超聲波探傷技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)檢測中的應用

摘  要：隨著當代建筑技術(shù)日新月異的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在當代建筑中使用率越來越高。采用無損探傷的手段對焊縫進行質(zhì)量檢驗是確保鋼結(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、相應檢測的類別、評判標準及缺陷特性等方面對鋼結(jié)構(gòu)超聲波無損探傷做了初步探討。

    關鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)  檢測  焊縫  超聲波無損探傷
    隨著當代建筑技術(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)、高強的方向發(fā)展，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)在當代建筑中使用率越來越高。尤其是在廠房建設及設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焊縫進行質(zhì)量檢驗是確保鋼結(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（UT）、射線檢測（RT）、磁粉檢測（MT）、滲透檢測（PT）和渦流檢測（ET）等五種檢測方法。超聲檢測是目前應用最廣泛的探傷方法之一。超聲波的波長很短、穿透力強，傳播過程中遇不同介質(zhì)的分界面會產(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一樣，能在被檢材料中發(fā)現(xiàn)缺陷。超聲波探傷能探測到的最小缺陷尺寸約為波長的一半。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，因而在實際探傷中一般采用反射法來進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價缺陷的大小。

    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)量等級就存在著兩重含義，其一是針對焊縫內(nèi)部缺陷檢驗，其二是針對焊縫外觀表面缺陷檢驗。但目前絕大部分情況是設計者只進行籠統(tǒng)的規(guī)定，如“該焊縫質(zhì)量等級為二級”，此時正確的理解是“焊縫內(nèi)部缺陷按二級檢驗，外觀缺陷也按二級檢驗。”對于需要進行疲勞驗算的構(gòu)件如吊車梁，其中某些部位的角焊縫，雖然不進行內(nèi)部缺陷的超聲波探傷（三級焊縫），但其外觀表面質(zhì)量等級應為二級，所以籠統(tǒng)地說“角焊縫都是三級焊縫”就有失全面。下面就超聲波無損探傷在鋼結(jié)構(gòu)鑒定檢測中的應用，結(jié)合相關規(guī)范作以下初步探討：

一、檢測資料及檢測報告的種類
    在房屋具備相關資料的情況下，我們進行鑒定檢測就應結(jié)合相關資料及檢測數(shù)據(jù)對其進行綜合評價。委托單位提供的相關資料往往包括施工單位自檢、見證檢測及第三方檢測三種。針對以上三種資料，其相應的要求通?？蓺w納為表一所列：
如果以下檢測資料審查不合格或現(xiàn)場抽樣檢查不達標的情況下，就應結(jié)合可靠性鑒定標準、鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范等國家相關規(guī)范，對該項目進行進一步的檢測。

二、焊縫無損檢測的檢驗等級：
    根據(jù)《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級》GB11345-89規(guī)定，超聲波檢驗等級分為A、B、C三個級別：
    A級檢驗采用一種角度的探頭在焊縫的單面單側(cè)進行檢驗，只對允許掃查到的焊縫截面進行探測。一般不要求作橫向缺陷的檢驗。母材厚度〉50mm時，不得采用A級檢驗。
    B級檢驗原則上采用一種角度探頭在焊縫的單面雙側(cè)進行檢驗，對整個焊縫截面進行探測。母材厚度〉100mm時，采用雙面雙側(cè)檢驗。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行探傷。條件允許時應作橫向缺陷的檢驗。
    C級檢驗至少要采用兩種角度探頭在焊縫的單面雙側(cè)進行檢驗。同時要做兩個掃查方向和兩種探頭角度的橫向缺陷檢驗。母材厚度〉100mm時，采用雙面雙側(cè)檢驗。其他附加要求是：1．對接焊縫余高要磨平，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，一般要增加串列式掃查。

三、建筑結(jié)構(gòu)焊縫無損探傷檢驗具體要求：
    1．設計要求全焊透的焊縫，其內(nèi)部缺陷的檢驗應符合下列要求：
1)一級焊縫應進行100%的檢驗，其合格等級應為《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級》GB11345-89中B級檢驗的Ⅱ級及Ⅱ級以上；
    2)二級焊縫應進行抽檢，抽檢比例20%，其合格等級應為《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級》GB11345-89中B級檢驗的Ⅲ級及Ⅲ級以上；
    3)全焊透的三級焊縫可不進行無損檢測。
    2．焊接球節(jié)點網(wǎng)架焊縫的超聲探傷及缺陷分級應符合《焊接球節(jié)點鋼網(wǎng)架焊縫超聲波探傷及質(zhì)量分級法》JG/T3034.1-1996的規(guī)定。
    3．螺栓球節(jié)點網(wǎng)架焊縫的超聲探傷及缺陷分級應符合《螺栓球節(jié)點鋼網(wǎng)架焊縫超聲波探傷及質(zhì)量分級法》JG/T3034.2-1996的規(guī)定。
    4．圓管T、K、Y節(jié)點焊縫的超聲波探傷方法及缺陷分級應符合《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ81-2002的規(guī)定。

