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越高。采用無損探傷的手段對(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評(píng)價(jià)缺陷的大小。

    從焊縫本身來說決定焊縫質(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“角焊縫都是三級(jí)焊縫”就有失全面。下面就超聲波無損探傷在鋼結(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)的要求通常可歸納為表一所列：
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、焊縫中常見缺陷的類型及其在超聲探傷中的識(shí)別
    焊縫中常見的缺陷主要有氣孔、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
    氣孔是在焊接過程中焊接熔池高溫時(shí)吸收了過量的氣體或冶金反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，在冷卻凝固之前來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有熔合在一起或填充金屬層之間沒有熔合在一起。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。一般來說，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。