超声波检测在钢结构焊缝的应用

[摘 要]钢结构在当代建筑中使用率已越来越高。采用无损探伤的手段对焊缝进行质量检验是确保钢结构工程质量的重要环节。本文结合现行钢结构工程施工及验收规范，对现场钢结构焊缝超声波检测的标准、探头的选择、缺陷波的识别、缺陷的定性及焊接质量等级的评定进行了论述。

[关键词]钢结构焊缝 超声检测

中图分类号：TG441.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0031-01

引言：近年来随着经济建设的持续高速发展，建筑物中钢结构和混合结构的应用越来越普遍，高层、超高层以及巨型建筑物；工业厂房建筑；大桥、高架立交桥建筑；体育和文化场馆的网架结构等。在这些建筑的施工过程中钢结构因其强度高、自重轻、整体刚性好、变形能力强；材料塑性、韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载；建筑工期短等特点得到日益广泛的应用。以及人们对大空间、大跨度的要求，采用焊接连接的钢结构也朝着大型化、复杂化、高容量、高参数方向发展，其工作条件也越来越苛刻，由焊接问题造成的事故也越来越频繁，事故的危害也越来越严重。故而，对于采用焊接连接的钢结构，提高和保证其焊接质量已成为当前焊接生产中的关键问题，与此同时国家质量技术监督部门也开始了对钢结构制造安装的监督管理。焊缝内部质量的优劣是保证结构整体质量的根本，必须进行相应等级的焊缝质量检测。

从事钢结构超声波检测的探伤人员必须具备一定的超声理论知识和丰富的实际操作经验，同时还应了解金属材料特性的物理化学性能、焊接工艺、可能产生的缺陷以及容易产生缺陷的位置等基础知识。才能采取正确的超声波检测工艺并对检测结果作出正确的判断。

一、钢结构工程中对探伤检测的要求

根据GB50205-2001《钢结构工程施工及验收规范》的规定，对一级、二级焊缝内部质量应进行超声波探伤检测，一级焊缝为100%探伤，即无论工厂制作焊缝还是现场安装焊缝，包含所有焊缝数量，每一条焊缝整条长度全部检测。二级焊缝的为20%探伤，需要注意的是这里的20%对应工厂制作焊缝和现场安装焊缝计数方法不一样。标准强调了探伤比例按每条焊缝长度的百分数计，且不小于200mm，而绝对不是构件焊缝总长度的百分数；这是保证每条焊缝质量的硬性规定。这一点在执行过程中往往得不到足够的重视。

焊缝超声波抽检分为两种情况，一是对制造厂质保体系具备探伤条件的，根据其企业内部检验报告进行抽样核实，其探伤比例为焊缝数量是20%。二是对制造厂质保体系不具备探伤条件的情况，或现场组装的钢结构焊缝，则应严格按照GB50205-2001规定探伤比例按每条焊缝长度的20%且不小于200mm进行检测抽查。

二、超声波检测标准

建筑钢结构的超声波检测经常接触的检测标准有以下两个：GB/T 11345-2013 《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法》、JG/T 203-2007《钢结构超声波探及质量分级法》，但是这两个标准分别有不同的侧重点：

㈠ GB/T 11345-2013《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法》标准侧重于母材厚度不小于8mm的铁素体类钢全焊透熔化焊缝，不适用于铸钢及奥氏体不锈钢焊缝；外径小于159mm的钢管对接焊缝；内径小于等于200mm的管座角焊缝及外径小于250mm和内外径之比小于80%的纵向焊缝。

㈡ JG/T 203-2007《钢结构超声波探伤及质量分级法》标准侧重于球节点网状结构中钢管与相贯球节点焊接接头以及钢管对接焊缝的超声波检测。该标准规定了管节点用斜探头接触法超声波检测及评定质量的分级方法，同时还规定了建筑钢结构和钢建建筑物等即板节点用超声探伤，以及根据超声探伤结果进行质量分级的方法。

三、探头的选择

探头的选择也对探伤检测的准确性有很大的影响。探伤检测应根据母材厚度、焊缝坡口形式等因素选择不同K值的探头。常用的探头K值有1.0、2.0、2.5，频率在2.5MHz～5.0MHz。当母材厚度在8～25mm之间，宜选用K2.5的探头；当母材厚度在25～50mm之间，宜选用K2.0的探头；当母材厚度大于50mm时，宜选用K1.0的探头。

四、探伤检测的步骤

探伤检测前，可以先通过结构图纸了解到被检构件的材质、厚度、曲率、焊接方法、焊缝等级、坡口形式等实际情况。根据实际情况选择出对应的K值探头，制作出相应的DAC曲线。

