超声波探伤技术在钢结构检测中的应用

摘  要：随着当代建筑技术日新月异的发展，钢结构在当代建筑中使用率越来越高。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。本文从规范规定的焊缝等级、相应检测的类别、评判标准及缺陷特性等方面对钢结构超声波无损探伤做了初步探讨。

    关键词：钢结构  检测  焊缝  超声波无损探伤
    随着当代建筑技术日新月异的发展，建筑结构体系的种类不断的朝轻质、高强的方向发展，钢管混凝土结构、钢结构在当代建筑中使用率越来越高。尤其是在厂房建设及设备安装中更是大量使用钢结构。而焊接作为钢结构的主要连接方式之一，直接影响钢结构的施工质量，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。

    钢结构无损探伤包括超声检测（UT）、射线检测（RT）、磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）和涡流检测（ET）等五种检测方法。超声检测是目前应用最广泛的探伤方法之一。超声波的波长很短、穿透力强，传播过程中遇不同介质的分界面会产生反射、折射、绕射和波形转换。超声波像光波一样具有良好的方向性，可以定向发射，犹如一束手电筒灯光可以在黑暗中寻找目标一样，能在被检材料中发现缺陷。超声波探伤能探测到的最小缺陷尺寸约为波长的一半。超声波探伤又可分为反射法和穿透法。穿透法的灵敏度不如反射法，因而在实际探伤中一般采用反射法来进行钢材缺陷探伤和焊缝探伤，即根据缺陷反射回波声压的高低来评价缺陷的大小。

    从焊缝本身来说决定焊缝质量的因素主要有3方面，分别是焊缝内部缺陷、焊缝外观表面缺陷以及焊缝尺寸。因此，焊缝质量等级就存在着两重含义，其一是针对焊缝内部缺陷检验，其二是针对焊缝外观表面缺陷检验。但目前绝大部分情况是设计者只进行笼统的规定，如“该焊缝质量等级为二级”，此时正确的理解是“焊缝内部缺陷按二级检验，外观缺陷也按二级检验。”对于需要进行疲劳验算的构件如吊车梁，其中某些部位的角焊缝，虽然不进行内部缺陷的超声波探伤（三级焊缝），但其外观表面质量等级应为二级，所以笼统地说“角焊缝都是三级焊缝”就有失全面。下面就超声波无损探伤在钢结构鉴定检测中的应用，结合相关规范作以下初步探讨：

一、检测资料及检测报告的种类
    在房屋具备相关资料的情况下，我们进行鉴定检测就应结合相关资料及检测数据对其进行综合评价。委托单位提供的相关资料往往包括施工单位自检、见证检测及第三方检测三种。针对以上三种资料，其相应的要求通常可归纳为表一所列：
如果以下检测资料审查不合格或现场抽样检查不达标的情况下，就应结合可靠性鉴定标准、钢结构工程施工质量验收规范等国家相关规范，对该项目进行进一步的检测。

二、焊缝无损检测的检验等级：
    根据《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB11345-89规定，超声波检验等级分为A、B、C三个级别：
    A级检验采用一种角度的探头在焊缝的单面单侧进行检验，只对允许扫查到的焊缝截面进行探测。一般不要求作横向缺陷的检验。母材厚度〉50mm时，不得采用A级检验。
    B级检验原则上采用一种角度探头在焊缝的单面双侧进行检验，对整个焊缝截面进行探测。母材厚度〉100mm时，采用双面双侧检验。受几何条件的限制可在焊缝的双面单侧采用两种角度探头进行探伤。条件允许时应作横向缺陷的检验。
    C级检验至少要采用两种角度探头在焊缝的单面双侧进行检验。同时要做两个扫查方向和两种探头角度的横向缺陷检验。母材厚度〉100mm时，采用双面双侧检验。其他附加要求是：1．对接焊缝余高要磨平，以便探头在焊缝上作平行扫查；2．焊缝两侧斜探头扫查经过的母材部分要用直探头作检查；3．焊缝母材厚度≥100mm，窄间隙焊缝母材厚度≥40mm时，一般要增加串列式扫查。

三、建筑结构焊缝无损探伤检验具体要求：
    1．设计要求全焊透的焊缝，其内部缺陷的检验应符合下列要求：
1)一级焊缝应进行100%的检验，其合格等级应为《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB11345-89中B级检验的Ⅱ级及Ⅱ级以上；
    2)二级焊缝应进行抽检，抽检比例20%，其合格等级应为《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB11345-89中B级检验的Ⅲ级及Ⅲ级以上；
    3)全焊透的三级焊缝可不进行无损检测。
    2．焊接球节点网架焊缝的超声探伤及缺陷分级应符合《焊接球节点钢网架焊缝超声波探伤及质量分级法》JG/T3034.1-1996的规定。
    3．螺栓球节点网架焊缝的超声探伤及缺陷分级应符合《螺栓球节点钢网架焊缝超声波探伤及质量分级法》JG/T3034.2-1996的规定。
    4．圆管T、K、Y节点焊缝的超声波探伤方法及缺陷分级应符合《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002的规定。

