钢结构无损检测焊缝超声波探伤技术简述

钢结构无损检测焊缝超声波探伤技术简述

谢利军

上海众材工程检测有限公司上海市201209

针对钢结构的无损检测工作，从检测设备的选择和调试环节入手，对超声波探测技术具体应用进行深入分析，并通过实践验证了本次提出的检测方法的合理性、可行性与有效性，进而为实际的无损检测和超声波探伤提供参考借鉴。

超声波探伤是指采用超探仪进行探伤检测，对于超探仪，它是一种携带方便的在工业领域广泛应用的探伤装置，可以十分便捷且准确的对很多不同的缺陷进行检测和定位，包括常见的裂纹、未焊透和未熔合，也包括很难发现的横向裂纹和细小气孔等。另外，它除了能可以用在实验室，也能在工程的现场使用。但为了使超声波探伤发挥出理想的作用效果，需要做好相关准备工作，如设备选择和调试等。

1检测要求与仪器的调试

1.检测要求：检测前，需委托单位提供委托、设计、施工、建设和监理单位名称；工程名称、结构类型、工件名称、工件规格、数量、焊缝编号、坡口型式、焊缝种类、母材材质、检测时被检对象所处的制造或加工状态，包括热处理状态或其他、任何焊后热处理的时机和程度、表面状态要求、焊接工艺规程或焊接工艺参数、验收等级、检测范围（包括横向的检测要求，如相关）、检测等级、人员资格等级、发现不可验收显示后的纠正规程；普通碳钢需冷却到室温，低合金高强钢由于可焊性容易产生冷、热裂纹须焊后24或36小时探伤。时基线和灵敏度设定时的温度与焊缝检测时的温度之差不应超过15℃。

2.仪器调试：设备调试应准确无误，特别是那些关键指标，如垂直和水平线性、测距及角度。对于现在比较常用的单探头，其探伤角度包括以下几种：K1.0、K1.5、K2.0、K2.5、K3.0；检测频率应在2MHz~5MHz范围内，同时应遵照验收等级要求选择合适的频率，当被检对象的衰减系数高于材料的平均衰减系数时，可选择1MHz左右的检测频率，在给定频率下，探头晶片尺寸越小，近场长度和宽度就越小，远场中声束扩散角就越大。使用CSK-IA或CSK-IB试块进行仪器校正和角度调校。仪器校正用于校正仪器所检测材料中的声速以及探头零点（探头晶片到入射点间的声时），剔除声速和零点对仪器声程、水平距离、垂直距离等计算参数的影响；角度测量时，探头与反射孔之间声程须大于2倍探头近场区距离，以避免由于近场区影响而造成的测量结果误差；使用RB-1、RB-2等试块以直径为3mm横孔为基准反射体，进行DAC曲线制作。仪器调试完成后需进行适当dB补偿，补偿是当所用基准试块或工件的回波幅度与理论值不相符时，用于补偿之间的差值。

2探伤检查步骤和缺欠判定

以某钢结构对接焊缝为例，灵敏度在设定和焊缝检测时采用横孔技术（直径为3mm的横孔）。在检测焊缝前依据GB/T11345-2013标准附录A中各种类型焊接接头的方式、检测等级、母材厚度选择探头角度、探头位置、探头移动区宽度及探头的扫查次数。探头移动区应足够宽，以保证声束能覆盖整个检测区域。检测表面应平滑，五焊接飞溅、铁屑、油垢及其他外部杂质。表面的不平整度不应引起探头和工件的接触间隙超过0.5mm。为确定缺欠的位置、方向、形状、观察缺欠动态波形或区分缺陷讯号与伪讯号，可采用前后、左右、转角、环绕等基本扫查方式。在保持探头垂直焊缝移动时，还应作10º～15º的左右转动。检测焊缝及热影响区的横向缺欠应进行平行和斜平行扫查。

