对超声波检测在金属焊接结构中的应用探讨

对超声波检测在金属焊接结构中的应用探讨

缪祥祎

（中国能源建设集团云南火电建设有限公司）

摘要：当前，很多建筑中大量使用金属焊接结构，金属焊接结构的质量会受到焊接质量的影响。超声波探伤是一种先进的无损探伤方法，通过对金属焊接结构实施探伤，可以检测出金属焊接结构在焊接过程中产生的质量缺陷，从而有效保证了焊缝质量。

关键词：金属焊接结构；超声波探伤；质量检测

近年来，金属焊接结构在建筑中的应用范围在逐渐扩大，金属焊接结构具有许多的优势，由于自重较轻可以应用于大跨度的建筑物内，如工业厂房、仓储库房、体育场馆等。在现在的施工工艺中，金属结构制作及金属结构间的连接通常采用焊接的方式进行。焊接质量会影响到金属焊接结构整体的使用性能。超声波探伤属于一种无损探伤，具有不破坏和改变被检测对象状态、对环境和人体无危害、适用范围广泛、检测灵敏度高、检测速度快、检测结果可靠性高等优点，所以超声波探伤广泛应用于金属焊接结构的质量检测。

1．金属焊接结构检测的规范要求

依据国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》，金属焊接结构在焊接完成后，要进行相应的检测，以确保焊接质量的可靠。采用超声波探伤可以准确地检测出焊缝内部存在的缺陷。国家标准中对焊缝内部存在的缺陷进行了分级，对探伤方法也有具体的要求。国家标准中明确要求金属焊接结构工程焊缝探伤的检验等级全部为B级。

采用超声波探伤要保证规范操作。在检测过程中因母材厚度不同和接头型式不同须选择的不同探头，探头具有特定的晶片尺寸和特定的发射角度，探头选择要保证能扫查整个焊缝截面，将探头在涂布有耦合剂的焊缝表面或焊缝区域附近的母材表面按照特定的方式进行移动完成对焊接接头的检测。对接接头的检测一般使用一种角度的横波斜探头采用单面双侧的检验方式进行，如果焊接母材的厚度大于100毫米时，就必须采用双面双侧的检验方式；如果结构件受空间的限制，探伤不能实现规定的单面双侧和双面双侧检测时，就要改变探伤方式，对要求单面双侧探伤的可以使用两种角度不同的探头在焊缝的单面单侧进行探伤，而对于要求双面双侧探伤的，则使用使用两种角度不同的探头在双面单侧进行探伤。

2．超声波检测原理及特点

超声波在检测时通过超声波仪器和探头向试件发射超声波，超声波在试件中传播过程中遇到缺陷和其他界面会发生反射和折射和波形转换，探头在发射超声波的同时，也能接收反射回来的超声波，通过对收集到的反射波进行研究，可以确定试件的缺陷位置和几何特性，通过检测还可以确定组织结构和力学性能的变化情况。依据检测结果对金属结构的质量进行评价。超声波检测技术利用了超声波在介质中的传播特性。超声波进入试件后，受试件材料和缺陷的相互作用，超声波的传播方向会发生改变，对发生改变后的超声波进行分析，可以评估试件内部的缺陷性质。超声波检测特别适用于金属焊接结构的检测，由于超声波的穿透能力很强，可以对厚度较大的试件进行内部缺陷的检测。超声波的缺陷定位比较准确，具有很高的灵敏度，试件内很小的缺陷也可以检测出来。超声波检测的成本很低，检测速度快，设备轻便易携带，对人体不会产生伤害。

3.探伤比例及长度的确定

在金属焊接件的探伤中，要明确焊接件的质量要求。依据金属焊接结构件的相关标准要求：设计要求全焊透的一、二级焊缝应采用超声波探伤进行内部缺陷的检验，对于技术要求焊缝质量等级为一级，探伤后评定等级为二级时，要全部进行超声波探伤；对于技术要求焊缝焊接质量等级为二级，探伤后的评定等级为三级时，要保证20%以上实施超声波探伤；如果技术要求焊缝焊接质量标准为三级时则不需要做超声波探伤。

探伤比例的计数方法应按以下原则确定：对工厂制作焊缝，应按每条焊缝计算百分比，且探伤长度应不小于对工厂制作焊缝，应按每条焊缝计算百分比，且探伤长度应不小于200mm，当焊缝长度不足200mm时，应对整条焊缝进行探伤；对现场安装焊缝，应按同一类型、同一施焊条件的焊缝条数计算百分比，探伤长度应不小于200mm，并应不少于1条焊缝。

