关于超声检测在建筑钢结构焊接工程质量控制中的运用

关于超声检测在建筑钢结构焊接工程质量控制中的运用

王洋

辽宁机电职业技术学院辽宁省丹东市118009

摘要：现代各类工程建设中，随着建筑结构体系的种类不断朝轻质、高强的方向发展，钢结构的使用率越来越高。尤其是在厂房建设及设备安装中更是大量使用钢结构。而焊接作为钢结构的主要连接方式之一，直接影响钢结构的施工质量，采用无损探伤的手段对焊缝进行质量检验是确保钢结构工程质量的重要环节。

关键词：超声检测；建筑钢结构；焊接工程

引言：

钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、地基费用省、占用面积小、工业化程度高、外形美观等一系列优点,与混凝土结构相比它是环保型的和可再次利用的,也是易于产业化的结构,其应用越来越广泛。钢结构的发展与钢产量紧密相关。我国已经成为世界产钢大国,2007年中国生产钢已突破4.9亿吨,其中钢结构的产量高达1.4亿吨,能源、交通、冶金、机械、化工、电力、建筑及基础设施建设等领域的钢结构产业已成为国民经济建设的支柱。随着我国建筑业的快速发展,建筑钢结构在国民经济发展中的作用也越来越重要。

一、超声波探伤技术的特征

所谓超声波，主要指超声振动通过介质进行传播，实际上就是在弹性介质中，以波动形式进行的机械振动，其振动频率大于20KHz。通过应用超声波探伤技术，可检测厚度大的钢结构材料，其检测速度快、成本低，可准确定位、定量缺陷，对人体不会产生任何危害，同时提高大面积缺陷的检测效率。因此，当前超声波探伤技术已成为无损检测的主要途径，在钢结构生产实践中广泛应用。

超声波探伤技术在钢结构焊接中的应用，具有以下特点：（1）当超声波处于介质中，一旦遇到界面拦截，就会产生反射；（2）超声波的传播力度较大，对钢结构产生较强的穿透力；（3）超声波的振动频率高，指向性好；（4）超声波的衰减、声速、阻抗等特征，给超声波的运用提供了更多信息。钢结构无损探伤包括超声检测（UT）、射线检测（RT）、磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）和涡流检测（ET）等5种检测方法。超声检测是目前应用最广泛的探伤方法之一。超声波的波长很短、穿透力强，传播过程中遇不同介质的分界面会产生反射、折射、绕射和波形转换。超声波像光波一样具有良好的方向性，可以定向发射，能在被检材料中准确发现缺陷。超声波探伤能探测到的最小缺陷尺寸约为波长的一半。在实际探伤中一般采用反射法来进行钢材缺陷探伤和焊缝探伤，即根据缺陷反射回波声压的高低来评价缺陷的大小。

从焊缝本身来说，决定焊缝质量的因素主要有3方面，分别是焊缝内部缺陷、焊缝外观表面缺陷以及焊缝尺寸。因此，焊缝质量等级就存在着两重含义：其一是针对焊缝内部缺陷检验：其二是针对焊缝外观表面缺陷检验。但目前绝大部分情况是设计者只进行笼统的规定，如“该焊缝质量等级为二级”，此时正确的理解是“焊缝内部缺陷按二级检验，外观缺陷也按二级检验。”超声波探伤法是对焊缝内部缺陷进行定量的一种检测方法，其对建筑钢焊缝中较为敏感的裂纹、未熔合等缺陷的检测灵敏度高，因此世界上很多国家对钢结构焊缝内部质量的控制一般都采用超声波探伤。

二、超声波无损检测的适用条件

超声波无损检测是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下,对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种测试手段。无损检测方法很多,超声检测(缩写ＵＴ)是钢结构常规无损检测方法的一种。超声波探伤仪的种类繁多,但在实际的探伤过程,脉冲反射式超声波探伤仪应用的最为广泛。一般在均匀的材料中,缺陷的存在将造成材料的不连续,这种不连续往往又造成声阻抗的不一致,由反射定理我们知道,超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将会发生反射,反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。脉冲反射式超声波探伤仪就是根据这个原理设计的。

