钢结构无损检测中的超声检测技术应用

钢结构无损检测中的超声检测技术应用

王鲁生

深圳市天天升检测技术有限公司518108

摘要：在现代钢结构工程建设中，超声检测技术得到广泛运用，为促进超声检测技术在钢结构无损检测中的有效应用，确保产品质量符合使用要求，本文从显示评定、验收等级等方面对其进了行浅析，望有参考价值。

关键词：钢结构；无损检测；超声检测技术；显示评定；验收等级

在社会不断发展的背景下，无损检测技术得到迅速发展，先后涌现出大批新的检测方法和检测技术手段（如超声波衍射时差检测技术TOFD、相控阵检测技术等），使无损检测技术向着智能化，快速化和系统化的方向发展。传统的A型脉冲反射法检测其优点多：如设备较小、便于携带、操作方便；适用范围广泛、穿透厚度大、灵敏度高、效率高、成本低；对人体无伤害、对环境基本无污染；配套标准、规范相对齐全，仍然是现代最常用的超声检测方法。

一、钢结构超声检测原理

按检测方法原理可以分为脉冲反射法、衍射时差法、穿透法和共振法；实际检测过程中通常采用脉冲反射法，基本原理是通过检测仪发射大幅度的高频电脉冲激励探头产生超声波，按一定速度在介质中传播，在遇到异质界面时（材料内部不连续处声阻抗不同）部分超声波会反射回来，经过仪器处理并放大进入示波屏显示出回波，对材料中的不连续处所反射回来的声波进行分析，实现材料内部质量的判别。按照波形分类，可分为纵波、横波、表面波和板波等，钢结构检测主要利用的是纵波和横波。

二、影响钢结构质量因素分析

钢材分类较多，主要是因为其材料中各类元素占比不同而导致其钢材性能存在一定的差异。此外，钢材的冶炼、轧制工艺不同，也会导致钢材的质量、性能有所差异，主要体现在钢材各形式的缺欠，所以针对钢材的选用需要结合实际情况进行合理选择。

针对钢结构的设计而言，设计前期若对结构选型、结构布置等方面内容评估、分析不够严谨，都有可能造成不利后果。另外，部分施工单位为降低成本，会使用价格低廉、质量差的钢材，导致整体质量无法满足实际要求。

钢结构体系是由各种钢结构部件通过衔接、连接而形成的。钢结构的连接形式包括焊接连接方式、螺栓连接方式、铆钉连接方式，一般情况采用焊接连接方式，实际焊接过程中，受到焊接工艺、焊接人员水平、焊接环境等因素影响，致其连接存在一定的缺欠，如焊缝中产生的裂纹、气孔、未熔合以及夹渣等缺欠，对钢结构内部的完整性造成影响，进而对整体质量产生严重的影响。

三、钢结构焊缝超声检测时伪缺欠的判别

在钢结构无损检测过程中，针对超声检测技术的运用，除了缺欠反射波幅之外，其中还夹杂着与缺欠无关的伪缺欠波幅。若在实际检测过程中不进行有效的辨别和区分，极易导致误判。因此，需要对伪缺欠波幅的判别提高重视度[1]。常见的伪缺欠显示主要分为：

（一）仪器、探头杂波

仪器杂波的出现其主要因为仪器自身性能所引起，应选用信噪比高（屏幕上最小缺欠信号幅度与无用杂波幅度之比），杂波少的仪器。仪器与探头连通之后还未处于正常检测状态时，仪器显示屏上若出现双峰信号，此时应更换合格的探头；若出现脉冲幅度高且宽的信号，可以通过重新连接、降低增益的方法消除影响。因灵敏度调节过高产生较多杂波，可结合具体情况降低灵敏度。

（二）焊缝沟槽、焊脚回波

多道焊的焊缝表面会有沟槽，当超声波扫查到沟槽时，会引起沟槽反射，用手蘸取耦合剂在沟槽处轻轻敲击，回波会随之上下跳动，则可判断为沟槽反射波（应注意观察，避免与焊缝下部未焊透混淆）。焊角较大时会产生焊脚回波，探头沿焊缝平行移动时，回波的位置不会变动，探头垂直焊缝前后移动时，焊角回波的位置会在示波屏上左右移动，用手蘸取耦合剂在焊角处轻轻敲击，回波会上下跳动，则可判断为焊脚回波。

四、检测准备及检测等级

探头频率应在2至5MHz之间，采用反射波检测时，确保反射面的入射角在35°至70°之间。当使用多个探头时，保证其中一个探头主声束尽可能与焊缝融合面垂直，探头折射角度差不小于10°，确保声束能覆盖整个检测区域。短声程薄板检测宜选用小尺寸晶片探头，长声程大厚度时宜选用大尺寸晶片探头。