四、焊縫缺陷的評定等級
    缺陷的大小確定以后，要根據(jù)缺陷的性質(zhì)和指示長度結(jié)合有關標準的規(guī)定評定焊縫的質(zhì)量級別。
    超聲波檢驗焊縫內(nèi)部缺陷的評定等級分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級，其中Ⅰ級質(zhì)量最高，Ⅳ級質(zhì)量最低。
    根據(jù)在標準試塊上繪制的距離波幅曲線，對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。對于最大反射波幅不超過距離波幅曲線中評定線的缺陷，均評定為Ⅰ級；最大反射波幅超過評定線的缺陷檢驗者判定為裂紋等危害性缺陷時，無論其波幅和尺寸如何，均評定為Ⅳ級；反射波幅位于Ⅰ區(qū)的非裂紋性缺陷，均評定為Ⅰ級；反射波幅位于Ⅲ區(qū)的缺陷，無論其指示長度如何，均評定為Ⅳ級。最大反射波幅位于Ⅱ區(qū)的缺陷，跟具缺陷指示長度，具體分類見表二：

五、焊縫檢測記數(shù)規(guī)則及合格評定
    1．焊縫內(nèi)部缺陷無損檢測記數(shù)規(guī)則  一級焊縫探傷比例100%，即全數(shù)探傷；二級焊縫探傷比例20%，對于工廠制作焊縫，應按每條焊縫長度計算比例，且探傷長度≥200mm，當焊縫長度≤200mm時，應對整條焊縫進行探傷；對于現(xiàn)場安裝焊縫，應按同一類型、同一施焊條件的焊縫條數(shù)計算比例，探傷長度應≥200mm，并應不少于1條焊縫；三級焊縫不要求進行內(nèi)部缺陷的無損探傷。
    2．焊縫處數(shù)的記數(shù)方法  工廠制作焊縫長度≤1000mm時，每條焊縫為1處，長度>1000mm時，將其劃分為每300mm為1處，現(xiàn)場安裝焊縫每條焊縫為1處。
    3．抽樣檢驗的合格判定  抽樣檢查的焊縫數(shù)如不合格率<2%時，該批驗收應定為合格；不合格率>5%時，應加倍抽檢，且必須在原不合格部位兩側(cè)的焊縫延長線各增加1處，如在所有抽檢焊縫中不合格率≤3%時，該批驗收應定為合格，>3%時,該批驗收應定為不合格。當批量驗收不合格時，應對該批余下焊縫的全數(shù)進行檢查。

六、焊縫中常見缺陷的類型及其在超聲探傷中的識別
    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吸收了過量的氣體或冶金反應產(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。氣孔可分為單個氣孔和密集氣孔。單個氣孔回波高度低，波形較穩(wěn)定。從各個方向探測，反射波高大致相同，但稍一移動探頭就消失。密集氣孔為一簇反射波，其波高隨氣孔的大小而不同，當探頭作定點轉(zhuǎn)動時，會出現(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。夾渣分點狀夾渣和條狀夾渣。點狀夾渣的回波信號與點狀氣孔相似。條狀夾渣回波信號多呈鋸齒狀。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，波幅有變動，從各個方向探測，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，有一定的長度。探傷中探頭平移時，未焊透波形較穩(wěn)定，焊縫兩側(cè)探傷時，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，波形較穩(wěn)定。兩側(cè)探測時，反射波幅不同，有時只能從一側(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，會出現(xiàn)多峰。探頭平移時，反射波連續(xù)出現(xiàn)，波幅有變動；探頭轉(zhuǎn)動時，波峰有上、下錯動現(xiàn)象。
    例：我站監(jiān)督的昆明某鋼結(jié)構(gòu)施工工地，對其鋼梁與鋼柱對接焊縫、鋼柱與鋼柱對接焊縫進行超聲波探傷檢測，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，
    以上是個人在超聲波無損檢測中結(jié)合相關規(guī)范總結(jié)的一些看法，寫出來與大家共同探討，不當之處還望各位同行不吝賜教。
參考文獻
［1］《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(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》11345-89;
［3］《鋼結(jié)構(gòu)超聲波探傷及質(zhì)量分級法》JG/T203-2007。