钢结构无损检测中超声波探伤技术的应用

罗棋徽

（广州市市政工程试验检测有限公司，广东广州 510000）

0 引言

无损检测技术在工程建设中的应用较为广泛，对于钢结构检测质量检测而言，选择合适的无损检测技术尤为重要。超声波探伤技术具有检测速度快、设备轻便的优势，可在确保检测结果精确性的基础上，为项目工程建设提供可靠的数据支持。因此，为探究超声波探伤检测技术在钢结构检测中的作用，需要挖掘超声波探伤检测技术的优势，使其应用于工程项目检测。

1 无损检测技术的优势

运用无损检测能够最大程度降低检测技术对工程造成的损害，通常情况下，部分建筑工程都是由钢结构构成，钢结构（图1）独特的优势特性保障了建筑结构的稳定性和可靠性。但同时，钢结构在焊接过程中极易出现各种问题，为解决该类问题就需要运用无损检测技术。常见的无损探伤检测技术主要包括超声波探伤检测、磁粉探伤检测、射线探伤检测和渗透探伤检测。与传统的检测技术相比，无损检测技术的检测结果更加准确，以最短速度检测出缺陷位置，帮助检测人员在第一时间发现工程中的问题。由于无损检测技术的种类较多，在实际的应用中需要结合工程的实际情况合理选择，保障检测结果的精确性。近年来，无损检测技术水平不断提升，检测数据的处理效率也得到了一定的保障。无损检测技术通过采取有针对性的措施确保工程质量。比如，在某项工程项目中检测人员运用超声波探伤技术进行工程质量的检测，将超声波探头贴置物体表面即可迅速获取检测数据，对工程质量予以准确判定。现阶段，无损检测技术在建筑工程行业的应用较为广泛，及时探测到隐蔽性工程的质量问题，为建筑行业的健康、稳定发展提供支持。

图1 钢结构

2 无损检测中超声波探伤技术及其原理

作为新兴技术，无损检测中的超声波探伤技术应用相对广泛。该项技术的有效应用能够以最快的速度识别钢结构焊缝中的气孔、夹渣与裂纹，为保证钢结构施工质量奠定基础。与此同时，超声波探伤技术的安全性较好且应用简单、方便。超声波探伤技术由超声波探伤仪、探头和耦合剂构成，较为常见的超声波波形包括横波、纵波以及表面波等。利用探头完成超声波发射，在检验过程中实现传播。当材料在检测过程中出现气孔、夹渣时，超声波将被反射，超声波接收器接收后将其显示在屏幕中。工作人员以计算和分析回波的方式，充分了解和掌握材料的实际情况[1]。

3 钢结构缺陷

钢结构是应用广泛、成本较低的一种材料，在实际应用过程中独特性也较强。但并不意味着钢结构材料是完美的，相反，钢结构在应用过程中还存在一定的缺陷问题。主要体现在设计缺陷、材质缺陷以及连接缺陷等。其中，设计缺陷表现在工作人员缺乏经验且人员较少，在设计阶段涉及的数据内容较多，由于无法准确对数据予以有效把控，导致钢结构的可靠性受损，使得人为因素成为造成设计缺陷的主要原因。材质的缺陷表现在由于钢结构材料种类较多，不同元素较多，对钢结构的材料性能造成了一定的影响。正式开展冶炼钢工作前，通常需要强化材料的选择。受到工艺设备的影响，钢材料的轧制和冶炼过程容易出现质量问题，钢材料裂纹较为严重。为解决上述问题，只有加强材料的监督与审核工作。对建筑物来说，钢结构系统主要是由种类不同的钢产品组合而成，焊接方式也随着钢结构接连发生改变，在节省空间、降低成本、确保刚性连接有效性方面有着重要的意义。但同时，受到焊接环境和焊接工艺水平的影响，钢内部结构容易受损，一旦钢结构内出现气孔（图2）或夹渣等，钢结构的稳定性较差。

