浅谈超声波探伤技术在钢结构焊接中的应用

发布时间：2012-11-28 09:11:23更新时间：2012-11-28 09:13:09 1

摘要：近年来，我国经济建设的步伐日益加快，越来越多的钢结构工程建立起来。为了提高钢结构焊接的质量，超声波无损探伤技术的应用越来越广泛。本文结合当前钢结构工厂化预制与现场焊接的状况及施工验收验收规范，对超声波探伤技术的原理进行分析，并提出其具体应用。

关键词：超声波探伤;钢结构;焊缝

由于钢结构具有重量轻、强度高、刚度大等特征，目前已在炼油、石油化工、建筑、桥梁、场馆、水电等工程中广泛应用。在制作并安装钢结构过程中，需要通过焊接工艺来实现，而超声波探伤技术作为确保钢结构焊接质量的根本保障，当前在钢结构产品中的应用广泛。以下将对具体内容进行分析与阐述。

一、超声波探伤技术的特征与应用范围

1、超声波探伤技术的特征

所谓超声波，主要指超声振动通过介质进行传播，实际上就是在弹性介质中，以波动形式进行的机械振动，其振动频率大于20KHz。通过应用超声波探伤技术，可检测厚度大的钢结构材料，其检测速度快、成本低，可准确定位、定量缺陷，对人体不会产生任何危害，同时提高大面积缺陷的检测效率。因此，当前超声波探伤技术已成为无损检测的主要途径，在钢结构生产实践中广泛应用。超声波探伤技术在钢结构焊接中的应用，具体特点分析如下：

①当超声波处于介质中，一旦遇到界面拦截，就会产生反射;

②超声波的传播力度较大，对钢结构产生较强的穿透力;

③超声波的振动频率越高，指向性就越好;

④超声波的衰减、声速、阻抗等特征，给超声波的运用提供了更多信息。

2、超声波探伤技术的应用范围

当前，超声波探伤技术的应用广泛，尤其在工业无损检测中发挥重要作用。超声波探伤技术，可应用于各种钢结构的轧制件、锻件、铸件、焊缝等;(以及)机械零件、电站设备、锅炉、船体、结构件等，也可应用超声波探伤技术。超声波探伤技术既可采取自动化方式，也可采取手动方式。以物理性能检验角度来看，利用超声波探伤技术，可检测材料的厚度、硬度、深度、液位、流量、晶粒度等参数。

二、钢结构焊缝的评定与检验

在钢结构的钢板中，一般要求应用超声波对全焊透的一级焊缝、二级焊缝进行探伤。如果应用超声波探伤难以做出准确判断，则采取射线探伤方式。实际上，超声波探伤并不是钢结构焊缝的唯一检验办法，如果难以确定缺陷，也可借助更多辅助探伤方法。

对于一级焊缝与二级焊缝，应用超声波探伤时，需先确定其评定等级和检验等级。一级焊缝的评定等级是Ⅱ级，二级焊缝的评定等级是Ⅲ级;一级焊缝的检验等级是B级，二级焊缝的检验等级也是B级。在实际进行超声波探伤检测过程中，其检验等级则分为A、B、C三个等级，一般钢结构中的焊缝超声波探伤采取B级检验。以下将对B级检验进行重点分析：

对于B级检验来说，原则上从某一角度，将探头在焊缝的单面实行双侧探测，同时检测整个焊缝的截面。如果钢材的厚度>0.1m，则采取双面双侧检验方式;由于受到几何条件的影响，可以在钢结构焊缝的双面单侧，采取分别两个角度的探头探伤;条件允许情况下，可以检验横向缺陷。一级焊缝的探伤比例是100%，二级焊缝的探伤比例是20%。有关探伤比例的具体计算方法为：工厂制作的钢结构焊缝，按照每条焊缝计算百分比，同时保持探伤长度>200mm;如果焊缝长度不足200mm，则需要整条焊缝探伤处理。现场制作的钢结构焊缝，应根据类型的不同而决定。相同施焊条件下，计算焊缝条数的百分比，探伤长度应200mm，且不少于一条焊缝;应该注意的是，在实际钢结构焊接的探伤应用中，很多检测人员经常出现失误。应该对工厂制作的焊缝进行逐一检测，可以按照每条焊缝长度的20%实行探伤，同时满足探伤长度的要求。对于在现场制作的钢结构焊缝，可以根据焊缝条数来计算准确的探伤比例，但也要满足探伤条数与长度的相关要求。

三、钢结构焊接缺陷的识别

对于焊缝中常见的几种缺陷，回波特性有所不同，现具体分析如下：

1、气孔

在钢结构焊接过程中，由于焊接池中的高温，吸收了大量的气体;或者由于冶金而产生的气体，在彻底凝固之前没有溢出，而是残留在焊缝金属中，产生空穴现象，多以椭球形或者球形呈现。钢结构的气孔可以分为密集气孔与单个气孔两种形式;密集气孔产生的超声波为一簇反射波形式，波高会随着气孔的大小而有所不同，当探头进行定点转动时，就会产生“此起彼落”的现象;单个气孔产生的超声波较为稳定，回波较低，无论从哪个方向进行探测，反射波基本相同，一旦探头发生移动，则反射波立刻消失。

2、裂纹

钢结构中的裂纹，主要是在焊接过程中或者焊接之后，在母材、焊缝等位置出现破裂而产生的缝隙。如果超声波遇到裂纹，则波幅较宽、回波高度大，同时出现多峰现象;当平行移动探头时，会出现反射波，波幅发生变动;而转动探头时，会出现波峰上下错动的现象。

3、夹渣

钢结构焊接中的夹渣问题，主要是残留在金属中的熔渣或者非金属夹杂物，夹渣表面呈现不规则状态。夹渣可分为条状夹渣与点状夹渣。条状夹渣的回波信号以锯齿状为主，这种方式的反射率较低、波幅较低，波形以树枝状为主;当平行移动探头时，波幅就会出现变动，从不同方向进行探测，反射波幅有所不同;点状夹渣的回波信号则同点状气孔基本类似。

4、未熔合

未熔合主要是母材和填充金属之间没能熔合，或者金属层之间没能熔合。未熔合现象的反射波特征如下：进行两侧探测时，反射波的波幅有所不同，有时仅能从单侧探测;当探头平行移动时，波形则较为稳定。

5、未焊透

未焊透主要指钢结构的焊接部分，金属没有完全熔透。一般未焊透现象出现在焊缝的中心线位置，长度较长。在超声波探伤过程中，平行移动探头，未焊透的波形较为稳定;而从两侧进行焊缝探伤时，则可获得基本一致的反射波幅。

四、非焊接缺陷的识别

在应用超声波探伤技术过程中，一些较为明显的反射回波来自非焊缝缺陷，具体分析如下：

1、加强层

当采用超声波探伤技术探测到加强层时，会出现变形反射回波或者反射回波。具体识别方法为：利用蘸有化学糨糊或者机油的毛刷，反复拍打反射回波位置，此时仪器显示屏上的脉冲信号就会出现上下跳动，进而进行判断。

2、错边

在钢结构焊缝两侧，由于工件的厚度差异或者装配失误等，容易出现错位现象。如果超声波到达错边的位置，就会产生边角反射回波。当通过焊缝的单面实行两侧探测时，就可在一侧获得较强的反射回波信号，而另一侧的反射回波信号则明显降低。

3、焊瘤

在正常钢结构焊接中，多余的部分即焊瘤。当探头从焊瘤的两侧进行分别检测，都可能出现反射回波，一般对于焊瘤的超声波探伤，反射波出现在底面反射回波之后。