建筑钢结构焊缝检测中超声波无损检测技术的应用

建筑钢结构焊缝检测中超声波无损检测技术的应用

陈泰俊

珠海市建设工程质量监测站       广东省珠海市         519000

摘要：为解决建筑钢结构焊接病害频发问题，减少夹渣、气孔、裂纹等微小缺陷带来的不利影响，保障钢结构稳固性与安全性，文章简要阐述建筑钢结构常见的焊缝缺陷，明确其表现及衍生诱因，指出病害发生可能会造成失稳、开裂等状况，在此基础上归纳检测应用思路，引入某工程焊接检测实例说明要点，从仪器调试选型、探头规格选择、测区及扫查方式设定等方面给出建议。

关键词：建筑钢结构；焊缝检测；超声波无损检测

前言：超声波检测技术具有鲜明的高效性、无损性特征，可以在专用探头的帮助下，向待检材料发射超声波，并以超声仪为依托接收、放大反射波和折射波，形成可视化的波形曲线，根据走向情况、波峰波高等，即可得到缺陷类型及严重程度。与传统检测方法相比，其指向性更好，声速、衰减乃至阻抗特性等均可以作为分析推测依据，因此得到了十分广泛的应用，有必要就其应用要点、思路进行深入探究。

1建筑钢结构常见焊缝缺陷

作为现代化新兴建筑体系，钢结构采用工厂预制、现场安装的施工组织方式，可以显著缩短施工周期，减少现场污染隐患，保障强度及抗震性能，因此得到了诸多建筑工程的青睐和应用。但伴随钢结构推广普及，很多潜在的技术隐患也逐渐暴露出现，焊缝缺陷就是其中典型例证，严重影响了结构整体性和稳固性，常见病害主要有以下几类：（1）裂纹，主要由母材受热不均引发，熔融金属在焊缝加热影响下，冷凝收缩并产生局部拉应力，当各地应力差异过大时，就会出现非连续性裂纹缺陷，对结构整体性影响极大。（2）未焊透，多发生在坡口、根部区域，是由母材未完全熔化引发，坡口角度过小、根部间隙过于狭窄，热量传达受阻严重，因此产生未焊透问题。（3）夹渣，发生在熔池形成至冷凝的过程中，熔渣嵌入熔池且浮出困难，因而留在焊缝当中，影响了焊接质量和平整度，夹渣类型较为多样，氧化物、硫化物均是常见种类。（4）气孔，分为多孔性和虫形气孔，区别在于二者形态差异较大，但均是由焊条干燥性不足、电弧保护过差等引发，有必要借助超声波检测技术进行识别鉴定。

2建筑钢结构焊缝检测中超声波无损检测技术应用要点

2.1合理选择设备材料

超声波检测环节要重点考虑设备材料问题，根据工件尺寸、焊接工艺等，确定K值、入射点，调节好时间基线，大K值探头单次扫查范围较广，但可能会加剧表面波干扰，小K值探测范围过窄，又会加大工作量，因此要结合检测等级、构件厚度等进行合理设计。此外，耦合剂也是超声波检测中极为关键的辅助材料，能够间接决定声强、透射率等参数高低，现阶段可用的耦合剂种类十分多样，甘油、机油，以及化学糨糊等均是常见类型[1]。对于自动化检测系统来说，更推荐以洁净水为耦合剂，可以起到降低成本、提升流动性的作用；对于检测量较小的工程，则可优先使用甘油，以达到提高声阻抗、优化耦合效果的目标；常规工程中，对机油耦合剂的应用范围更加广泛，机油本身附着力适中，且湿润性、黏度均符合要求，价格成本也较为合理，能够较好地满足差异化检测需求。

2.2明确检测流程及方案

焊缝质量缺陷较为多样，产生的影响、病害类型也存在较大差异，检测环节要重点明确流程指标，从如下三方面落实检测需求：（1）尺寸检测，主要测量焊缝余高、错边情况，重点关注焊脚部分，确保实测值误差满足设计标准。（2）外观质量检查，要对焊缝表面进行系统观测，重点排除裂纹、焊瘤以及凹坑情况，排除表层病害后进行适当修整，并依据方案均匀涂抹耦合剂，其与的油垢、锈蚀杂质等，同样要打磨干净，检测粗糙度控制在6.3μm以下。（3）超声波内部探伤，检测区宽度应包含整个焊缝，向外扩展30%左右区域，区域宽度维持在5～10mm，若使用一次反射法检测，探头移动区要适当扩大，不超过跨距的1.25倍，若采用直射法检测，则要保证在0.75倍跨距之内。

