的底面，依照反射波在超声波探伤仪器中的荧光屏内位置和波动幅度的高低就能够将其位置及大小计算出来。依照波形不同的显示，超声波探伤仪可分为A-C型，A型脉冲反射式探伤仪属于常见类型。

工作原理为：同步电路（仪器的心脏）产生同步脉冲信号，一方面触发发射电路，产生一个持续时间极短的电脉冲加到探头上，激励（探头内）晶片产生脉冲超声波；另一方面，同步脉冲信号触发时基电路，时基电路（扫描延迟、扫描发生器、ⅹ轴放大器）产生线性较好的锯齿波，经ⅹ轴放大器放大后加到示波管ⅹ轴偏转板上，使光点从左到右随时间作线性地移动。当探头接收到反射或透射的超声波（由于正压电原理）转变成电脉冲输入接收电路（高频放大器、检波电路、视频放大器），加到示波管的Y轴偏转板上，从而在扫描线上就出现了波形。波的位置与转输时间成正比，既与缺陷距离成正比；波的幅度与缺陷的大小成正比。

对工厂制作焊缝,应按每条焊缝计算百分比,且探伤长度不应小于200mm。当焊缝不足200mm时，应对整条焊缝进行探伤。

1超声波探伤的主要要求

（1）耦合剂的选择。一定要具有可行的透声性和合适的流动性，对材料的本身及人体并无伤害，且价格较低容易获取，提倡使用清洁用品（例如洗洁精等）。

（2）探测面的选择。依照构件形状，焊接工艺，大概产生的缺陷部位及其延伸方向和焊缝需求的验收等级来采用探测面。

（3）探头频率及角度选。高频率探头，衰减程度较大，穿透力低下，对厚板构件焊缝的检测并不适用。但高频率，高分辨率，所以在足够的穿透能力下，频率选的越高越好。普遍会对2~5MHz探头予以采用，提倡使用2~2.5MH的探头。高探头频率，大范围近场区，衰减程度较大，不利于探伤，现实施工中的探伤要周密将各方面的因素予以分析考虑，合理选择频率。普遍在确保探伤灵敏度的前提下最大可能的选取相对较低的频率，钢结构焊缝检测广泛采用2.5MHz探头和5MHz探头，其中的网架杆件及薄壁构件焊缝最常选用5MHz探头。

（4）探伤人员素质要求。探伤人员必需取得在设备检测方面的相关等级资格证书，不同等级的人员只能从事相应等级的无损检测工作，并对相应的技术负责，最高等级为3级，如此类推，最低级就是1级。

2超声波在焊缝内部缺陷检测中应用

a）对接焊缝的探伤方法

（1）初探。把已经调整好的DAC曲线探伤灵敏度提高4至6dB，让评定线处在示波屏20％的高度以上，调好补偿增益，用锯齿型、斜平行和平行扫查法，斜探头对整条焊缝进行快速扫查，紧密关注示波屏幕上的一切回波信号，一旦对有波幅超过评定线的可疑回波有所发现马上在焊缝相应部位作出标示，为以后的缺陷定量测长作长远的准备。

第一步需先实行锯齿型扫查，其是有效发现焊缝普遍缺陷特别是纵向与斜纵向缺陷的重要方法，也是斜探头检测焊缝的基本方式。为检测熔合区、焊缝和热影响区中会出现的横向或斜横向的缺陷，还应该使用的两种方式有斜平行扫查和平行扫查，斜平行扫查对带有余高的焊缝非常适用，而平行扫查对余高被磨平的焊缝非常适用。

（2）精探。扫查方法同初探，但速度较慢。对第一遍探测作出标记的部分进行仔细探测，找出真正缺陷的最高回波，并对其定位、定长，做好记录。精探时，要综合采用前后、左右、转角、环绕等4种基本探测方式。针对已发现的目标缺陷，精探通常又分以下3个步骤进行：

a）找到目标缺陷最大回波并判定回波所在区域。粗略检测时为了发现缺陷采用较高的灵敏度，此时应用区域区分回波，即判定它所属的是DAC曲线上Ⅰ至Ⅲ的哪个区，原则上Ⅰ区以下的缺陷不作记录和评定，当回波在Ⅱ、Ⅲ区时须继续进行步骤b）和c）。

b）对目标缺陷定位和排除伪缺陷。依照最高回波在示波屏上对应的水平和垂直距离确定目标缺陷所在的实际位置，判断其水平位置在焊缝、熔合区及热影响区等检测区之外或之内。如果是检测区之外，就可排除焊缝内缺陷；如果在检测区之内，就可基本判断为缺陷，应依照其垂直距离并利用K值将回波对应的实际深度和水平距离判定出来。

c）缺陷测长定量和记录。假设缺陷反射波惟有单个高点，且处于Ⅱ及以上区域时，则选取6dB法进行缺陷测长。假设缺陷反射波峰值起伏变化有两个及以上的高点时，应分别将左右两端的最高回波找出，依照端点6dB法进行缺陷测长。假设反射波峰处在Ⅰ区认为需要定量记录时，将探头左右移动使波幅分别降到评定线处为端点，缺陷指示长度就来自于这两端点之间的间距。应将以上所说到的回波信息进行详细记录，需要返修时要在焊缝处作出明确的标示。

（3）复探。指的是对前两遍探测结果的进行复查与校验，其与之前的探测方法基本相同，但是速度与之前的方法相较之下比较快。

b）T型焊缝的探伤方法

单边V塑与双单边V型是T型焊接接头坡口主要的两种形式，如果选取埋弧自动焊工艺，小于厚度为14mm的焊接接头也能不开坡口，但是必需留有配合的间隙，普遍把这种情况称为Ⅰ型坡口。除了平板对接接头的三遍的T型焊缝的检验探伤方法之外，还要对T型焊缝采用一下探测方式：

①选取K1斜探头利用二次波在翼板内侧探伤。

②选取斜探头利用一次波在翼板外侧探伤。

③选取直探头在翼板外侧沿焊缝探伤。

④选取斜探头在腹板一侧利用一、二次波进行探伤。

使用直探头进行T型焊缝探测时，要注意把底波与焊缝中还没焊透和呈现层状的撕裂的回波区分开来。

结束语

通过对重要部分熔透构件的焊缝超声波检测方法的分析，使得部分熔透焊缝的内部质量得到控。当然，由于部分熔透焊缝的超声波探伤比熔透焊缝的操作复杂，检测判断也存在一定的争议，这就需要各方共同把关，如在施焊前检查构件的坡EI深度，施焊完检查焊角尺寸等，经过多方检测和监督，才能有效地保证工程的质量。

参考文献

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