建筑钢结构焊缝超声波检测技术探析

夏乐希，王建国

（南京方园建设工程材料检测中心，江苏 南京 211100）

建筑钢结构焊缝超声波检测技术探析

夏乐希，王建国

（南京方园建设工程材料检测中心，江苏 南京 211100）

目前钢结构在建筑中运用广泛，为了让不相连的钢结构固连，操作中会产生焊缝。焊缝质量难以靠肉眼识别，所以在检测时需要运用特别的技术手段。文章围绕建筑钢结构焊缝检测的技术，对焊缝种类和探伤方法进行了分析，并以超声波检测为例，讨论了超声波探伤具体实施，为今后钢结构的探伤检测奠定基础。

建筑；钢结构；焊缝；超声波探伤；检测

在钢结构应用时，对于钢结构加工焊接过程中出现的焊缝质量不可靠问题，先进的检测手段可以督促施工人员进行优质施工。在众多检测技术中，超声波探伤技术在钢结构焊缝内部缺陷检测中应用最广，文章将以此为例，探讨焊缝类型和超声波探伤实现方法。

1　钢结构焊缝类型和焊缝内部缺陷

焊缝是在本不相连的钢结构连接到一起时加工产生的，这种方式可以使钢结构具有大跨度、造型美观的特性，完成其它材料无法完成的建筑任务。焊缝由于是人为形成的，所以会产生不同的质量缺陷，将会影响钢结构工程总体质量的高低和安全问题。在实际焊接中，焊缝缺陷分为表面缺陷和内部缺陷，表面缺陷容易发觉，包括气孔、烧穿等，可以被人直观感知，内部缺陷包括熔合度低、未焊透或者产生裂纹等都是不易被察觉的，需要特别的检测技术来检测损伤。

1.1焊缝类型及坡口型式

钢结构有门式钢架体系和网架空间结构体系，其中前者应用更为广泛。相应的焊缝分成对接焊缝和T型焊缝，将在下文中详细说明。前者使在母材边缘对齐的情况下，沿着边缘进行焊接，这种焊缝在外观上只有一条线突出，而后者是指母材呈T型放置后焊接焊缝呈T型。在坡口的处理上，接头处的坡口为了让焊缝更为美观均匀，主要对应薄板、中厚板、厚板、T型对接等有I型、V型、X型、K型等坡口类型，满足不同工况的需求。

1.2常见内部缺陷

超声波检测主要针对于内部缺陷进行探伤，受工艺和环境因素影响，焊缝内部缺陷主要有气孔，夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等。在缺陷性质上，单个气孔、点状夹渣属一般缺陷，对焊缝整体强度度影响较小。群状气或不规则状夹渣、未焊透、未熔合、裂纹属严重缺陷，会严重降低焊缝整体强度等性能。

2　超声波探伤工艺

超声波探伤是利用超声波经过不同的介质产生反射的特性，缺陷的存在影响超声波在构件中的传播，耦合剂附着在构件表面，使超声波顺利进入构件内部进行工作。在超声波工作过程中，通过显示屏可以观察波形和损伤位置情况，便于后期处理。超声波探伤仪有多种，常见的是A型脉冲反射式探伤仪。这种探伤仪的工作频率为0.5～5MHz，它是利用物体缺陷的声学特性影响超声波传递而工作的。虽然这种工艺可以较为准确地检测构件焊缝中焊接质量高低，但是他对于材料表面粗糙度有要求，而且现在的技术上并没有完全实现自动化探伤，技术人员的操作经验和水平会影响探伤结果，缺陷检出率受焊缝表面成型状况影响。

3　超声波检测探伤在钢结构焊缝中的应用

超声波探伤操作方便、探测灵敏度高，所以在应用中十分普遍，但是对于构件和操作人员的要求也是较为具体的，在超声波探伤中的应用如下。

3.1超声波探伤的主要要求

（1）探测面选择。更具不同的验收级别、构件工艺、缺陷情况等对于探测面的选择是不同的，这也需要操作人员具体情况具体分析。

（2）K值或折射角β选择。K值指的是探头频率，对于不同厚度的钢结构，K值选择是不同的，一般来说，厚板构件要求K值较低，穿透能力强，薄板反之。但是在工程中，只要基本条件符合，频率尽量选择较低的，这是因为探头频率高、近场区场度大、衰减大，对探伤不利钢结构焊缝检测一般选用2.5MHz及5MHz探头，网架杆件及薄壁构件焊缝常选用5MHz。在表述上，折射角也是重要参数，根据具体情况和操作人员经验进行选择，对于建筑钢结构，一般推荐使用K2.0（β60）或K2.5（β68）。

