钢构件质量检测中缺陷的定量问题及其影响因素研究

田 园

(宁夏送变电工程公司，宁夏 银川750101)

0 引言

目前，焊接是钢构连接的基本加工工艺方法，广泛地应用在各种钢结构件的制作及安装过程中，因此，焊缝质量检验是焊接质量控制的重要内容，焊缝缺陷检测又是焊接检验的主要内容。 受焊接过程中各种参数稳定性的影响，焊缝有时会出现裂纹、气孔、夹渣、未熔合和未焊透等缺陷。

1 缺陷的定量

焊缝超声波检测的目的就是检出缺陷，并对缺陷定量与定位。

缺陷定量即测量缺陷的波幅和指示长度。 缺陷的波幅通常用缺陷最大反射波幅来表示，一边以波峰所在的区域来表示或表示为SL+ndB。 缺陷的指示长度有多种测量方法，但在工程中一般采用6dB 法或端点测值法测长。 当缺陷反射波只有一个高点或高点起伏小于4dB 采用6dB 法（或称半波高法），当缺陷反射波峰起伏变化含有多个高点时，采用端点峰值法测长。

（1）缺陷波高HF 在GB11345-89 标准评定线以下时一般不作记录，也不考虑对其定性。 如操作人员认为有必要的也可作进一步定性。

（2）缺陷波高HF 位于GB11345-89 标准III 区（含判废线）时，定为线状缺陷或平面状缺陷或多重缺陷。

（3）缺陷波高HF 位于GB11345-89 标准II 区（含定量线）时，当缺陷指示长度ΔL≤LS 时，如A 扫描显示一个光圆波可定为点状缺陷， 否则定为线状或平面状缺陷或多重缺陷，当缺陷指示长度ΔL＞LS 时，可定为线状或平面状缺陷或多重缺陷。 LS 值为：当板厚6mm≤t＜20mm 时LS=t，当板厚t≥20mm 时，LS=20mm。

（4）缺陷波高HF 位于GB11345-89 标准I 区（含评定线）时，当缺陷指示长度ΔL≤Ld 时，如A 扫描显示一个光圆波，可定为点状缺陷，否则定为线状或平面状缺陷或多重缺陷;当缺陷指示长度ΔL＞Ld 时可定为线状或平面状缺陷或多重缺陷。Ld 值为： 当板厚6mm≤t＜30mm 时Ld=t， 当板厚6mm≤t ＜30mm 时，Ld=30mm。

（5）定为线状或平面状缺陷或多重缺陷后，再进一步测定缺陷平面和深度位置、缺陷高度、定向反射特性、缺陷倾斜度、静态波形、动态波形，然后结合工件结构、坡口形式、材料、焊接工艺和焊接方法及探头扫查方式，进行综合判断，最终定出缺陷的实际性质。 当测定时找不到缺陷端点衍射波或端点最大反射波时，可采用6dB 法测定。 当用6dB 波测定缺陷自身高度时还应对缺陷高度进行适当修正。 缺陷定向反射可按下列方法测定：采用相同频率不同入射角（入射角差值应≥10°）的横波探头探测同一缺陷，分别测得来自同一缺陷的最高反射波（记为Hmax和Hmin），若Hmax-Hmin）≥9dB，则认为该缺陷具有定向反射性，应进一步测定其倾斜度。 在测试缺陷定向反射时，应确保母材两面平行，声波扫查通过的母材区无影响评定的缺陷，当两种不同角度的探头探测时，如声程不同， 应对声程不同引起的材质衰减dB 差和距离波幅dB 差进行修正。

2 仪器及探头性能的影响

仪器和探头性能的优劣，对缺陷定量精度影响很大。 仪器的垂直线性、衰减器精度、频率、探头形式、晶片尺寸、折射角大小等都直接影响回波高度。 因此，在检测时，除了要选择垂直线性好、衰减器精度高的仪器外，还要注意频率、探头形式、晶片尺寸、折射角的选择。

3 耦合与衰减的影响

耦合的影响：超声波检测中，耦合剂的声阻抗和耦合层厚度对回波高度有较大的影响。 因此，在实际检测中耦合剂的声阻抗， 对探头施加的压力大小都会影响缺陷回波高度，进而影响缺陷定量。