检测区域取焊缝宽度和焊缝两侧至少10mm宽母材，当热影响区域宽度大于10mm时，检测区域取焊缝宽度和热影响区宽度之和。检测区域内应光滑平整，无焊缝飞溅、铁锈、油垢及其他外部杂质，探头与被检件接触面耦合间隙应小于0.5mm。检测前应对被检工件进行声能损失测试，如传输损失不大于2dB，无需修整；大于2dB且小于12dB时，应进行补偿。

根据现行国家标准焊缝超声检测等级可分为A、B、C、D四个级别[2]；焊缝质量等级分为B（严格）、C（中等）、D（一般）三个级别[3]；分为验收等级2级和验收等级3级，相对应关系见表1超声脉冲回波检测技术（UT）[4]。各种类型焊接接头的检测等级按照标准GB/T11345-2013附录A执行

表1超声脉冲回波检测技术（UT）

五、焊缝中显示评定及验收等级

（一）验收等级

所谓验收等级针对被检焊缝，判断其质量状况能否达到指定的验收要求，如验收等级2级或验收等级3级。设计文件或检测合同中对焊缝验收等级已明确的，评定的结论只有可验收或不可验收，而不能将不符合验收等级2级的焊缝评定为验收等级3级，也不必将合同要求验收等级为3级的焊缝，即使其焊缝质量达到2级也不得评定为2级。根据焊缝中显示的类型、回波幅度、指示长度和密集程度等特征参数来做出可验收与不可验收的结论。若检测合同要求对显示做出类型判定，则平面型显示是不可验收的[5]，即评定为不可验收。依据最高波幅和指示长度对非平面型显进一步评定，纵向显示和横向显示评定时，回波波幅虽然低于验收等级，但指示长度较长的显示，应使用多个角度探头检测或串列法检测，选择获得最高回波波幅的那个探头/方法所得到的数据进行评定；对于回波高于记录等级而不超验收等级的显示，应记录其回波幅度和指示长度，参与群显示和累积长度的评定。

（二）DAC的应用

以Φ3横孔技术为例说明DAC簇的制作与应用[6]，根据GB/T29712-2013附录A图A.1至图A.4可知，对于显示的指示长度L大于板厚t时，记录等级与评定等级线已经重合。对于验收等级2级的焊缝评定时，不论板的厚薄，参考等级、验收等级和评定等级（记录等级）保持一致，分别是Φ3-0dB、Φ3-10dB、Φ3-14dB。验收等级3级的焊缝评定时，不论板的厚薄，参考等级、验收等级和评定等级（记录等级）也保持一致，分别是Φ3-0dB、Φ3-6dB、Φ3-10dB。为了便于显示的评定，可预先制作L>t时的DAC簇，如图1、图2所示，图中RL为参考等级线，AL为验收等级线，EL为评定等级线（也是记录等级线）。检测中对所有回波幅度超过EL线的显示按EL线绝对灵敏度法进行测长，得到指示长度L。当L>t时，所有回波幅度超过AL线的显示直接评定为不合格，而对于回波幅度超过EL线，但不超AL线的显示予以记录。

当L<t时，参考等级和评定等级只与验收等级有关，与显示的指示长度无关，测长线依然是评定等级EL线，因此无需调整已经做好的DAC簇，只是在对显示评定时注意允许的回波幅度放松了，同时出现了记录等级线。对于8mm≤t＜15mm的焊缝，验收等级线放松的6dB。对于15mm≤t＜100mm的焊缝，指示长度L≤0.5t时，验收等级线放松了10dB；指示长度0.5t＜L≤t时，验收等级线放松了4dB。如表2Φ3横孔技术的验收等级2和验收等级3

表2Φ3横孔技术的验收等级2和验收等级3

评定时，对于回波幅度超过验收等级线的显示，直接评定为不可验收，对于回波幅度超过记录等级线而不超验收等级线的显示应记录，所有被记录的显示应参与群显示和累积长度的评定。

结束语：

综上所述，在钢结构无损检测过程中有效应用超声检测技术，可以实现对焊缝中存在缺欠的有效发掘，确保钢结构的质量性能，进而为建筑工程事业的发展奠定良好基础。在实际无损检测过程中需要对超声检测技术的运用提高重视度，对其技术原理进行深入分析，明确当前钢结构中常见问题类型，进而提升检测技术应用有效性，确保工程建设质量。

参考文献：

[1]徐晶晶.超声波检测钢结构焊缝中伪缺陷波的判别[J].工程建设标准化，2016（7）.

[2]GB/T11345-2013焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定[S].

[3]GB/T19418-2003钢的弧焊接头缺陷质量分级指南[S].

[4]GB/T29712-2013焊缝无损检测超声检测验收等级[S].

[5]GB/T29711-2013焊缝无损检测超声检测焊缝中的显示特性[S].

[6]丁兵.GB/T29712-2013标准解析[J].无损检测.2015.37（5）