超声检测技术在建筑钢结构焊缝无损检测中的应用

超声检测技术在建筑钢结构焊缝无损检测中的应用

梁章勇

广东正昇检测技术有限公司 广东 佛山 528000

摘 要：无损检测中的超声检测技术已被大量应用到建筑钢结构焊缝检测中，大大降低了质量安全事故的发生。本文重点对超声检测技术的应用过程及要参照标准规范的要求进行探究，不断提升检测技术应用水平。

关键词：建筑工程；钢结构；焊缝质量；无损检测；超声检测

1. 引言

随着现代科技快速发展，无损检测的超声检测是一种新型检测技术，当中常见的 A 型脉冲反射法技术通过超声波在材料内部异质界面上反射回波的物理特征，在不破坏被检焊缝的前提下判断是否存在内部缺陷 。这种技术被大量应用到建筑钢结构焊缝检测工作中，不但可以检测出缺陷的部位和大小，还可以查找危害深度和产生成因，大大有利于工程技术人员可行性应用手段，为查找和处理缺陷提供有力依据，对减少建筑工程质量安全隐患提供有利的解决方法。

二、超声检测技术主要原理

超声波是指频率大于20000Hz 的机械波，在弹性介质中传播时会发生反射、透射、衍射、波形转换等物理现象，遵循几何声学定律，具有能量比较大、穿透力效果好、指向性佳等优点。在具体应用过程中，超声检测仪发射高频振荡电压施加到探头晶片的两极，通过晶片的逆压电效应激励晶片产生高频振动发射超声波，利用耦合剂进入材料内部，在传播过程中一旦遇到异质界面，会产生反射回波，该回波又引起探头晶片振动，此时正压电效应产生交变电场被专业仪器检测出，以动态二维波形的模式显示在荧光屏上。通过回波强度可以计算缺欠当量大小，而回波时间能计算缺欠位置。所以超声检测具有灵敏反应快、定位精准、对焊缝中隐藏较深的缺陷能快速检出等优点，且由于其检测费用少、反应灵敏、设备简单、不影响人体和环境，能大量应用在建筑钢结构焊缝检测中。

三、建筑钢结构工程验收标准及焊缝超声检测参照标准

目前，我国建筑钢结构工程的现行验收标准为《钢结构工程施工质量验收标准》（GB50205-2020），按照该标准第 5.2.5 条的规定，不同的焊接结构形式所采用的超声检测标准及评定依据也不同，以建筑钢结构中比较常见的承受静荷载结构形式的 8mm 及以上板厚的平板对接焊缝、T型焊缝和L型焊缝为例，其内部缺陷的超声检测标准及评定依据为《钢结构焊接规范》（GB50661-2011），超声检测设备及工艺要求为《焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定》（GB/T 11345-2013）。

四、超声检测专业人员及仪器设备标准

1、配备专业技术的检测人员

专业检测人员须配套无损检测超声检测资格证书，熟悉超声检测基本知识，充分掌握基础金属材料和焊接理论，可以快速使用超声检测设备，识别和分析超声波形，熟悉超声检测标准规范，具备专业的检测能力。

2、使用专业标准检测仪

超声检测仪和试块应分别符合对应的规定和技术要求；要按照《无损检测A型脉冲反射式超声检测系统工作性能测试方法》中的方法和要求实施仪器性能和系统性能检测，测试结果应符合相应的规定。

3、确定适用的探头型号

建筑钢结构焊缝超声检测通常采用横波斜探头，主要的参数指标有检测频率、折射角度和晶片尺寸。检测频率应在2MHz-5MHz 范围内选择较低的检测频率，有特别需要时可合理提高；探头的折射角度在35°至 70°之间，且尽可能使声束垂直于焊缝熔合面，使用 2 个斜探头时角度之差应大于 15°，晶片尺寸的选择与频率和声程相关，一般情况下，薄板和中厚板检测可使用晶片等效面积为 28mm²--113 mm² 探头，厚板检测可使用晶片等效面积为113mm²--452 mm²探头。

4、采用适当的耦合剂

耦合剂可以填充探头与工件间的空气间隙以提高声强透射率，而且能够润滑仪器，便于探头移动及减小磨损。在超声检测中，最好选择流动性好、透声性能力好、价格便宜且对人体和工件无直接影响的液体或糊状物，如机油、化学糨糊等。

五、检测前的各项准备

1、检测前要准备的数据

检测人员在实施检测工作前，需要先获得一些必备的数据，主要包括建筑钢结构的荷载特性、焊缝类型、焊缝质量等级、检验等级、母材类型及门类、坡口型式及尺寸等参考数据，这些数据直接影响到超声检测标准依据的选用，也会影响到检测灵敏度的设定、扫查要求和检测比例，还影响到缺欠的定位与评定，因此必须在检测前获得。

