超声波探伤在建筑钢结构检测中该如何利用？

摘 要:建筑钢结构构件需焊接加工制作完成,其焊缝内部质量情况直接影响着构件的质量。超声波探伤(Ultrasonic Testing,简称UT)是无损检测中利用比较广泛的探测内部缺点的方法。本文侧重论述超声波探伤在建筑钢结构中检测焊缝内部缺点的利用。

关键词:建筑钢结构;焊缝内部缺点;超声波探伤

1 建筑钢结构焊缝类型及焊缝内部缺点

钢结构具有自重轻、抗震性能好、工业化程度高等1系列优点,已广泛利用于工业厂房、运动场馆等工业及民用建筑。如:厦门国际会展中心、厦门航空港货运中心等等许多重要的工程,都采取了钢结构建筑体系。

1.1 焊缝类型及剖口型式

建筑钢结构体系主要有两种:门式钢架体系和网排挤间结构体系,其中以门式钢架体系占多数。

其焊缝类型主要有对接焊缝和T型焊缝两种。对接焊缝是指将两母材置于同1平面内(或曲面内)使其边沿对齐,沿边沿直线(或曲线)进行焊接的焊缝;T型焊缝是指两母材成T字形焊接在1起的焊缝。

为了保证焊缝部位两母材在施焊后能完全熔合,焊接前应根据焊接工艺要求在接头处开出适当的坡口,钢结构焊缝常见的坡口情势主要有I型(薄板对接)、V型(中厚板对接)、X型(厚板对接)、单V型(T型连接)和K型(T型连接)等。

1.2 常见内部缺点

由于在焊接进程中受焊接工艺、环境条件等因素的影响,钢结构焊缝不可避免地会产生内部缺点。常见的内部缺点有气孔,夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等。在缺点性质上,单个气孔、点状夹渣属1般缺点,对焊缝整体强度度影响较小;群状气孔或不规则状夹渣、未焊透、未熔合、裂纹属严重缺点,会严重下降焊缝整体强度等性能。

2 超声波探伤方法原理及分类

超声波探伤是利用超声波经过不同的介质产生反射的特性。超声波通过构件检测表面的耦合剂进入构件,在构件中传播,碰到缺点或构件底面就会反射回至探头,根据反射波在超声波探伤仪荧光屏中的位置及波幅高度便可计算出其位置及大小。

根据波形显示的不同,超声波探伤仪分为A型、B型、C型,常见的是A型脉冲反射式探伤仪。

3 超声波探伤在建筑钢结构中的利用

由于超声波探伤具有灵敏度高,装备轻便,操作方便,探测速度快,适合高空作业等优点,因此广泛利用于建筑钢结构焊缝内部质量的检测。

笔者从事建筑钢结构检测近10年,具有相当丰富的钢结构现场检测实践经验,现就超声波探伤在建筑钢结构焊缝内部质量检测中的利用总结以下:

3.1 超声波探伤的主要要求

3.1.1探伤人员的要求

探伤人员必须获得相应检测方法的等级资历证书,3级为最高,2级次之,1级为最低。

3.1.2.探测面的选择

根据构件的形状,焊接工艺、可能产生的缺点部位及缺点的延展方向及焊缝要求的经验等级等来选取探测面。

3.1.3探头频率及角度(K值或折射角β)的选择

探头频率高,衰减大,穿透力差,不宜用于厚板构件焊缝的检测。但频率高,分辨率高,因此在穿透能力允许下,频率选的愈高愈好。1般选用2~5MHz探头,推荐使用2~2.5MHz探头。

探头角度1般根据材料厚度,焊缝坡口型式及预计主要缺点种类来选择,由于建筑钢结构的板材厚度1般不大,推荐使用K2.0(β60°)或K2.5(β70°)。

3.1.4耦合剂的选择

必须具有良好的透声性和适合的活动性,对材料和人体无害,且价廉易取,建议使用洗洁精。

3.2 超声波在焊缝内部缺点检测中利用

3.2.1 对接焊缝的探伤方法

(1)初探

将已调好的DAC曲线探伤灵敏度提高4～6dB,使评定线位于示波屏20%高度以上,调好补偿增益(1般为4dB),用锯齿型、平行、斜平行扫查法,斜探头快速扫查整条焊缝,密切注视示波屏上的所有回波信号,1旦发现有波幅超过评定线的可疑回波立即在焊缝相应部位做出标记,为下1步缺点定量测长做准备。