（3）耦合剂选择。为了使超声波顺利进入构件，可以选择流动性好，取材方便的耦合剂，比如洗洁精。

3.2超声波在焊缝内部缺陷检测中应用

（1）对接焊缝的探伤方法。将已调好的DAC曲线探伤扫查灵敏度提高6dB，使评定线位于示波屏20%高度以上，调好补偿增益，用锯齿型、平行、斜平行扫查法，斜探头快速扫查整条焊缝，通过观察回波信号，及时在焊缝处做好标记，避免重复性工作。锯齿型扫查方式可以针对焊缝、熔和区、热影响区的横向和纵向缺陷进行检测，斜平行扫查方式中适用于带有余高的焊缝，平行扫查适用于余高被磨平的焊缝。所有扫查的速度应精确控制，一般都小于等于l50mm/s，速度过快会造成漏检现象。斜平行扫查如图1所示。

图1　斜平行扫查

一般来说，损伤检测都需要进行多波次，在检测结果评定环节，应参考JB/T4730.3-2005Ⅱ级对缺陷定级，然后填写《焊缝超声波检测记录》，确定波长并定位，在后期可以采用前后、左右、转角、环绕等基本探测方式进一步探伤。对于不开坡口的BK级角焊缝，需要进行渗透探伤，抽样量大于等于焊缝长度的25%，对于焊接吊钩、吊耳等焊缝，也应该进行渗透探伤，这些方法都需要参考JB/T6062-2007标准进行，设计施工人员应妥善处理探伤方式，严格按照标准操作。在探伤过程中，应首先确定缺陷回波位置，在排除伪缺陷之后，根据回波在示波器的位置确定实际位置坐标，一般都会是焊缝内缺陷，因为外部故障会通过有经验的工作人员观察得到，这时利用K值判定回波对应的实际深度和水平距离。下一步需要进行定量计算缺陷，采用6dB法进行测长，确定最高回波后，将探头左右移动使波幅降到定线处为端点，得到缺陷指示长度，做好记录，最后进行探伤复核。

（2）T型焊缝的探伤方法。锯齿型、平行、斜平行扫查法适用于T型焊缝检验，根据图2所示，同时还有如下探测方法：

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。位置1处可以扫查到焊缝中部及以上截面，位置2可以扫查到焊缝中部及以下截面。对于不同的缺陷情况应用不同的探伤方式，比如对于气孔、夹渣的情形，应在位置4处进行斜探头探伤，应注意判别回波和缺陷波，及时标定缺陷位置。T型接头结构较为复杂，在焊接规范上不同于对接接头，所以针对不同的板材，不同的坡口形式和焊接工艺应采用不同的探伤检测方式，在选择探头上也应注意不同母材材料和验收级别的不同，针对不同的情况诸如超声波进行缺陷检测。

用直探头探测T型焊缝时，一般采用位置3处进行，探测时底波、未焊透和层状撕裂的表现形式是不同的，探头移动而不影响的是底波，另外两种会产生一定的倾斜或震动。用斜探头进行探伤时，将探头沿焊缝垂直扫查时，焊角反射波震动剧烈，幅度较大，当出现未焊透的缺陷时，波形会出现缺陷波先于反射波出现的情况，这时操作人员应注意，及时做好标记。

4　结束语

目前随着建筑施工如火如荼地开展，钢结构建筑从业人员众多，对于焊缝检测相关技术的掌握也是必须的。需要在深入提高技术能力的同时，加强人员管理，以保证检测工程质量。

［1］丁杰.建筑钢结构焊缝超声波检测能力验证计划与技术分析［J］.无损检测，2011，（4）：61-63.

［2］倪振新.高层民用建筑钢结构焊缝超声波检测［J］.安装，2015，（3）：41-44.

TU391

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1671-3818（2016）09-0045-02