2、仪器设备的调节与设定

在焊缝检测开始前，需要对仪器设备进行调节与设定。首先在 CSK-IA 试块上获取 R50mm 和 R100mm 弧面的最高反射回波进行时基线调节，测定声速、零偏和探头前沿；其次在 CSK-IA 试块上获取 φ50mm 圆孔的最高反射回波，测定探头折射角度；最后在 RB 试块上获取至少3 个深度的φ3mm×40mm 横孔反射体的最高反射回波制作距离-波幅曲线（DAC曲线），且最深反射体的深度不小于两倍母材厚度。

3、焊缝检测前的准备

焊缝在检测之前需要清理干净，必要时应进行打磨，确保焊缝两侧探头移动区宽度 1.25P范围内的表面粗糙度不大于 0.5mm， 同时还应考虑被检焊缝与试块的声能性能差异，通常采取提高 4dB 的方式进行表面补偿，或按规范要求测定声能传输损失差值。

六、焊缝内部缺陷的扫查

在焊缝外观检测合格且完成焊接达到规定的时间后，方可开始对被检焊缝的扫查工作。扫查应按 B 级检验等级的要求进行，采用一个斜探头在焊缝单面双侧进行扫查，条件受限时采用两个斜探头在焊缝的单面、单侧扫查。扫查又可分为初步扫查、精细扫查和复核扫查。

1、初始扫查

在保证扫查灵敏度的前提下，将斜探头置于焊缝一侧，垂直于焊缝长度方向做锯齿形来回扫查，对焊缝进行单面双侧初扫，扫查宽度不小于 1.25P 以确保声束能覆盖整个检测区域，扫查速度不宜过快，且每次来回扫查应重叠 10% 的探头宽度。扫查的同时观察荧光屏显示，如果发现有高于评定线的回波信号，则对该处位置做出标记，为下一步精细扫查测量缺欠打下基础。锯齿型扫查能快速检测出纵向缺陷，如需检测横向缺陷，则应进行平行和斜平行扫查。

2、精细扫查

在焊缝精细扫查时，对在初步扫查过程中标记的位置分别进行仔细探测，结合前后、左右、转角、环绕等方式扫查，根据显示的位置与焊缝结构尺寸的关系分析是否为伪显示。排除所有的伪显示后，找出缺欠最高反射回波，记录该回波的幅度与详细位置，采用 6dB 法

或端点峰值法测量缺欠指示长度并记录。完成上述工作后，对下一处标记位置进行精细扫查。

3、复核扫查

一般情况下，通过实施初步扫查和精细扫查两个步骤，可以获得较为准确的检测结果，但对于一些异常或疑难反射回波，则应再进行复核扫查。复核扫查可以通过更换检测人员、增加探头角度、改变扫查面、增加直探头扫查等方式进行，对缺陷做进一步验证和确定，如果还是无法确定或对结果有疑义，则应采用射线检测进行验证。

七、超声检测结果评级与判定

按照缺欠最高反射回波幅度的高低和指示长度的长短，依据规范中对应的评级要求，可以将检测结果评定为 I 级、II 级、III 级或 IV 级当中的一种，代表了焊缝内部质量的好坏程度，I 级为最好，IV 级为最差 。依据评级结果，可以对建筑钢结构焊缝内部缺陷进行合格与否的判定。按照规范要求：一级焊缝超声检测结果评级为 I 级或 II 级时判定合格，评级为 III 级或 IV 时判定不合格；二级焊缝超声检测结果评级为 I 级、II 级或 III 级时判定合格，评级为 IV 级时判定不合格。

不合格焊缝应进行更换或返修，并按原检测方法及要求进行复检。如果是抽样检验，还应按规范要求对检验批进行结果判定与处理。

八、结语

超声检测是建筑钢结构焊缝检测中应用最广泛也是最重要的检测方法，具备操作便捷、定位精准、可以快速有效检测出焊缝内部不同主要缺陷等优点，大大方便工程技术人员有能及时地采取措施解决隐患，大大提升建筑钢结构整体安全性和稳定性。

参考文献

[1] 褚俊 . 钢结构无损检测中超声波探伤技术的应用[J].建筑工程技术与设计，2019，21（32）：116.

[2] 林杰喆. 基于钢结构焊缝缺陷的无损检测技术应用分析[J].福建建材，2019（12）.

[3] 李燕 . 钢结构焊缝缺陷的无损检测技术应用分析[J].居业，2019（07）.