图2 焊缝气孔

4 钢结构中超声波无损探伤技术应用实例分析

4.1 工程概况

以某排涝站为例。该排涝站的作用主要有灌溉、内涝排洪等。排涝站的建设时间较长，部分位置已经出现严重渗漏问题、排污栅甚至发生位移和变形，安全隐患突出。与此同时，该排涝站建设时期的闸体和闸基础的施工技术较为落后，造成排涝站已无法满足现代排涝、灌溉需求。所以，相关部门决定对该排涝站展开重建工作。由于排涝站的出口闸位置的钢闸门以预装拼接工艺为主，为此，决定在拼接定位、尺寸检查方面进行加固。以中间到四周对称焊接原则，焊缝以T 字形为主。该工程的钢闸门焊接在施工前对外观进行了全面的分析和检查，只有外观检查合格后才能够依据相关规范和标准对钢闸门焊缝采取超声波无损探伤检测。

4.2 焊缝质量缺陷

由于该水利工程采用的是T 型焊缝，该种焊缝类型较为常见。由腹板和翼缘板共同组成，组合焊缝和角缝是较为常见的类型。依据焊缝的位置以及所承受压力的形式可将T 型焊缝划分为不同的等级。T 型焊缝在水利工程中具有重要的作用，由于该种焊接施工的工艺较为复杂且施工难度较高，所以对施工人员的专业能力和综合素质有较高的要求。一旦施工人员的专业水平不高或者未能严格依据焊接技术标准展开焊缝施工作业，极易出现焊缝缺陷。较为常见的质量缺陷有焊接熔合不良，出现漏焊或未熔合问题，其原因在于焊接电压、电流以及预热规范不标准，焊接坡口角度过小、钝边缝隙小等操作问题。除此之外，极易出现焊接裂纹、焊接空洞等。气孔缺陷的形成原因与焊接时保护气未在熔池结晶，却在焊缝金属中残留有关[2]。

4.3 无损探伤应用

4.3.1 初步探伤

超声波探伤检测的深度较大、距离长且体积较小，为此，检测速度也较快。在具体应用过程中无须给出准确的缺陷性质，即可依据声波了解波线之间的差异性，再从焊接材料类型、焊接结构类型的角度了解缺陷损伤的严重程度。在受到探伤任务后，一方面需要了解图纸中对焊接质量技术的要求，依据验收钢结构标准展开各项检测工作，防止盲目操作导致探测数据的不准确。与此同时，全面掌握专业技术知识，明确超声波探伤技术的应用要点。另一方面，初步探伤工作完成后应对波屏上的回波信号予以全面分析和掌握，只要回波超出评定线，需要及时记录，为后续的定量缺陷检测奠定良好的基础。

4.3.2 精确探伤

精确探伤的应用要点在于有助于提升探伤的准确程度，在应用过程中，首先，需要减少操作，对探伤的过程予以充分把握，严禁出现漏测问题。其次，在第一次检测过程中出现钢结构缺陷问题时，第二次要再次检测，明确缺陷位置的最高回波束，将信息准确记录。该种方式有助于改进缺陷问题。最后，运用超声波探伤技术过程中应注重焊缝长度的计算，得出探伤比例后以局部探伤的方式对焊缝进行全面探伤。当焊缝属于允许存在的范围内，则在缺陷两端位置增加探伤的长度，确保探伤的长度高于12%。需要注意的是，钢材结构特征是准确判断缺陷的依据[3]。

4.3.3 钢闸门焊缝探伤

在进行钢闸门焊缝探伤时，主要是利用直探头对翼缘板外侧采取全面检测，可实现腹板和翼缘板焊缝的系统性检测，得出是否存在焊接熔断等不良缺陷以及翼缘板侧焊缝是否有焊接裂缝缺陷问题。完成上述位置的超声波探伤时，一般选择探头频率为2.5MHz 的斜探头。与此同时，根据翼缘板厚度明确探头晶片的尺寸，在确保穿透力的基础上选择合适的小尺寸晶片，降低近区的长度。超声波探伤时还要对分底波与缺陷波予以明确区分，确保无损检测技术的精确性和可靠性。斜探头作为较为常见的超声波探伤检测设备，可将其应用于腹板和翼缘板之间焊缝是否存在未熔合、未焊透问题，设备的探测频率在5.0MHz 以内，依据腹板厚度合理选择斜探头K 值，具体参照值如表1 所示。