在对焊缝检测前应先做母材检测，证实母材金属高衰减或缺欠的存在不影响横波检测，如果存在缺欠的母材部位，应对其是否影响横波检测效果进行评定。如有影响，调整焊缝超声检测技术，严重影响声束覆盖整个检测区域时应考虑更换其他检测方法。当检测采用横波且所用技术需要超声从底面反射时，应注意保证声束与底面反射面法线的夹角在35º至70º之间。当使用多个斜探头进行检测时，其中一个探头应符合上述要求，且保证一个探头的声束尽可能与焊缝融合面垂直。多个探头间的折射角度差应不小于10º。在检测对接焊缝内部缺欠过程中选择角度合适的探头进行检测，选用一次、二次波在焊缝两测扫查，先对整个焊缝进行初探，发现钢结构的内部有缺欠，将探测出的缺欠波进行标记，进行细致探测。探伤时屏幕上除真正的缺陷信号外，还会出现变形波，表面波干扰信号。探测过程需要用沾油手触拍探伤面以及探头前沿，触摸到的变形波与表面波信号均会发生跳动，并注意观察探头下小飞溅和凹坑出现的反射波。当发现缺欠波以后，观察缺欠波起终点，然后对探头进行横移，至此即可确定缺欠的位置与长度。探头扫查速度不应大于150mm/s，相邻两次探头移动间隔保证有探头宽度10%的重叠。在检测中如果有任何显示的回波幅度虽低于验收等级，但长度（高于评定等级）超过：a）t，8mm≤板厚t≤15mm时；b）t/2或15mm，取两者较大值，板厚t＞15mm时。应倾向于做进一步检测，即要求使用其他角度的探头，以及串列检测（若有约定）。最终评定应基于显示的最高回波幅度和所测得的长度。显示长度的测量：测量时，将探头左右移动，使波幅降低至评定等级，以此测定显示长度。如按评定等级进行测定时，参照GB/T29712-2013标准进行评定。

一般情况下，采用超声探伤仪很难分辨出钢结构跟部的缺欠，通过研究，把焊缝余高打磨平整，采用直探头进行检测。也可根据GB/T29711-2013标准焊缝中的显示特征进行评定：本标准规定了如何来表征内部显示，即把它们分类为平面型或非平面型。平面型显示为不可验收的，非平面型显示的验收等级按照GB/T29712-2013标准进行评定。对接焊缝根部主要存在内凹、咬边、未熔合、未焊透、裂纹等缺陷，通过探头声束近似垂直或斜入射至反射体，当移动探头时，观察A型显示回波，通过横向动态回波波形图对比可判断是否为缺陷显示。夹杂物和未熔合同时存在的混合型显示，在流程图中将其分类为平面型。未焊透：在移动探头时，未焊透波形比较稳定。焊缝两侧探伤时，均能得到大致相同的反射波；未熔合：探头平移时，波形比较稳定。两侧探伤时，反射波波幅不同，有时只能从一面探测到。裂纹：一般来说裂纹的回波高度较大，波幅宽，会出现多个波峰，探头平移时，反射波连续出现，波幅有变动，探头移动时，波峰有上、下错动现象。内凹回波：反射波幅明显低于未焊透，声波位置落在偏离焊缝中心靠近探头的一侧，从焊缝两侧发现反射波的间距大于未焊透间距（对口间距），探头继续前移可以测到内凹的深度。咬边：咬边信号出现在根部信号的前面，波幅较低。若根部已磨平，则两侧都能发现；若根部未打磨，则只能从一侧探到，另一侧因根部信号移动范围较大而无法发现。

3仪器调整的校验

每次检验前应在对比试块上，对时基线扫描比例和距离-波幅曲线（灵敏度）进行调节或校验，校验点不少于两点。

检测过程中至少每4小时或检测结束时，应对时基线和灵敏度设定进行校验。当系统参数发生变化或等同设定变化受到质疑时，也应重新校验。

灵敏度和时基线校验时，灵敏度偏离值≤4dB、时基线偏差值≤2%时，继续检测前，应修正设定；灵敏度降低值＞4dB、时基线偏差值＞2%时，应修正设定，同时该设备前次校验后检查的全部焊缝应重新检测，灵敏度增加值＞4dB，应修正设定，同时该设备前次校验后检查的全部记录的显示应重新检测。

4结果与讨论

（1）现在该方法已成功用于很多工程，并取得良好效果，通过检测发现很多采用单探头难以检测的缺陷和问题。

（2）上述探伤方法现已能广泛用于大型工程，除了能提高检测工作的效率，还能在第一时间发现并检出钢结构缺陷，进而起到保证钢结构工程质量和安全的作用。

（3）从事焊缝检测人员应掌握焊缝超声检测通用知识，具有足够的焊缝超声检测经验，并掌握一定的材料和焊接基础知识。应了解焊接材料、剖口型式、焊缝表面成型情况和焊接工艺，便于分析焊缝中可能产生的缺陷。

5结束语

综上所述，超声波探伤是现在钢结构质量检查和无损检测的有效方法，实践表明，通过对以上方法的应用，既能保证检测过程顺利完成，又能保证检测结果的准确性与真实性，进而为后续的维修处理工作提供可靠参考借鉴。

参考文献：

[1]GB/T11345-2013《焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定》

[2]GB/T29712-2013《焊缝无损检测超声检测验收等级》

[3]GB/T29711-2013《焊缝无损检测超声检测焊缝中的显示特征》