2.3科学开展缺陷性质评判

超声波检测技术性能优良，通过反射放大后的波形、波幅资料，即可以间接推断出焊缝缺陷类型和病害程度，注意做好定性分析和推断，加强对假讯号波的识别和区分。常见的假讯号波比如探头杂波、仪器杂波等，多由调试不到位引发，但杂波多固定在同一部位，并不会随探头移动而改变，因此相对容易识别。部分情况下还会发生耦合剂反射杂波，这是由耦合剂堆积引发，探头移动环节波形起伏异常，波幅变化极大，但擦除多余耦合剂后，异常现象会立即消失。采集到波形、波幅信号后，科学开展判定分级，对于非危险性缺陷，最大反射波幅多出现在DAC曲线Ⅱ区，此时要着重关注缺陷长度，如果长度未超过10mm限值，则可以按照5mm计算。若范围区间内，出现两个间距极小的缺陷（距离小于等于8mm），则以二者之和记录指示长度，同时比较波幅、评定线相对位置，并根据情况确定等级，对于不合标准的缺陷，要及时进行加固返修，防止病害影响结构稳定性。

3建筑钢结构焊缝检测中超声波无损检测技术应用实例

3.1工程概况

为直观说明建筑钢结构焊缝检测要点，本文引入广东省某案例工程实况辅助阐述，工程性质为钢结构车间，总占地面积约2.46万m2，选取1#车间梳理钢结构焊缝检测流程，结构跨度26m，采用预制钢构件组织形式，主要构件内容有钢柱、预埋件、桁架等，柱体采用Q345GJB材料，涵盖箱型、T型构件，主要采用埋弧自动焊、二氧化碳保护焊方式连接安装。

3.2仪器调试

对现场情况进行调查分析后，选用了A型脉冲及反射式探伤仪，按照计量检定方法严格检查核校，能够满足精准性需求，配备可调式声波探头，规格为1～6MHz，调节过程中单个档位为1～2dB。选取有机玻璃试块进行检测，结果发现仪器能够分别不同直径试块峰值，分辨能力比较有保障。考虑到需要同时对箱型、T型构件进行探伤检测，因此选择了两种不同类型的探头，直探头可以发射纵波，直径在10～30mm之间，额定频率1～5MHz，斜探头则负责发射横波，K值分为4个等级，分别是1.0,1.5,2.0和2.5，实测值偏差不超过±0.1，正式检测环节以4h为周期，定期开展校准和检测，所有的偏离角、K值等参数均要在合理范围之内。采用机油作为耦合剂，调试环节与后续检测环节所用耦合剂一致。

3.3扫查方式

根据要求将检验等级设为B级，K值及测区的选择要结合腹板厚度分析，对于厚度在25mm及以内的板材，可以选择单面单侧探伤，K值选定为2.5，对于厚度在25～50mm的板材，则必须双面单侧探伤，K值设定为2[2]。箱体角接头探伤环节，统一选用单面单侧探伤方案，K值要求与T型接头一致。验收环节严格遵照GB 50205-2020要求。部分箱型构件中，会涉及到内隔板电焊问题，可以采用直探头法调大声程进行测量[3]，检测方向垂直与焊缝，以两端位置为基准，各延伸50mm范围保障扫查全面性。注意合理控制扫查速度，本次检测过程中，规定上限为150mm/s，前后扫查区域之内应当保持一定的重叠，以探头宽度的15%为佳，整个过程动态监测分析，以便及时找到缺陷位置，扫查手法较为多样，可以在锯齿形方式的基础上，综合采用环绕、转角等方法，科学分析缺陷指示长度。本工程检测过程中，最大反射波幅出现在Ⅱ区，且指示长度不足10mm，因此最终按照5mm计量和记录。

结论：综上所述，超声波检测技术综合性能优良，可以在无损条件下完成多种缺陷类型的判定识别，效率高且穿透性强，在多种钢结构类型中均有广泛应用，实践环节要正视其优越性，科学选择探头类型与K值，结合焊接工艺、板材厚度等优化参数，同时科学选择测区，提前清理探伤面杂物，做好后期的缺陷识别和定性分析，最大限度排除焊接质量隐患，保障钢结构安全稳固性能。

参考文献：

[1]曹国梁.超声波探伤技术在钢结构无损检测中的应用[J].黑龙江水利科技,2021,49(04):202-203.

[2]韩军.超声波探伤在钢结构检测中的应用分析[J].设备管理与维修,2020(04):160-161.

[3]丁爱香.超声波无损检测技术在建筑钢结构焊缝检测中的应用[J].建材与装饰,2019(19):63-64.