超声检测是一种便捷的工业无损检测方法,它能够快速便捷、无损伤、精确地进行工件内部多种缺陷(焊缝、裂纹、夹杂、折叠、气孔、砂眼等)的检测、定位、评估和诊断。既可以用于实验室,也可以用于工程现场。能够广泛地应用在制造业、钢铁冶金业、金属加工业、化工业等需要缺陷检测和质量控制的领域,也广泛应用于航空航天、铁路交通、锅炉压力容器等领域的在役安全检查与寿命评估。

超声检测具有较高的探伤灵敏度、周期短、成本低、灵活方便、效率高,对人体无害等优点；缺点是对工作表面要求平滑、要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类、对缺陷没有直观性；超声波探伤适合于厚度较大的零件检验。超声检测应用时机可分为：设计阶段；制造过程；成品检验；在役检查。应用对象包括:各类材料(金属、非金属等)；各种工件(焊接件、锻件、铸件等)；各种工程(道路建设、水坝建设、桥梁建设、机场建设等)。无损检测的目地：（1）改进制造工艺；（2）降低制造成本；（3）提高产品的可能性；（4）保证设备的安全运行。

三、超声检测的具体检测方法

在每次探伤操作前都必须利用标准试块校准仪器的综合性能，校准面板曲线，以保证探伤结果的准确性。探测面的修整：应清除焊接工作表面飞溅物、氧化皮、凹坑及锈蚀等。焊缝两侧探伤面的修整宽度一般为大于等于2tanδT+50mm，（δ：入射角，T：工件厚度）。耦合剂的选择应考虑到粘度、流动性、附着力、对工件表面无腐蚀、易清洗，经济等因素，可考虑化学浆糊、机油等作为耦合剂。由于母材厚度较薄因此探测方向采用单面双侧进行。在探伤操作过程中采用粗探伤和准确探伤结合方式。粗探伤为了大概了解缺陷的有无和分布状态，准确探伤即给缺陷定量、定位。使用锯齿形扫查、左右扫查、前后扫查、转角扫查、环绕扫查等几种扫查方式以便于发现各种不同的缺陷并且判断缺陷性质。对探测结果进行记录，如发现内部缺陷对其进行评定分析。焊缝内部缺陷分级应符合现行国家标准《钢结构焊接规范》GB50661-2011的规定，如果发现有超标缺陷，应做相应记录。

四、非焊接缺陷的识别

（一）加强层

当采用超声波探伤技术探测到加强层时，会出现变形反射回波或者反射回波。具体识别方法为：利用蘸有耦合剂的毛刷，反复拍打反射回波位置，此时仪器显示屏上的脉冲信号就会出现上下跳动，进而进行判断。

（二）错边

在钢结构焊缝两侧，由于工件的厚度差异或者装配失误等，容易出现错位现象。如果超声波到达错边的位置，就会产生边角反射回波。当通过焊缝的单面双侧探测时，就可在一侧获得较强的反射回波信号，而另一侧的反射回波信号则明显降低。

（三）焊瘤

在正常钢结构焊接中，多余的部分即焊瘤。当探头从焊瘤的两侧进行分别检测，都可能出现反射回波，一般对于焊瘤的超声波探伤，反射波出现在底面反射回波之后。

五、结语

随着现代科技快速发展，技术进步，超声波探伤仪器数字化，探头品种类型增加，使得超声波检测工艺可以更加完善，检测技术更为成熟。但是超声波探伤中人为因素对检测结果影响甚大，工艺性强，因此对超声波检测人员的素质要求高，检测人员不仅要具备熟练的超声波探伤技术，还应了解有关的焊接基本知识，如焊接接头形式、坡口形式、焊接方法和可能产生的缺陷方向、性质及出现时机等，从而获得正确的检测结果，确保钢结构工程质量。

参考文献：

[1]段师剑,赵勇,王远传,etal.建筑钢结构焊缝检测的质量控制探讨[J].工程质量,2018,v.36；No.333(04):71-74.

[2]杨生,郝齐旺.试论高层钢结构施工焊缝的超声波探伤[J].居舍,2018(25):225.

[3]刘生虎.超声波探伤技术在建筑钢结构焊缝检测中的应用[J].住宅与房地产,2018,No.501(16):203.