探析建筑工程钢结构焊缝超声波检测技术

探析建筑工程钢结构焊缝超声波检测技术

朱军连

佛山市高明区建筑工程质量检测站 广东 佛山 528000

摘要：钢结构作为现代建筑工程中的关键组成部分，其质量和安全性对工程的稳定性和可持续性发展具有至关重要的影响。焊接是钢结构中常见的连接方式之一，焊缝的质量直接关系到工程的安全性和性能，所以建筑工程中对焊缝进行有效的检测和评估显得尤为重要。超声波检测技术作为一种广泛应用于建筑工程中的非破坏性检测方法，已经在焊缝质量评估中发挥了重要作用。文将探讨建筑工程中钢结构焊缝超声波检测技术的应用，以期为建筑工程领域的专业人士提供帮助。

关键词：建筑工程；钢结构焊缝；缝超声波检测技术

引言：超声波检测是一种基于声波传播的非破坏性检测技术，通过发送超声波脉冲并接收反射信号来检测物体内部的缺陷和异物，该技术具有高分辨率、高灵敏度和高可靠性的特点，特别适用于焊缝的检测。超声波检测技术在建筑工程中的应用为确保焊缝质量提供了可靠的手段，所以需要掌握该技术的应用方法，全面应用在钢结构焊缝检测中，为建筑工程质量与安全提供充分的保障。

1、建筑工程钢结构焊缝超声波检测技术的基本原理

超声波是一种高频声波，其频率通常超过人耳能听到的范围（大约20 kHz）。在超声波检测中，超声波通过压电晶体或石英晶体的震荡而生成，当电压施加到晶体上时，晶体会震荡产生声波，声波以超声波的形式传播到被检测材料中。超声波被生成，会以不同的方式在材料中传播，取决于材料的性质和声波的频率。在钢结构中，超声波通常以以下两种方式传播，分别为纵波和横波，纵波是一种以与声波传播方向相同的方式传播的超声波，在材料中以压缩和膨胀的方式传播，可以穿透材料并检测到内部缺陷，纵波是焊缝超声波检测中常用的一种波形；横波是一种以垂直于声波传播方向的方式传播的超声波，波浪通常用于检测焊缝中的横向缺陷或划痕。当超声波遇到材料中的缺陷或界面时，会发生反射或散射，反射和散射的程度取决于缺陷的性质和大小，如果材料中存在焊缝中的缺陷，超声波会部分反射回传感器[1]。下图为超声波检测技术的基本原理。

图1 超声波探测技术原理

超声波检测设备通常包括一个发射探头和一个接收探头，发射探头发射超声波，而接收探头接收反射回来的超声波信号，接收的信号经过放大和处理，之后与原始信号进行比较，从而确定材料中的缺陷位置和大小。在超声波检测中，声程（Time of Flight，TOF）是一个重要的参数，声程是指超声波从发射探头到反射探头之间的时间间隔，与超声波在材料中的传播距离成正比，通过测量声程，可以计算出缺陷的深度。声速是超声波在材料中传播的速度，是计算声程的关键参数之一，声速取决于材料的类型和密度，因此在超声波检测中，需要准确测量声速以确保声程的准确计算。

2、建筑工程钢结构焊缝超声波检测技术的优势分析

在建筑工程中，钢结构的使用非常广泛，而焊接是连接钢结构元件的常见方法。焊接质量的问题可能对工程的安全性和可靠性产生重大影响，所以需要对其进行检测，其中超声波检测技术具有良好的应用效果，其优势包括：（1）非破坏性检测。超声波检测技术是一种非破坏性检测方法，可以在不破坏被检测物体的情况下检查焊缝的质量，所以在进行检测时不需要摧毁或破坏焊接部位，因此不会影响工程的完整性，是维护钢结构建筑安全性的重要因素。（2）高精度和可靠性。超声波检测技术具有出色的精度和可靠性，能够探测到极小的焊缝缺陷，如微小裂纹、气孔、夹渣等，确保焊接质量的高水平，高精度使工程师能够及早发现和解决潜在的问题，从而降低了工程事故的风险。（3）实时监测。超声波检测技术可以实时检测焊缝的质量，在焊接过程中工程师可以随时进行检测，及时发现并纠正任何问题，有助于确保焊接工作在高质量标准下完成，避免了后期修复和成本的增加[2]。（4）深度探测。超声波检测技术不仅可以探测焊缝表面的问题，还可以深入材料内部，能够确定焊缝的深度、厚度和位置，从而更全面地评估焊接质量，深度探测能力对于确保焊缝的完整性和可靠性至关重要。（5）高效性。超声波检测技术通常是一种高效的检测方法，相对于传统的目视检查或X射线检测，通常更快速、更准确，可以减少工程的停工时间，并提高工程的效率。（6）数据记录和分析。超声波检测设备通常配备有数据记录和分析功能，可以生成详细的检测报告，报告包含有关焊缝质量的关键信息，有助于工程师进行进一步的分析和决策。

