钢结构薄钢板焊缝的超声波检测

钢结构薄钢板焊缝的超声波检测

吕帅

中铁二十三局集团第二工程有限公司黑龙江齐齐哈尔161000

摘要:本文对钢结构焊缝的超声波检测中薄钢板（8mm以下）焊缝的检测难点进行分析，采用高频率，小晶片，大角度，短前沿的横波斜探头，配合高采样频率的超声波检测仪以直射波扫查为主的手动检测方案，取得了良好的效果。

关键词:薄钢板焊缝超声波检测超声波探头检测方法

引言

近年来，本公司承建的齐富增建二线、哈牡电气化改造及哈局平改立等工程项目施工中多包含跨线钢结构人行天桥，其中钢梁的部分焊缝的板厚都在6mm左右。目前，钢结构焊缝的质量检测手段主要以超声波检测为主，依据《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001和《焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定》GB/T11345-2013进行评定。而GB/T11345-2013的适用范围仅适用于厚度≥8mm的焊缝，对于＜8mm板厚的焊缝检测不能规范指导。以往对于＜8mm板厚的焊缝检测多采用射线检测及渗透检测和磁粉检测，射线检测对于薄钢板有检出率高的优越性，但检测周期长，对现场检测环境要求高，以及对周边造成辐射影响等缺点，使得实际工作中很难采用。而使用渗透检测和磁粉检测只能对表面开口性缺陷和近表面缺陷进行检测，不能完整的评价焊缝的焊接质量。对于实际工作中遇到6mm板厚的焊缝，在超声波检测缺乏标准适用性的情况下，参考电力行业薄壁小径管超声波检测的方法，并结合以上工程中的实践对6mm板厚的超声波检测方法进行探讨。

1.薄钢板焊缝超声波检测难点

钢板较薄，超声波声程短，受近场区影响，对缺陷波判断，缺陷的定性、定量带来困难。

焊缝较宽，导致超声波入射点水平位置偏远，使一次直射波的扫查覆盖面积减小，无法保证根部缺陷的检出。

缺乏适用标准，没有规定指导的检测方法，无法对被检焊缝做出质量评定。

2.薄板焊缝超声波检测方法

2.1探头的选择

针对薄板检测难点，选择合适的超声波探头是解决难点的关键。超声波检测要尽可能避开3倍的近场区，依据近场区影响长度公式N=(FS/πλ2)×（cosβ/cosα）可以确定频率一定时，减小晶片尺寸FS，可以降低近场区N。根据目前所生产的探头规格，选择频率5MHz，晶片尺寸6mm×6mm的探头，来降低近场区影响的问题。

薄钢板焊缝较宽，因焊接工艺要求，6mm的钢板焊缝宽度一般在12mm~15mm之间，用一次波扫查高度公式h=T-(a/2+L0)/K，T=母材厚度，a=焊缝宽度，得知T与a不变的情况下，h取决于探头前沿L0和K值。所以要优先选用短前沿，大K值的探头。探头的前沿距离短，晶片面积小，始波占宽会加大，增大检测盲区，若探头K值过大，易产生变形波，影响波形分辨。如果选择前沿距离5mm和K值等于3的探头，经计算h=6-（14/2+5）/3=2mm，可以检测到焊缝根部的2mm，整个板厚的三分之一，是目前较为适宜的。

2.2制作距离-波幅曲线

如图1所示，钢板薄，焊缝宽，探头的前沿距离极限也就在5mm，再加上始波占宽大约在2.5mm左右，一次波的扫查高度只能在根部2mm左右，所以在检测时，只针对焊缝根部进行判定。正因如此，我们使用CSK-ⅡA-1标准试块来调节灵敏度，用深度5mm的Φ2通孔，将波高设置为屏幕刻度的80%，画一条线作为一次波检测判废线，不设评定线与定量线，再用Φ2×40-4dB来做一条判废线，用于二次波检测。

2.3灵敏度补偿

根据焊缝打磨情况，做2~4dB补偿量。

2.4耦合剂

在检测环境允许的情况下尽量使用纤维类材料，如果温度过低或过高，无法使用纤维类材料，应避免油类耦合剂刷涂过厚，防止产生杂波干扰，这时可用手在探头前方拍打油膜来看波幅反应，来辨别杂波与缺陷波。

2.5扫查方式

条件允许的情况下，进行双面双侧的扫查，这样可以把检测的盲区缩小，提高缺陷的检出率。做10%重叠的锯齿形扫查，用前后、左右、环绕、转角的方式来查找缺陷。

3.超声波波形分析与缺陷的识别

在进行检测前要了解焊缝的焊接情况，坡口型式、坡口的间隙，用测厚仪确定焊缝两侧的精确厚度，结合焊接信息来判断缺陷性质。如反射波幅出现在坡口位置，并伴有一定长度，要确定缺陷深度并在对侧进行扫查，如果对侧没有反射波幅，可以做单侧坡口未熔合或单侧坡口未焊透的判断，并依据缺陷深度对其进行辨别。

如果反射波幅强烈，波峰尖锐，波根稍宽，前后移动时会突然升高或降低，左右移动可测得一定长度，两侧检测后水平定位于一点或接近，如图3所示，可以做裂纹的判断。

钢结构检测中，大多可以做双面双侧的扫查，可以很清晰的看到根部焊瘤、根部未焊透、错边、咬边等缺陷，有助于鉴别未熔合，裂纹等危害性缺陷。

因焊缝根部成形不好，不光滑，会产生一些波形，这些波形并不是真正的缺陷波，要通过波幅强度，水平定位，探头角度等手段来排除，一般来讲波幅强度会比真正的缺陷波幅弱，通过水平定位出现错位，并不在焊缝内部，会定位到母材的位置，在探头角度变化后水平定位也会出现更大的偏差，这些都是反射信号带来的伪缺陷波，要加以甄别。

总之，焊缝缺陷的定性判别是复杂多样的，必须把波幅特征与焊接方法综合起来考虑才能做出正确的判断。

4.结语

6mm薄钢板焊缝的超声波检测并没有适用标准做指导，通过近年来钢结构人行天桥的焊缝检测效果来看，使用高频率，小晶片，大角度，短前沿的超声波探头配合高采样频率的超声波检测仪，完全能够检测出薄板焊缝的根部缺陷，可以在检测工作中作为其他检测方法的配合手段来评价薄钢板焊缝的焊接质量。

参考文献:

1孙苗东浅析薄壁小径管对接焊缝的超声波探伤低碳技术，2017.12

2超声波探伤武汉水利水电大学