深圳T3航站楼钢结构工程钢管焊接接头超声波探伤

摘 要：本文主要探讨了深圳T3航站楼空间钢网架结构钢管焊接接头超声波检测的有关技术问题。文中涉及到该工程特点的介绍，超声波探伤方法的选择，检测结果分析，有关缺陷的规律性的总结。

Abstract: This article discusses the Shenzhen T3 terminal space steel truss structure weld technical questions about ultrasonic testing. In this paper, the characteristics related to the project description, ultrasonic flaw detection method selection, test result analysis, the summary of the regularity of defects.

关键词：钢结构、钢管、焊缝、超声波探伤、探头、声程、灵敏度、波型

Key words: steel structure、steel pipe、weld、ultrasonic inspection、probe、sound range、sensitivity、wave type

中图分类号：TU393.3 文献标识码：A文章编号：

1 引 言

上个世纪90年代以来，随着钢产量迅速增加，建筑物中钢结构和混合结构的应用越来越普遍，如高层、超高层建筑、工业厂房建筑、大桥、高架立交桥建筑、机场航站楼等网架结构。深圳宝安国际机场位于深圳市宝安区，是中国的第四大机场，也是地位重要的国内干线机场及区域货运枢纽机场。深圳宝安国际机场T3航站楼南北长约1128m，东西宽约640m，总建筑高度46.8m，总建筑面积19.5万，外形如同一飞鱼飘逸流畅，钢结构部分总用钢量约为4万吨，其中钢管占了很大的比例，规格多、数量大、涉及面广。钢管与钢管之间都是采用焊接的方式进行连接，检测方法的选择对于钢管焊接质量起到至关重要。本文着重对钢管焊接焊缝的超声波检测方法进行阐述。

2 钢管对接焊缝超声波探伤分析

探头K值（即倾斜角度）的选择对焊缝中缺陷的发现以及对缺陷的定位定量都很重要。而探头角度的大小在平板焊缝探伤中主要取决于被探工件厚度的变化，在钢管焊缝探伤中，除了与厚度有关还与钢管的曲率（t/D）有直接关系[1]。

2.1钢管相贯节点焊缝的主要特点

钢管相贯连接形式通常体现在钢管网架的管道布置。钢网架结构主要是用不同直径不同壁厚的钢管与钢管接、钢管与空心钢球、钢管与钢板等焊接而成。正如标准中描述的圆管相贯节点形式，对于通常采取的主管和支管焊接组成的结构，支管直接搭接在主管上形成椭圆形式的相贯结合面或结合线，主管的搭接部位一般不开设孔槽，支管的管口部位通常不开设坡口，随着主管与支管之间中线夹角的变化以及支管在同一个焊接区域搭接支管的数量不同。图1为典型钢管焊接形式。

此种焊接结构所形成的焊缝，通常表现为不规则的椭圆形状，由于焊接位置的变化和焊接操作难度，管与管之间的夹角较小时，其缺陷出现的几率就偏高，同时检测时也有相应的难度。常见缺陷主要有气孔、夹渣、未熔透、未熔合、咬边、裂纹等，气孔、夹渣为常见缺陷，裂纹、未熔透、未熔合虽然不常见，但危害及其严重。钢管网架的焊接质量主要满足强度、刚度和柔性要求，对于网架管道之间的焊缝甚至需要开展100%无损检测。

2.2 钢管的自身因素

焊管内、外表面曲率较大，容易造成声束的扩散，探伤的灵敏度降低。焊管的管壁薄，壁厚度相对公差较大，影响了对焊缝根部缺陷的判断。焊管的管面曲率较大以及管壁较薄，加上焊缝根部形状复杂，探伤过程容易产生变形波，表面波信号干扰了对真正缺陷的判断。