表1 斜探头K 值参照

当斜探头探伤对翼缘板外侧进行波次检测时，翼缘板外侧1 次波检测的探伤精确度要高于翼缘板内侧2 次波检测，同时能够以最快的速度检测到焊缝质量问题。需要注意的是，如果采用翼缘板外侧探伤检测，则应在检测前明确并标准腹板中心线和焊缝位置。通常情况下，直探头探伤设备要和斜探头设备同时使用，才能达到最佳检测效果。该工程通过采取两种设备同时进行钢闸门焊缝探伤，不仅快速获得焊缝质量缺陷问题，同时保证了焊缝检查精确程度。

4.3.4 识别气孔夹渣

如果钢结构在实际焊接过程中出现焊接温度过高问题的情况下，此时的气体将发生迅速反应，在吸收过程中产生相应的气孔，产生的气孔将对钢结构的稳定性造成不良影响。焊接冷却凝固前气体还未放出时，将形成孔洞。孔洞分为单孔和集成孔洞两种。借助超声波探伤技术可准确识别出钢结构产生气孔的原因。通常情况下，普通密集气孔反射波呈现的是簇状型，因此，运用超声波探伤技术在实际的检测过程中能够准确识别回波的高度，再依据气孔大小以及位置判断气孔形状。得出的波形也相对稳定。但同时，检测的难度也较大，需要在检测过程中不同方向的探测确保整个气孔能够全部被挖掘出来，需要注意的是，探测过程中需要找到最大的回波。除此之外，夹渣也是钢结构焊接过程中较为常见的问题之一。在钢结构最终的焊接阶段，容易出现金属以及非金属残留现象以及残渣，当温度较高时，熔渣将随着温度的升高而出现钢铁表面变形，对钢结构的稳定性造成极大的影响，甚至发生振动以及压力提高断裂的可能性。

借助超声波探伤技术可准确得知焊缝出现裂纹的具体位置，裂纹位置的回波高度较高，随着探测头平行移动，波浮将发生较大的改变。当接连出现反射波时，则证明裂纹较为严重，当超声波探头转动变化不明显的情况下，例如，仅出现上下错动变化，则证明裂纹较小。裂纹作为焊缝类型中重要的危险因素，为此，在一级和二级焊缝中严禁出现裂纹。对整体钢结构的影响并不大。通常情况下，如果在焊接期间缺乏对焊接点融合性的重视而发生未熔合问题，则证明焊缝未能与其他金属材料进行有效融合。为避免上述问题发生，就需要对超声波探伤设备所反射的特征予以全面分析，以平行移动的方式直到波形稳定，即可说明达到融合点的要求[4]。

4.4 超声波探伤评定

在超声波探伤结果评定阶段，需要依据相关规范标准对焊缝质量分级。该水利工程钢闸门焊缝质量的要求并非为全熔透，只需要调整焊角高度的方式将焊缝中心位置全熔透，确保钢闸门能够满足焊缝施工要求。因此，该工程在检测钢闸门焊缝质量后，监理单位对其施工进行了系统、全面的验收，最终得出该工程满足相关标准和要求，其质量符合工程质量标准[5]。

5 结语

总而言之，无损检测技术在各行各业中有着广泛的应用，合理、科学应用无损检测技术有助于提升工作效率，保障工作质量。其中，超声波探伤技术作为无损检测技术重要的组成部分，在钢结构检测中发挥了重要的作用。运用超声波探伤技术可对钢结构焊接过程中的缺陷问题予以全面分析，提升建筑工程中钢结构的稳定性和可靠性。因此，施工企业应重视超声波探伤检测技术在建筑工程中的应用。不断创新检测技术，提升超声波探伤检测技术应用效率和水平。有助于建筑企业实现经济效益最大化的同时，为行业可持续发展做出相应的贡献。