超聲波探傷技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)中的應(yīng)用

摘  要：隨著當(dāng)代建筑技術(shù)日新月異的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在當(dāng)代建筑中使用率越來(lái)越高。采用無(wú)損探傷的手段對(duì)焊縫進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)是確保鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。本文從規(guī)范規(guī)定的焊縫等級(jí)、相應(yīng)檢測(cè)的類別、評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)及缺陷特性等方面對(duì)鋼結(jié)構(gòu)超聲波無(wú)損探傷做了初步探討。

    關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)  檢測(cè)  焊縫  超聲波無(wú)損探傷
    隨著當(dāng)代建筑技術(shù)日新月異的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)體系的種類不斷的朝輕質(zhì)、高強(qiáng)的方向發(fā)展，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)在當(dāng)代建筑中使用率越來(lái)越高。尤其是在廠房建設(shè)及設(shè)備安裝中更是大量使用鋼結(jié)構(gòu)。而焊接作為鋼結(jié)構(gòu)的主要連接方式之一，直接影響鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，采用無(wú)損探傷的手段對(duì)焊縫進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)是確保鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

    鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損探傷包括超聲檢測(cè)（UT）、射線檢測(cè)（RT）、磁粉檢測(cè)（MT）、滲透檢測(cè)（PT）和渦流檢測(cè)（ET）等五種檢測(cè)方法。超聲檢測(cè)是目前應(yīng)用最廣泛的探傷方法之一。超聲波的波長(zhǎng)很短、穿透力強(qiáng)，傳播過(guò)程中遇不同介質(zhì)的分界面會(huì)產(chǎn)生反射、折射、繞射和波形轉(zhuǎn)換。超聲波像光波一樣具有良好的方向性，可以定向發(fā)射，猶如一束手電筒燈光可以在黑暗中尋找目標(biāo)一樣，能在被檢材料中發(fā)現(xiàn)缺陷。超聲波探傷能探測(cè)到的最小缺陷尺寸約為波長(zhǎng)的一半。超聲波探傷又可分為反射法和穿透法。穿透法的靈敏度不如反射法，因而在實(shí)際探傷中一般采用反射法來(lái)進(jìn)行鋼材缺陷探傷和焊縫探傷，即根據(jù)缺陷反射回波聲壓的高低來(lái)評(píng)價(jià)缺陷的大小。

    從焊縫本身來(lái)說(shuō)決定焊縫質(zhì)量的因素主要有3方面，分別是焊縫內(nèi)部缺陷、焊縫外觀表面缺陷以及焊縫尺寸。因此，焊縫質(zhì)量等級(jí)就存在著兩重含義，其一是針對(duì)焊縫內(nèi)部缺陷檢驗(yàn)，其二是針對(duì)焊縫外觀表面缺陷檢驗(yàn)。但目前絕大部分情況是設(shè)計(jì)者只進(jìn)行籠統(tǒng)的規(guī)定，如“該焊縫質(zhì)量等級(jí)為二級(jí)”，此時(shí)正確的理解是“焊縫內(nèi)部缺陷按二級(jí)檢驗(yàn)，外觀缺陷也按二級(jí)檢驗(yàn)。”對(duì)于需要進(jìn)行疲勞驗(yàn)算的構(gòu)件如吊車梁，其中某些部位的角焊縫，雖然不進(jìn)行內(nèi)部缺陷的超聲波探傷（三級(jí)焊縫），但其外觀表面質(zhì)量等級(jí)應(yīng)為二級(jí)，所以籠統(tǒng)地說(shuō)“角焊縫都是三級(jí)焊縫”就有失全面。下面就超聲波無(wú)損探傷在鋼結(jié)構(gòu)鑒定檢測(cè)中的應(yīng)用，結(jié)合相關(guān)規(guī)范作以下初步探討：

一、檢測(cè)資料及檢測(cè)報(bào)告的種類
    在房屋具備相關(guān)資料的情況下，我們進(jìn)行鑒定檢測(cè)就應(yīng)結(jié)合相關(guān)資料及檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。委托單位提供的相關(guān)資料往往包括施工單位自檢、見(jiàn)證檢測(cè)及第三方檢測(cè)三種。針對(duì)以上三種資料，其相應(yīng)的要求通?？蓺w納為表一所列：
如果以下檢測(cè)資料審查不合格或現(xiàn)場(chǎng)抽樣檢查不達(dá)標(biāo)的情況下，就應(yīng)結(jié)合可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)、鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范等國(guó)家相關(guān)規(guī)范，對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行進(jìn)一步的檢測(cè)。