首先进行锯齿型扫查,锯齿型扫查是有效发现焊缝常见缺点特别是纵向和斜纵向缺点的主要方法,也是斜探头检测焊缝的基本方式。

为检测焊缝+熔合区+热影响区中可能出现的横向或斜横向缺点,还应当使用斜平行和平行扫查两种方式,前者适用于带有余高的焊缝,后者适用于余高被磨平的焊缝。斜平行扫查是探头在焊缝余高两侧,前端面倾斜朝向焊缝放置,其中心轴线同焊缝方向呈10°～15°夹角,沿焊缝边沿作两个方向的斜平行扫查(前进同时探头本身做10°～15°的转动)图l。平行扫查是探头在焊缝上沿焊缝方向作两个方向的平行扫查(前进同时作10°～15°的转动)。

图1 斜平行扫查

以上3种扫查方法是斜探头探测对接焊缝的基本扫查方法。它们必须相互结合,互为补充。不管采取那种扫查方式,扫查速度都应≤l 50 mm/s,相邻两次探头移动间隔保证最少有探头宽度10%的堆叠。以便最大限度地发现缺点,避免漏检。

(2)精探

扫查方法同前,但速度较慢。对第1遍探测作出标记的部份进行仔细探测,找出真正缺点的最高回波,并对其定位、定长,做好记录。精探时,要综合采取前后、左右、转角、环绕等4种基本探测方式。针对已发现的目标缺点,精探通常又分以下5个步骤进行:

①找到目标缺点最大回波并肯定回波所在区域。 粗查时为了发现缺点采取较高的灵敏度,此时应对回波进行定区,即判定它所属的是DAC曲线上Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ哪一个区,原则上Ⅰ区以下的缺点不作记录和评定(如果是凭经验怀疑为裂纹等危害性缺点特点回波,则应采取改变探头K值、增加探测面、视察动态波形等措施做进1步分析探测),当回波在Ⅱ、Ⅲ区时须继续进行步骤②和③。

②对目标缺点定位和排除伪缺点根据最高回波在示波屏上对应的水平和垂直距离肯定目标缺点所在的实际位置,判断其水平位置在检测区(焊缝+熔合区+热影响区)以外或以内;若以外,则排除焊缝内缺点;若以内则初步判定为缺点,应根据其垂直距离并利用K值判定回波对应的实际深度和水平距离。

③缺点定量 (测长)和记录当缺点反射波只有1个高点,且位于Ⅱ区或Ⅱ区以上时,则采取6dB法进行测长。当缺点反射波峰值起伏变化有多个高点时,应分别找到左右两真个最高回波,按端点6dB法进行测长。当反射波峰位于Ⅰ区认为有必要定量记录时,将探头左右移动使波幅分别降到评定线处为端点,此两端点之间的距离即为缺点唆使长度。

应详细记录以上所述的回波信息,需要返修时应在焊缝上做出标记。

(3)复探

复探是对前两遍探测结果的复核和校验,这时候探测方法基本同前,但速度稍快。

3.2.2 T型焊缝的探伤方法

T型焊接接头的坡口情势主要有单边V塑和双单边V型(K型),如果采取埋弧自动焊工艺,厚度14 mm以下焊接接头也能够不开坡口,但须留出配合间隙,1般称这类情况为Ⅰ型坡口。

T型焊缝的检验方法除平板对接接头的3遍探伤法外,对T型焊缝还要选择以下探测方式(图2):

图2 T型焊缝探头

①采取斜探头(位置1和2)在腹板1侧利用1、2次波进行探伤。

②采取直探

头在翼板外侧沿焊缝探伤(位置3)。

探测位置示意图

③采取斜探头利用1次波在翼板外侧探伤(位置4)。

④采取K1斜探头利用2次波在翼板内侧探伤(位置5)。

1般优先选用小晶片高频率大K值。在位置1可以扫查到焊缝中部及以上截面。在位置2可以扫查到焊缝中部及以下截面。大部份缺点如气孔、夹渣、未焊透、未熔合和纵向或斜纵向裂纹等都可以有效地探出。但偶尔也由于角度等缘由,有部份根部未焊透漏检的情况。<