衰减的影响：实际工件是存在介质衰减的，由介质衰减引起的分贝差Δ=2αx 可知衰减系数α 较大或距离x 较大时，由此引起的衰减Δ 也较大。这时如果仍不考虑介质衰减的影响，那么定量精度势必受到影响。 因此在检测精粒较粗大和大型工件时，应测定材质的衰减系数α，并在定量计算时考虑介质衰减的影响，以便减少定量误差。

4 试件几何形状和尺寸的影响

试件底面形状不同，回波高度不一样，凸曲面使反射波发散，回波降低;凹曲面使反射波聚焦，回波升高。实际检测中应综合考虑上述因素对定量的影响， 否则会使定量误差增加。

试件底面与探测面的平行度以及底面的光洁度、干净程度也对缺陷定量有较大的影响。 当试件底面与探测面不平行、底面粗糙或沾有水迹、油污时将会使底波下降，这样利用底波调节的灵敏度将会偏高，缺陷定量误差增加;试件尺寸的大小对缺陷定量也有一定的影响。

5 缺陷的影响

5.1 缺陷形状的影响： 试件中实际缺陷的形状是多种多样的，缺陷的形状对其回波波高有很大影响

平面形缺陷波高与缺陷面积成正比，与波长的平方和距离成反比。 对于各种形状的点状缺陷，当尺寸很小时，缺陷形状对波高的影响就变得很小。 当点状缺陷直径远小于波长时，缺陷波高正比于缺陷平均直径的三次方，即随缺陷大小的变化十分急剧。 缺陷变小时，波高急剧下降，很容易下降到检测仪不能发现的程度。

5.2 缺陷方位的影响：在实际缺陷表面相对于超声波入射方向往往不垂直，因此对缺陷尺寸估计偏小的可能性很大

声波垂直缺陷表面时缺陷波最高。 当有倾角时，缺陷波高随入射角的增大而急剧下降。

5.3 缺陷波的指向性： 缺陷波高与缺陷波的指向性有关，缺陷波的指向性与缺陷大小有关，而且差别较大

当缺陷直径大于波长的3 倍时，不论垂直入射还是倾斜入射，都可把缺陷对声波的反射看成是镜面反射。 当缺陷直径小于波长的3 倍时， 缺陷对声波的反射不能看成镜面反射，这时缺陷波能量呈球形分布，垂直入射和倾斜入射都有大致相同的反射指向性。 表面光滑与否，对反射波指向性已无影响。 因此，检测时倾斜入射也能发现这种缺陷。

5.4 缺陷表面粗糙度的影响：缺陷表面光滑与否，用波长衡量

如果表面凹凸不平的高度差小于1/3 波长， 就可认为该表面是平滑的，这样的表面反射声束类似镜子反射光束。 否则就是粗糙表面。

5.5 缺陷性质的影响：缺陷回波波高受缺陷性质的影响

声波在界面的反射率是由界面两边介质的声阻抗决定的。 当两边声阻抗差异较大时，近似地可认为是全反射，反射声波强。 当差异较小时，就有一部分声波透射，反射声波变弱。 所以，试件中性能不同，大小相同的缺陷波波高不同。

通常含气体的缺陷，如钢中的白点、气孔等，其声阻抗与钢声阻抗相差很大， 可以近似地认为声波在缺陷表面是全反射。 但是，对于非金属夹杂物等缺陷，缺陷与材料之间的声阻抗差异很小，透射的声波已不能忽略，缺陷波高相应降低。

5.6 缺陷位置的影响：缺陷波高还与缺陷位置有关

缺陷位于近场区时， 同样大小的缺陷随位置起伏变化，定量误差大。 所以，实际检测中总是尽量避免在近场区检测定量。

6 结束语

总之，钢结构产业是国民经济中至关重要的部分。 通过无损检测对钢结构焊缝进行检测显得尤为重要。

［1］文永忠. 钢结构焊缝检测缺陷的处理[J].工程质量，2004（9）：51.

［2］王超.钢结构焊缝质量验收方案的制定[J].无损检测，2001（4）：26-28.

［3］罗旭辉.钢结构焊缝的超声检测[J].广州建筑，2002（1）：7-10.

［4］中国机械工程学会无损检测分会.射线检测[M].机械工业出版社，2006.

［5］邸新杰，李午申，梁志芳.焊接缺陷早期检测诊断的新方法[J].焊管，2004.

［6］文永忠.钢结构焊缝检测缺陷的处理[J].工程质量，2004，12（9）：51.