3、建筑工程钢结构焊缝超声波检测技术的具体应用

3.1探测面选择

超声波检测技术的有效性和准确性在很大程度上取决于正确选择探测面，不同的探测面可以提供不同的视角和信息，因此在进行焊缝检测时，必须仔细考虑探测面的选择。在焊缝表面探测时，通过将超声波传感器直接放置在焊缝的表面上，可以有效地检测到焊缝表面的缺陷，如气孔、裂纹和夹渣，该方法适用于焊缝的一侧可以轻松访问的情况，例如平板焊缝和横向焊缝；对于焊缝的背面，一般无法直接观察或访问。在这种情况下，超声波可以穿透材料并从背面进行检测，该方法特别适用于T形焊缝和对接焊缝等需要背面检测的情况，通过选择适当的探测模式和仪器设置，可以准确地检测到背面的缺陷。部分情况下焊缝的几何形状需要在不同的角度进行检测，以确保全面覆盖，通常需要使用多个超声波传感器或旋转探头，以在不同的角度下进行检测，该方法适用于复杂的焊缝结构，如角焊缝和曲线焊缝；在某些情况下，焊缝可能被遮挡或位于深层结构内部，超声波可以通过材料的多次反射来检测这些难以到达的焊缝，需要精确的仪器设置和探测技术，以确保准确的焊缝检测

[3]。

3.2K值与折射角β选择

K值是曲线斜率的表示，是超声波传播路径中的一个关键参数，正确选择K值对于测量焊缝的深度和定位至关重要。K值的选择依赖于被测材料的声速，声速是超声波在材料中传播的速度，通常以米/秒（m/s）为单位，不同的材料具有不同的声速，因此必须根据具体的钢结构材料来选择相应的K值；超声波检测设备通常具有不同的超声波频率选项，高频率超声波通常适用于检测浅层焊缝缺陷，而低频率超声波则适用于深层焊缝检测，不同频率的超声波需要不同的K值；超声波的传播路径也会影响K值的选择，如果焊缝的形状或位置需要超声波在不同的角度下传播，那么需要根据不同的传播路径选择不同的K值；焊缝的深度是选择K值的重要因素，深度较大的焊缝需要较大的K值，以确保超声波能够穿透材料并检测到焊缝的底部[4]。

折射角β是指超声波入射到材料表面时与垂直线之间的夹角，焊缝的位置和几何形状也会影响折射角β的选择，不同位置和形状的焊缝可能需要不同的折射角β以确保超声波能够正确传播并检测到焊缝；焊缝的深度和大小是选择折射角β的重要因素，深度较大的焊缝可能需要更大的折射角β，以确保超声波能够穿透焊缝并检测到底部。

3.3T型焊缝探伤实际应用

T型焊缝是在建筑工程中常见的连接方式，通常用于连接梁和柱子，或者连接板和柱子等结构部件，T型焊缝的特点包括焊缝头与母材表面垂直，因此它在工程中的应用非常广泛，但是由于焊缝的复杂性和难以观察的特点，T型焊缝的质量检测成为一项具有挑战性的任务。在建筑工程中，超声波检测技术可以应用于T型焊缝的探伤，超声波检测可以用于检测焊缝内部的气孔，通过发送超声波并监测其返回时间和幅度，可以确定气孔的位置和大小，有助于及早发现气孔问题并采取修复措施。在应用过程中，首先需要确定探头的探测位置，一般情况下探测位置可以如图2所示。

图2  T型焊缝探头探测位置图

采用斜探头可以在位置1、2、4、5处进行探伤，在位置4处应使用一次波，在位置5处应用二次波，在位置1和2处可以用一次和二次波。此外，夹渣是焊缝中另一个常见的问题，可能会影响焊缝的强度和稳定性，超声波检测可以检测夹渣的存在并确定其位置，以便及时清除夹渣并重新焊接。

结束语

综上所述，建筑工程中的钢结构焊缝超声波检测技术具有多重优势，包括非破坏性、高精度、实时监测、深度探测、高效性以及数据记录和分析，使其成为确保焊接质量和工程安全性的不可或缺的工具，有助于降低工程风险并提高工程质量。

参考文献

[1]吴少聪.超声波探伤在大型场馆屋面钢结构焊缝检测中的应用[J].江西建材,2022(09):83-85.

[2]刘薇,刘保平,白锦军.钢结构焊缝手工超声波检测方法要点及应用[J].石油工业技术监督,2022,38(01):9-12.

[3]陈从荣.建筑钢结构焊缝超声波检测中常见问题解析[J].散装水泥,2021(05):126-128.

[4]陈火生.关于钢结构焊缝质量超声波检测规范的对比分析及应用建议[J].住宅产业,2021(12):97-99+113.