四、焊缝缺陷的评定等级
    缺陷的大小确定以后，要根据缺陷的性质和指示长度结合有关标准的规定评定焊缝的质量级别。
    超声波检验焊缝内部缺陷的评定等级分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级，其中Ⅰ级质量最高，Ⅳ级质量最低。
    根据在标准试块上绘制的距离波幅曲线，对比焊缝中缺陷最高回波的位置、和缺陷性质判断焊缝等级。对于最大反射波幅不超过距离波幅曲线中评定线的缺陷，均评定为Ⅰ级；最大反射波幅超过评定线的缺陷检验者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；反射波幅位于Ⅰ区的非裂纹性缺陷，均评定为Ⅰ级；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。最大反射波幅位于Ⅱ区的缺陷，跟具缺陷指示长度，具体分类见表二：

五、焊缝检测记数规则及合格评定
    1．焊缝内部缺陷无损检测记数规则  一级焊缝探伤比例100%，即全数探伤；二级焊缝探伤比例20%，对于工厂制作焊缝，应按每条焊缝长度计算比例，且探伤长度≥200mm，当焊缝长度≤200mm时，应对整条焊缝进行探伤；对于现场安装焊缝，应按同一类型、同一施焊条件的焊缝条数计算比例，探伤长度应≥200mm，并应不少于1条焊缝；三级焊缝不要求进行内部缺陷的无损探伤。
    2．焊缝处数的记数方法  工厂制作焊缝长度≤1000mm时，每条焊缝为1处，长度>1000mm时，将其划分为每300mm为1处，现场安装焊缝每条焊缝为1处。
    3．抽样检验的合格判定  抽样检查的焊缝数如不合格率<2%时，该批验收应定为合格；不合格率>5%时，应加倍抽检，且必须在原不合格部位两侧的焊缝延长线各增加1处，如在所有抽检焊缝中不合格率≤3%时，该批验收应定为合格，>3%时,该批验收应定为不合格。当批量验收不合格时，应对该批余下焊缝的全数进行检查。

六、焊缝中常见缺陷的类型及其在超声探伤中的识别
    焊缝中常见的缺陷主要有气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等几种，他们各自的回波均有其特性。
    1．气孔
    气孔是在焊接过程中焊接熔池高温时吸收了过量的气体或冶金反应产生的气体，在冷却凝固之前来不及逸出而残留在焊缝金属内所形成的空穴，多呈球形或椭球形。气孔可分为单个气孔和密集气孔。单个气孔回波高度低，波形较稳定。从各个方向探测，反射波高大致相同，但稍一移动探头就消失。密集气孔为一簇反射波，其波高随气孔的大小而不同，当探头作定点转动时，会出现此起彼落的现象。
    2．夹渣
    夹渣是指焊后残留在焊缝金属内的熔渣或非金属夹杂物，夹渣表面不规则。夹渣分点状夹渣和条状夹渣。点状夹渣的回波信号与点状气孔相似。条状夹渣回波信号多呈锯齿状。它的反射率低，一般波幅不高，波形常呈树枝状，主峰边上有小峰。探头平移时，波幅有变动，从各个方向探测，反射波幅不相同。
    3．未焊透
    未焊透是指焊接接头部分金属未完全熔透的现象。一般位于焊缝中心线上，有一定的长度。探伤中探头平移时，未焊透波形较稳定，焊缝两侧探伤时，均能得到大致相同的反射波幅。
    4．未熔合
未熔合主要是指填充金属与母材之间没有熔合在一起或填充金属层之间没有熔合在一起。未熔合反射波的特征是：探头平移时，波形较稳定。两侧探测时，反射波幅不同，有时只能从一侧探到。
    5．裂纹
    裂纹是指在焊接过程中或焊后，在焊缝或母材的热影响区局部破裂的缝隙。一般来说，裂纹的回波高度较大，波幅宽，会出现多峰。探头平移时，反射波连续出现，波幅有变动；探头转动时，波峰有上、下错动现象。
    例：我站监督的昆明某钢结构施工工地，对其钢梁与钢柱对接焊缝、钢柱与钢柱对接焊缝进行超声波探伤检测，钢柱规格为900×900×40mm的方柱，钢梁规格为700×300×14×20mm的H型钢柱，
    以上是个人在超声波无损检测中结合相关规范总结的一些看法，写出来与大家共同探讨，不当之处还望各位同行不吝赐教。
参考文献
［1］《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001 ;
［2］《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》11345-89;
［3］《钢结构超声波探伤及质量分级法》JG/T203-2007。