二、焊縫無(wú)損檢測(cè)的檢驗(yàn)等級(jí)：
    根據(jù)《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)》GB11345-89規(guī)定，超聲波檢驗(yàn)等級(jí)分為A、B、C三個(gè)級(jí)別：
    A級(jí)檢驗(yàn)采用一種角度的探頭在焊縫的單面單側(cè)進(jìn)行檢驗(yàn)，只對(duì)允許掃查到的焊縫截面進(jìn)行探測(cè)。一般不要求作橫向缺陷的檢驗(yàn)。母材厚度〉50mm時(shí)，不得采用A級(jí)檢驗(yàn)。
    B級(jí)檢驗(yàn)原則上采用一種角度探頭在焊縫的單面雙側(cè)進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)整個(gè)焊縫截面進(jìn)行探測(cè)。母材厚度〉100mm時(shí)，采用雙面雙側(cè)檢驗(yàn)。受幾何條件的限制可在焊縫的雙面單側(cè)采用兩種角度探頭進(jìn)行探傷。條件允許時(shí)應(yīng)作橫向缺陷的檢驗(yàn)。
    C級(jí)檢驗(yàn)至少要采用兩種角度探頭在焊縫的單面雙側(cè)進(jìn)行檢驗(yàn)。同時(shí)要做兩個(gè)掃查方向和兩種探頭角度的橫向缺陷檢驗(yàn)。母材厚度〉100mm時(shí)，采用雙面雙側(cè)檢驗(yàn)。其他附加要求是：1．對(duì)接焊縫余高要磨平，以便探頭在焊縫上作平行掃查；2．焊縫兩側(cè)斜探頭掃查經(jīng)過(guò)的母材部分要用直探頭作檢查；3．焊縫母材厚度≥100mm，窄間隙焊縫母材厚度≥40mm時(shí)，一般要增加串列式掃查。

三、建筑結(jié)構(gòu)焊縫無(wú)損探傷檢驗(yàn)具體要求：
    1．設(shè)計(jì)要求全焊透的焊縫，其內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)應(yīng)符合下列要求：
1)一級(jí)焊縫應(yīng)進(jìn)行100%的檢驗(yàn)，其合格等級(jí)應(yīng)為《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)》GB11345-89中B級(jí)檢驗(yàn)的Ⅱ級(jí)及Ⅱ級(jí)以上；
    2)二級(jí)焊縫應(yīng)進(jìn)行抽檢，抽檢比例20%，其合格等級(jí)應(yīng)為《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)》GB11345-89中B級(jí)檢驗(yàn)的Ⅲ級(jí)及Ⅲ級(jí)以上；
    3)全焊透的三級(jí)焊縫可不進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。
    2．焊接球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架焊縫的超聲探傷及缺陷分級(jí)應(yīng)符合《焊接球節(jié)點(diǎn)鋼網(wǎng)架焊縫超聲波探傷及質(zhì)量分級(jí)法》JG/T3034.1-1996的規(guī)定。
    3．螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架焊縫的超聲探傷及缺陷分級(jí)應(yīng)符合《螺栓球節(jié)點(diǎn)鋼網(wǎng)架焊縫超聲波探傷及質(zhì)量分級(jí)法》JG/T3034.2-1996的規(guī)定。
    4．圓管T、K、Y節(jié)點(diǎn)焊縫的超聲波探傷方法及缺陷分級(jí)應(yīng)符合《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ81-2002的規(guī)定。

四、焊縫缺陷的評(píng)定等級(jí)
    缺陷的大小確定以后，要根據(jù)缺陷的性質(zhì)和指示長(zhǎng)度結(jié)合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定評(píng)定焊縫的質(zhì)量級(jí)別。
    超聲波檢驗(yàn)焊縫內(nèi)部缺陷的評(píng)定等級(jí)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)，其中Ⅰ級(jí)質(zhì)量最高，Ⅳ級(jí)質(zhì)量最低。
    根據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)試塊上繪制的距離波幅曲線，對(duì)比焊縫中缺陷最高回波的位置、和缺陷性質(zhì)判斷焊縫等級(jí)。對(duì)于最大反射波幅不超過(guò)距離波幅曲線中評(píng)定線的缺陷，均評(píng)定為Ⅰ級(jí)；最大反射波幅超過(guò)評(píng)定線的缺陷檢驗(yàn)者判定為裂紋等危害性缺陷時(shí)，無(wú)論其波幅和尺寸如何，均評(píng)定為Ⅳ級(jí)；反射波幅位于Ⅰ區(qū)的非裂紋性缺陷，均評(píng)定為Ⅰ級(jí)；反射波幅位于Ⅲ區(qū)的缺陷，無(wú)論其指示長(zhǎng)度如何，均評(píng)定為Ⅳ級(jí)。最大反射波幅位于Ⅱ區(qū)的缺陷，跟具缺陷指示長(zhǎng)度，具體分類見(jiàn)表二：

