分析钢结构焊接验收中无损检测的应用及缺陷预防

贺青云

摘 要：在钢结构焊接验收中，无损检测目的是在钢结构使用前可靠地检测出其缺陷，以便及时进行缺陷预防。目前，常用于钢结构焊接验收中的无损检测方法包括超声波检测UT、磁粉检测MT和射线检测RT等，其中超声波无损检测的应用最广泛。为此，本文首先分析几种无损检测在钢结构焊接验收中的应用，然后针对一些常见的焊接缺陷提出预防建议。

关键词：钢结构;焊接验收;无损检测;缺陷预防

0 前言

钢结构是一种由钢质材料组成的结构，其因自重轻、施工简单而在港口装卸设备、超高层建筑、大型厂房和场馆等中广泛应用。在钢结构中，构件与构件一般采用铆接、焊接和高强螺栓连接三种方式连接，其中焊接因施工效率高、承载能力强而被广泛使用。但在焊接施工中，钢结构易因外部环境、荷载的影响而出现缺陷，且在应力集中效应下，局部焊缝缺陷将会快速出现断裂失效，继而引发安全事故。为此，为了保证钢结构中构件的焊接质量，要求定期无损检测其焊缝，以便及时加固或补焊存在缺陷的焊缝，继而保证该钢结构使用功能的实现。

1 几种常用的钢结构焊缝无损检测方法

1.1 超声波无损检测法（UT）

UT检测的工作原理是：在0.1-25MHz的频率下，先向材料中引入高频超声波束，再分析散射、反射超声波的特点，从而检测出材料表面及其内部存在的缺陷。研究表明，目前，在UT检测中，常用脉冲反射法、共振法和穿透法，其中脉冲反射法的应用最常见，即：单一探头具有发射、接收功能，可向检测对象间歇地发射脉冲波;探伤仪采用了A扫描式，其中纵轴表示反射波幅值，横轴表示检测对象中超声波传播的距离或时间，此时通过观察和分析，便可判断该检测对象存在的缺陷类型及其位置、尺寸。

UT检测法常用于检测平板、T型对接焊缝。在平板对接焊缝检测中，针对焊接母材厚45mm以上的焊缝进行双面检测，以使超声波探头正交焊缝中心线以及使焊缝出现锯齿形的检测路径。在焊缝扫略中，保证扫略移动范围内焊接截面被探测头完全覆盖，保证在探头垂直焊缝的同时，可适当转动及其扫略转动角为10-15°。假如焊接母材厚40mm以上且为单侧坡口型焊缝，则在UT检测中进行串联检测。另外，在检测焊缝及其热影响区横向的缺陷时，既要进行锯齿形扫略探测，又应进行倾斜或平行扫略探测，即：综合应用倾斜、平行焊缝扫略探测法，其中在倾斜扫略时，探头与焊缝应保持10-20°的倾斜角，但在磨平了焊缝余高后，应进行平行扫略探测。

在T型焊缝无损检测中，根据钢箱梁腹板厚度来调整UT检测的折射角是保证检测效果的重要条件，即：当钢箱梁腹板厚度≤25mm时，UT检测折射角取65°;当厚度为26-50mm时，折射角调整为55°;当厚度>50mm时，折射角调整为40°。

1.2 磁粉无损检测法（MT）

MT检测的工作原理为：根据检测对象磁性的改变，定位其（近）表面存在的缺陷。其中，当检测对象磁化时，假如该检测对象（近）表面开裂，则磁力线的分布不均匀，而与磁场方向垂直的缺陷会引起在检测对象表面或之上出现漏磁场，此时磁粉材料将会被吸附并形成磁痕，借此便可判定检测对象存在的焊接缺陷。为了保证MT检测效果，要求在检测之前，彻底清理干净被检测焊缝的表面锈蚀物、污染物等，并通过用角磨机打磨，使原始焊缝材料的涂层厚50mm以下。在MT检测中，按照磁粉类型，可分为干、湿法檢测，其中湿法检测具有较高的灵敏度，而干法检测会用到粒径较大的磁粉颗粒，所以常用于检测缺陷明显的焊缝。在实际应用中，一般会联合使用干、湿法，即：先采用干法定位缺陷，再采用湿法精准探测缺陷。

1.3 射线无损检测法（RT）

RT检测的原理为：利用γ、X等射线束，强度均匀地射入检测对象，假如该检测对象存在内部缺陷，该处便会产生强度不一的现象，此时通过处理射线强度信号，便可定性判定出该检测对象存在哪些内部缺陷。相较于其他焊缝无损检测法，RT检测效率最好且检测结果识别精度最高，既可以快速输出缺陷图像，又可以在胶片上保留不同位置处焊缝的检测结果，这将方便长期保存检测数据。但RT检测存在的局限性也非常高，比如检测成本高、面积型缺陷检出率低以及存在一定的安全隐患。