提前对被检焊缝两侧母材表面进行处理，将焊渣、飞溅、混凝土、油污等杂质打磨掉，漏出金属光泽的面层，打磨宽度一般为2.5倍的K值和母材厚度的乘积。

耦合剂应选用具有良好透声性和适宜流动性，不应对材料和人体有损伤作用，同时应便于检测后的清理的材料。工业浆糊因其粘度、流动性、附着力适当，对构件和人体无害，价格便宜，配置方便，耦合效果比较好成为比较常用的耦合剂。

探伤过程中，扫查速度不应大于150mm/s，相邻两次探头移动区域应保持有探头宽度10%的重叠，避免漏检。在查找缺陷时，扫查方式常用锯齿形扫查，锯齿形扫查能有效发现焊缝中常见缺陷，尤其是纵向和斜纵向缺陷，也可选用斜平行扫查和平行扫查。为确定缺陷的位置，还可采用前后、左右、转角、环绕等四种探头扫查方式。

四、缺陷波的识别

在检测过程中，示波屏上常除了出现由缺陷引起的发射波外，还会出现一些有焊缝表面不规则形状引起的反射讯号，折现非缺陷反射信号主要由焊角反射、咬边反射及沟槽反射等引起。要正确的对焊缝质量进行判定，必须把缺陷波与焊缝表面不规则形状引起反射波区分开来。咬边属于焊缝表面缺陷，一般有一定长度，可通过表面检查加以判别。焊角反射和沟槽反射可通过反射波在示波屏上的位置计算得到水平距离和垂直距离，与焊角和沟槽的位置相同而加以判定。并可以用手指沾油在焊角和沟槽处轻轻敲击，如反射波高度随着敲击而降低，则可以判定反射波是由于焊角和沟槽反射引起的，否则则为缺陷反射引起。

五、缺陷性质的判断

焊缝中常见的缺陷主要有气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹。根据缺陷波的大小、位置、探头运动时波幅变化的特点，结合工艺情况，可以对缺陷的性质进行大致的判断。

气孔一般产生于引弧和收弧处，在我们的实际工作中，发现一些制造单位不严格按焊接工艺施工，不加引弧板和收弧板，在这种情况下，焊缝两端的问题较集中。气孔缺陷探头稍一移动，波形即消失；从各方向探测，可得到大致相同的反射波，反射波一般不高。

夹渣一般波幅也不高，但从各方向探测时，缺陷波高各不相同，探头沿焊缝方向移动时，反射波波幅上下起伏不定。

未焊透的位置根据坡口型式的不同，一般出现在焊缝中部、焊缝两侧和焊根部。未焊透有一定长度，反射波幅较高，且从焊缝两侧探伤时，能得到大致相当的反射波高。

裂纹一般呈线状或面状，反射明显。探头沿焊缝方向移动时，反射波不会很快消失；探头转动时，多波峰的最大值交替错动。

未熔合一般出现在焊缝坡口位置或多层焊的层焊缝两侧间位置。坡口未熔合的反射波在两侧检测时，反射波波幅在两侧明显不同。层间未熔合反射波与夹渣的反射波相似，从各方向探测时，缺陷波高各不相同，探头沿焊缝方向移动时，反射波波幅上下起伏。

六、焊接质量等级的评定

超声检测时，应对焊接质量等级进行判定，依据缺陷缺陷性质、缺陷反射波波幅和缺陷的指示长度进行评定评定。

1、最大反射波幅不超过评定线（未达到Ⅰ区）的缺陷均评为Ⅰ级。

2、最大反射波幅超过评定线不到定量线的非裂纹类缺陷均评为Ⅰ级。

3、最大反射波幅超过评定线的缺陷，检测人员判定为裂纹、等危害性缺陷时，无论其波幅和尺寸如何均评定为Ⅳ级。

4、最大反射波幅位于Ⅲ区的缺陷，无论其指示长度如何，均评定为Ⅳ级

5、最大反射波幅位于Ⅱ区的非危险性缺陷，根据缺陷指示长度按照标准规定进行评级。

七、结束语

了解上述钢结构焊缝超声波探伤的知识，对我们的实际检测工作有很大帮助。正确理解标准，选用适宜的设备，熟悉常用缺陷的特性，能避免漏检误判，提高我们检测的准确性。

参考文献

[1] GB50205-2001《钢结构结构施工质量验收规范》.

[2] GB11345-2013《钢焊缝手工超声波探伤方法和探结果的分级》.

[3] GB50017-2003《钢结构设计规范》.

[4] JG/T 203-2007 《钢结构超声波探伤及质量分级法》.

[5] 郑晖，林树青.超声检测[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2008.