4.探伤检测的步骤

确定了检测部位后，须先对探测面进行处理，去除表面存在的影响检测的油漆、锈蚀、飞溅和污物，表面粗糙度通常低于▽4。在焊缝两侧探伤部位的处理宽度要符合以下公式：3KT+100mm，（式中K表示探头选取的K值，T表示工件的厚度）。在通常情况下，一般厚度母材对接接头选取K值为2.5的探头。比如：如果工件的厚度为10毫米，焊缝两侧则需要处理175毫米。同时，准备合适的耦合剂，耦合剂的选择要考虑附着性、可流动性、粘性的适当，对工件不能产生腐蚀，易于清理，方便获得并且成本低廉，可用化学浆糊、甘油、机油等。其次，根据相关技术标准的要求选取合适的标准试块和参考试块，对仪器进行调整，使其达到满足标准要求的扫描比例。最后，在探测面上涂布耦合剂后，将探头置于探测面上，按照满足相应技术标准规定的扫描速度和扫描路径对试件进行检测。

5.缺陷波形、产生原因分析和预防措施

如果产生单个气孔，回波的形式是高度比较低，波形是单波，信号稳定。从不同角度探测，反射波不会发生大的变化，探头移动后波会消失。如果存在密集气孔，反射波呈簇状，波形会随着气孔的大小而发生改变，如果将探头位置固定进行左右方向转动时，会产生忽大忽小的现象。产生这类缺陷的原因主要是工件焊前清理不干净、焊材未按规定温度烘干，焊材保存不当致焊条药皮变质、脱落，焊芯锈蚀，焊丝存在杂物，在焊接时电流选择不当，电弧过长等。这类缺陷预防措施有：保证药皮的完好性，严禁使用药皮发生剥落或变质的焊条，如果焊条生锈必须先要除锈才能继续使用。焊接材料不能受潮，使用前先要进行烘干，焊件的坡口要彻底清理，焊接电流和电弧电压和以及焊接速度要正确选择。

如果有单个夹渣，回波信号的形状和点状气孔比较相近，呈现条状。如果存在多渣孔，回波信号表现为锯齿状，波幅较低，波形类似树枝状没有规律，在主峰旁有小峰，平移探头时波幅也会发生变化，在不同角度探测时反射的波形不一样。夹渣产生的原因有：焊接时选用的电流过小，焊接速度过快，熔渣来不能及时排出，施焊边部和焊缝之间有杂质，母材金属和焊接材料不搭配，层间清理不干净。预防措施有：焊接电流要合理选择，焊接件要开坡口，焊接前要去除坡口内的杂质，多层多道焊接时必注意清除层间焊渣；运条角度和焊接速度要合理。

如果存在未焊透，反射波会比较密集，波幅会比较高，移动探头时，波形不会发生大的变化，在焊缝两侧进行探伤可以获取形态相近的反射波。这类现象的原因是因为坡口间的间隙偏小，焊接时电流过小或焊条移动的速度过快，坡口的角度偏小，焊条角度不当和电弧发生偏吹。主要预防措施有：合理选用坡口型式、装配间隙和采用正确的焊接工艺等。

如果存在未熔合。探头平移时，波形较稳定，两侧探测时，反射波幅不同，有时只能从一侧探到。其产生的原因：坡口不干净，焊速太快，电流过小或过大，焊条角度不对，电弧偏吹等。防止措施：坡口和电流要正确选择，坡口要保证无杂质，消除焊偏等。

有裂纹时回波的波幅比较宽，有多峰现象，平移探头时波幅发生变动，转动探头时，波峰会发生错动。产生原因是由于焊接时熔池的快速冷却；焊缝产生了应力。预防措施是限制偏析元素和杂质的含量；焊接结构要合理选择，焊缝收缩不能过快。

6.结束语

很多建筑中使用金属焊接结构，金属焊接结构的质量会受到焊接质量的影响。超声波探伤是一种先进的无损探伤方法，通过对金属焊接结构实施探伤，可以检测出金属焊接结构在焊接过程中产生的质量缺陷，从而有效保证了焊缝质量。超声波探伤属于一种无损探伤，具有不破坏和改变被检测对象状态、对环境和人体无危害、适用范围广泛、检测灵敏度高、检测速度快、检测结果可靠性高等优点，所以超声波探伤广泛应用于金属焊接结构的质量检测。在使用中要依据相关的标准进行正确的操作，以提高检测的准确性。

参考文献：

[1]GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范.

[2]GB/T11345-2013焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定

[3]JG/T203-2007钢结构超声波探伤及质量分级法