3 焊管探伤工艺的编制

3.1 标准试块

标准试块有以下作用：

（1）评价仪器与探头的综合性能；（2）测量探头声束折射角；（3）测量探头的前沿尺寸；（4）调整仪器扫描速度；（5）测定探头分辨力；（6）确定探伤灵敏度。

3.2 探伤工艺的编制

3.2.1 探头前沿尺寸与折射角的测定

焊管管壁的厚度相对公差较大，为了不影响缺陷的定位以及定性，有必要对探头的前沿尺寸与折射角作准确的测定。

3.2.2 探头角度的选择

见图2所示，为了计算的方便，以折射声束的外扩散边线与钢管内壁相切为最大的折射角，这时在AOC里， OC = r =D/2- t，其中：D为钢管外径，t为管壁厚度，AO= D/2。则：sinβ′=OC/AO=(D/2-t)/(D/2)=(D-2t)/D= 1-2t/D，所以t/D =1/2( 1- sinβ′)，式中β′=β+θ，θ为半扩散角。

由此公式看出，折射角β与钢管管径、管壁厚以及它们的比值(t/D)有关。同样厚度的平板焊缝和钢管焊缝探伤，计算出的探头K值是不一样的。探测钢管焊缝所选用的探头角度小于平板焊缝探头角度，这显然是由于曲率(t/D)的限制，为了保证折射声束到达钢管内壁，折射角度不可能选得太大，否则折射声束从钢管上表面仍射向钢管上表面(因为钢管是圆的)，很可能造成漏检和不必要的干扰。一般情况下，平板焊缝探伤工件厚度在20mm以下时，探头K值选在大于2.5以上，这在一些标准中也有规定。而钢管焊缝探伤基本按上述原则选择，壁厚在20mm 以下时，探头K值选在2～3.0为宜。

3.2.2 探伤灵敏度的选择

灵敏度是仪器在规定的范围内对最小缺陷的检出能力，是仪器的一项综合指标。灵敏度偏高、噪音大以及杂波较多将会影响对缺陷信号的识别；灵敏度偏低对小缺陷易漏检。焊管对接焊缝一、二次波探伤应考虑声程差、对声压的反射差。对试块的长横孔而言，一次波和二次波的声程灵敏度相差9dB。因此，一、二次波探伤应分别制定探伤的灵敏度。

4 缺陷的波型分析

4.1 气孔

在任何探头位置，缺陷波呈现单个尖锐回波，较稳定，超声波束扫查反射体时回波峰值平稳地升到平直部分，并保持一定范围，从各个方向探伤，波高均一致，且稍动探头，波就会消失，见图3，此种波型以气孔缺陷类型为主。

4.2 夹杂

在找到缺陷的最高波，该波型呈现锯齿状，波底宽，且根部有次波，此种波型以夹杂为主。由于夹渣内含有非金属头杂物，其声压反射率低。夹渣有一定棱角，条渣呈条状连续或断续分布；点渣回波有方向性。条渣多呈锯齿状，反射率偏低，根部较宽不清晰，好像树枝一样。随着探头的移动，夹渣各信号闪烁不定或幅度突变，见图4，此种波型以夹杂为主。

4.3 密集气孔

找到缺陷波最高的位置，若时基线上不同声程的反射波密集，波高不等，自各离散反射体的讯号显示的波形特征，见图5，该波有可能是密集型气孔。

5 结论

钢管焊缝内部大缺陷能用超声波检测，容易定位，定量和定性。关键是成群小缺陷的存在，在缺陷区域内造成超声波的衰减，使缺陷信号波型与结构噪声混杂，不易分辨[2]。本文主要介绍了深圳T3航站楼的整体概况，着重研究了钢管超声波探伤探头角度的选择、灵敏度的调节、以及最后缺陷波类型的分析。

参考文献：

[1] 薛永祥. 钢管焊缝超声波探伤探头角度及晶片尺寸的选择[J]. 焊管, 第22卷.第1期

[2] 蒋成君, 巨西民, 毛学莲. 钢管对接焊接超声波检测中缺陷的定性[J]. 内蒙古是有化工, 2010年第21期