五、焊縫檢測(cè)記數(shù)規(guī)則及合格評(píng)定
    1．焊縫內(nèi)部缺陷無(wú)損檢測(cè)記數(shù)規(guī)則  一級(jí)焊縫探傷比例100%，即全數(shù)探傷；二級(jí)焊縫探傷比例20%，對(duì)于工廠制作焊縫，應(yīng)按每條焊縫長(zhǎng)度計(jì)算比例，且探傷長(zhǎng)度≥200mm，當(dāng)焊縫長(zhǎng)度≤200mm時(shí)，應(yīng)對(duì)整條焊縫進(jìn)行探傷；對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫，應(yīng)按同一類型、同一施焊條件的焊縫條數(shù)計(jì)算比例，探傷長(zhǎng)度應(yīng)≥200mm，并應(yīng)不少于1條焊縫；三級(jí)焊縫不要求進(jìn)行內(nèi)部缺陷的無(wú)損探傷。
    2．焊縫處數(shù)的記數(shù)方法  工廠制作焊縫長(zhǎng)度≤1000mm時(shí)，每條焊縫為1處，長(zhǎng)度>1000mm時(shí)，將其劃分為每300mm為1處，現(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫每條焊縫為1處。
    3．抽樣檢驗(yàn)的合格判定  抽樣檢查的焊縫數(shù)如不合格率<2%時(shí)，該批驗(yàn)收應(yīng)定為合格；不合格率>5%時(shí)，應(yīng)加倍抽檢，且必須在原不合格部位兩側(cè)的焊縫延長(zhǎng)線各增加1處，如在所有抽檢焊縫中不合格率≤3%時(shí)，該批驗(yàn)收應(yīng)定為合格，>3%時(shí),該批驗(yàn)收應(yīng)定為不合格。當(dāng)批量驗(yàn)收不合格時(shí)，應(yīng)對(duì)該批余下焊縫的全數(shù)進(jìn)行檢查。

六、焊縫中常見(jiàn)缺陷的類型及其在超聲探傷中的識(shí)別
    焊縫中常見(jiàn)的缺陷主要有氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等幾種，他們各自的回波均有其特性。
    1．氣孔
    氣孔是在焊接過(guò)程中焊接熔池高溫時(shí)吸收了過(guò)量的氣體或冶金反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，在冷卻凝固之前來(lái)不及逸出而殘留在焊縫金屬內(nèi)所形成的空穴，多呈球形或橢球形。氣孔可分為單個(gè)氣孔和密集氣孔。單個(gè)氣孔回波高度低，波形較穩(wěn)定。從各個(gè)方向探測(cè)，反射波高大致相同，但稍一移動(dòng)探頭就消失。密集氣孔為一簇反射波，其波高隨氣孔的大小而不同，當(dāng)探頭作定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)此起彼落的現(xiàn)象。
    2．夾渣
    夾渣是指焊后殘留在焊縫金屬內(nèi)的熔渣或非金屬夾雜物，夾渣表面不規(guī)則。夾渣分點(diǎn)狀?yuàn)A渣和條狀?yuàn)A渣。點(diǎn)狀?yuàn)A渣的回波信號(hào)與點(diǎn)狀氣孔相似。條狀?yuàn)A渣回波信號(hào)多呈鋸齒狀。它的反射率低，一般波幅不高，波形常呈樹枝狀，主峰邊上有小峰。探頭平移時(shí)，波幅有變動(dòng)，從各個(gè)方向探測(cè)，反射波幅不相同。
    3．未焊透
    未焊透是指焊接接頭部分金屬未完全熔透的現(xiàn)象。一般位于焊縫中心線上，有一定的長(zhǎng)度。探傷中探頭平移時(shí)，未焊透波形較穩(wěn)定，焊縫兩側(cè)探傷時(shí)，均能得到大致相同的反射波幅。
    4．未熔合
未熔合主要是指填充金屬與母材之間沒(méi)有熔合在一起或填充金屬層之間沒(méi)有熔合在一起。未熔合反射波的特征是：探頭平移時(shí)，波形較穩(wěn)定。兩側(cè)探測(cè)時(shí)，反射波幅不同，有時(shí)只能從一側(cè)探到。
    5．裂紋
    裂紋是指在焊接過(guò)程中或焊后，在焊縫或母材的熱影響區(qū)局部破裂的縫隙。一般來(lái)說(shuō)，裂紋的回波高度較大，波幅寬，會(huì)出現(xiàn)多峰。探頭平移時(shí)，反射波連續(xù)出現(xiàn)，波幅有變動(dòng)；探頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，波峰有上、下錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。
    例：我站監(jiān)督的昆明某鋼結(jié)構(gòu)施工工地，對(duì)其鋼梁與鋼柱對(duì)接焊縫、鋼柱與鋼柱對(duì)接焊縫進(jìn)行超聲波探傷檢測(cè)，鋼柱規(guī)格為900×900×40mm的方柱，鋼梁規(guī)格為700×300×14×20mm的H型鋼柱，
    以上是個(gè)人在超聲波無(wú)損檢測(cè)中結(jié)合相關(guān)規(guī)范總結(jié)的一些看法，寫出來(lái)與大家共同探討，不當(dāng)之處還望各位同行不吝賜教。
參考文獻(xiàn)
［1］《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205-2001 ;
［2］《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)》11345-89;
［3］《鋼結(jié)構(gòu)超聲波探傷及質(zhì)量分級(jí)法》JG/T203-2007。