2 钢结构焊接缺陷的预防

在钢结构焊接验收时，通过无损检测发现，钢结构焊缝易出现咬边、气孔、夹渣、裂纹等缺陷，且一旦处理不当，便会对整个钢结构产生（非）脆性破坏，所以要求加以预防。

2.1 咬边缺陷的预防

咬边缺陷是指因焊接参数不对或焊接操作不当，顺着焊趾的母材产生凹陷或沟槽，这将会缩小母材截面积的有效值，在缺陷处出现应力集中，尤其是在焊接低合金高强钢时，咬边将会引起边缘组织淬硬，继而引起裂纹。为了有效预防钢结构焊缝出现咬边缺陷，要求做到下列几点：合理设定焊接速度和电流;通过短弧操作，合理控制运条方式和焊条角度;在焊接坡口焊缝时，合理控制焊条与侧壁的距离。

2.2 气孔缺陷的预防

气孔缺陷是指在焊接中，气泡不能在金属凝固中完全逸出，而是残留于金属中，继而形成气孔。气孔缺陷常见于钢结构焊缝的表面、内部和根部。对此，要求从下列方面有效预防钢结构焊缝出现气孔缺陷：改进焊接技术，保证保护气体持续给送不中断;在焊接之前，清理干净母材、焊丝表面的铁锈和油污等，并通过合理预热来去除水分;在焊接之前，烘干焊接材料，并将低氢型焊条存放在焊条保温筒中;在低氢型焊条焊接中，仔细检查电源的极性，并进行短弧操作，或者通过回弧或使用回弧板来保证焊接效果。

2.3 夹渣缺陷的预防

夹渣是指焊接中残留于焊缝的熔渣。夹渣缺陷在钢结构焊接中不可避免，但却既会影响到焊缝的塑形和韧性，又会引起应力集中，这对于倾角较大的焊缝，其尖角顶点会产生裂纹。对于夹渣缺陷的预防，要求改进焊接技术，并严格控制焊接电流和速度;在选择焊条时，保证其脱渣性足够好，并在焊接中，仔细清理层间熔渣;在焊接时，合理调整焊条角度，并改进运条方法;当焊接时出现了夹渣问题，应合理分散尖角应力，以免尖角顶点出现裂纹。

2.4 裂纹缺陷的预防

焊接裂纹是一种最常见且影响非常大的钢结构焊接缺陷，其缺口尖锐且长宽比大，一般会降低焊接件的功能性。焊接裂纹的分类较多，按照裂纹的形成条件，可以分为层状撕裂、再热裂纹、冷裂纹和热裂纹等。其中，热裂纹的预防措施包括：优化设计，改进工艺，控制好温度区间内焊材内部产生的拉伸变形;调整成分，细化晶粒，并严控杂质元素，以保证脆性温度区间内焊材的塑形;优选焊材，严控杂质含量，并降低焊接热的影响;降低焊接时产生的焊接应力和过热。冷裂纹的预防措施包括：通过选择低氢焊条等来减少焊缝中氢的含量;合理预热和后热;降低约束应力，以免发生应力集中现象。针对变形裂纹的预防，要求控制好拉伸应变，使其低于金属塑性变形能力。针对再热裂纹的预防，要求所选材料具有较低的再热裂纹敏感性，并在工艺选择上，控制好近缝区内应力和防止应力集中。针对层状撕裂的预防，要求改进焊接工艺，并优化钢结构接头设计。

3 结语

前文，首先介绍了三种常用的钢结构焊缝无损检测方法，即UT、MT和RT检测法，这三种无损检测在钢结构焊缝验收中的应用有助于准确定位缺陷类型及其规格;其次，针对钢结构焊缝存在的几种常见缺陷提出了有效的预防措施，这对减轻缺陷对钢结构安全产生的不利影响具有重要意义。

参考文献：

[1]范立东.探究建筑钢结构中焊接缺陷的无损检测技术[J].城镇建设，2019（11）：56.

[2]熊军，黄德林，杨鸿博.超声波无损检测在钢结构焊接质量验收中的应用及常见缺陷的预防[J].建筑工程技术与设计，2019（35）：1706.

[3]罗也.钢结构工程焊缝无损检测技术应用研究[J].建筑工程技术与设计，2019（34）：79.

[4]尹寿杰，郭志鹏，董业廷，等.超声波无损探伤检测钢结构焊接质量分析[J].建筑工程技术与设计，2019（19）：2592.