吳少聰

健研檢測集團有限公司（361004）

高層鋼結(jié)構(gòu)熔透焊縫超聲波檢測分析

吳少聰

健研檢測集團有限公司（361004）

文章結(jié)合曾經(jīng)負責的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)實例，就熔透焊縫超聲波檢測技術(shù)的應(yīng)用要點進行逐一分析，總結(jié)了鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢測與檢驗設(shè)備、檢測表面制備以及檢測時機、檢測工藝與技術(shù)、檢測結(jié)果評定與質(zhì)量等級分類方面的關(guān)鍵要點，望能夠引起同行人員的重視。

高層建筑；鋼結(jié)構(gòu)；熔透焊縫；超聲波檢測

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)是指將結(jié)構(gòu)構(gòu)件按照一定框架形式進行焊接并組裝形成的空間剛度體系結(jié)構(gòu)，具有較強的可塑性，同時還具備結(jié)構(gòu)堅固耐用以及可拆卸回收等諸多優(yōu)勢，在高層民用建筑領(lǐng)域中有著非常重要的應(yīng)用價值。熔透是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件焊接中廣泛選用的一種工藝技術(shù)，對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有非常重要的影響，工程實踐中需要視情況進行超聲波檢測與分析，以明確焊接接縫缺陷，及時處理，以預(yù)防鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題的產(chǎn)生。文章即結(jié)合某高層建筑鋼結(jié)構(gòu)熔透焊縫實例，就超聲波檢測技術(shù)在焊縫檢測探傷中的應(yīng)用問題進行分析。

1 工程概況

廈門世茂海峽大廈A、B塔樓位于廈門市思明區(qū)大學路158號，該工程采用外框柱、勁性柱、梁及空間桁架結(jié)構(gòu)體系，用鋼量2.5萬余噸，檢測焊縫長度約1萬米，材質(zhì)為Q345鋼。

2 鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢測設(shè)備與檢驗設(shè)備分析

在針對高層鋼結(jié)構(gòu)熔透焊縫進行超聲波檢測的過程中，所使用的檢測設(shè)備以及輔助檢驗設(shè)備包括以下幾種:1）超聲波探傷儀。本工程中所選用超聲波探傷儀為A型脈沖反射式超聲波探傷儀，工作頻率范圍至少1～5 MHz，探探傷儀具備增益控制器，其精度為任意相鄰12dB誤差在±1 dB內(nèi)。步進級不大于2 dB，總調(diào)節(jié)量大于60 dB，水平線性誤差不大于1%，垂直線性誤差不大于5%。2）超聲波工作探頭。工作探頭應(yīng)當根據(jù)被檢測熔透焊縫的厚度情況選擇適宜角度，直探頭工作頻率以2.5 MHz為主，探頭K值建議控制在1.0～3.0范圍內(nèi)，以確保焊接截面覆蓋完整。3）耦合劑。耦合劑應(yīng)具有良好透聲性和適宜流動性，不應(yīng)對材料和人體有損傷作用，同時為便于檢驗后清理。可以在耦合劑中加入適量的表面活性劑，以提高其潤濕性能。標定和校核各項參數(shù)時，使用的耦合劑應(yīng)與檢測節(jié)點焊接接頭的耦合劑相同。本工程鋼結(jié)構(gòu)超聲波檢測采用化學漿糊。

3 檢測表面的制備及檢測時機

在應(yīng)用超聲波檢測技術(shù)對結(jié)構(gòu)熔透焊縫進行檢測前，應(yīng)當安排專人詳細檢查焊縫表面質(zhì)量與外觀,超聲波工作探頭移動范圍內(nèi)必須對焊接飛濺物、銹蝕物、油垢以及其他外部雜質(zhì)進行清除，視情況還需對待檢測區(qū)域進行打磨處理，以可見金屬光澤為標準，以確保超聲波檢測過程中聲學接觸性能良好，方便工作探頭對待檢測區(qū)域進行自由掃查。

在無其他特殊要求與規(guī)定的情況下，超聲波檢測應(yīng)當盡量在焊接區(qū)域自然冷卻至常溫狀態(tài)后進行。同時，根據(jù)鋼板厚度以及鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)特點的特殊性，對于鋼支撐以及箱型鋼柱結(jié)構(gòu)中鋼板厚度高于40.0 mm且選用Q345C-15Z材質(zhì)的情況下，考慮到上述區(qū)域結(jié)構(gòu)厚度大且鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)存在延遲裂紋的特點，超聲波檢測應(yīng)當盡量在焊接作業(yè)完成后24 h后開展。

4 檢測工藝與技術(shù)

在應(yīng)用超聲波技術(shù)檢測高層鋼結(jié)構(gòu)熔透焊縫的檢測過程中，首先應(yīng)當確定熔透焊縫的檢測面，然后繪制焊接接縫距離-波幅曲線，經(jīng)檢測后對靈敏度進行補償處理。結(jié)合本高層建筑鋼結(jié)構(gòu)工程實際特點，在超聲波檢測過程中關(guān)鍵工藝技術(shù)要點可以概括如下:

在確定熔透焊縫檢測面的過程中，多以焊接接縫自身寬度作為檢測面寬度，在此基礎(chǔ)之上預(yù)留焊接接縫兩側(cè)30.0%母材厚度區(qū)域 （實際值在10.0～20.0 mm范圍內(nèi)）。在應(yīng)用一次反射法對熔透焊縫進行檢測的過程中，工作探頭移動范圍應(yīng)當達到1.25 P以上。而在應(yīng)用直射法對熔透焊縫進行檢測時,工作探頭的移動范圍則達到0.75 P以上即可。對于高層鋼結(jié)構(gòu)中的支撐件以及箱型柱結(jié)構(gòu)而言，通常建議選擇直探頭進行檢測，同時輔助斜探頭探傷處理，以了解結(jié)構(gòu)內(nèi)部電渣焊內(nèi)隔板與壁板間的熔透情況。操作方法如下圖（見圖1）所示。

圖1 箱型柱結(jié)構(gòu)內(nèi)隔板熔透焊縫探傷檢測示意圖

在此基礎(chǔ)之上，工作人員需要根據(jù)超聲波工作探頭以及檢測儀器在被檢測試塊上的實測數(shù)據(jù)繪制與熔透焊縫相對應(yīng)的距離-波幅曲線。距離-波幅曲線主要由判廢線、定量線以及評定線這三個部分構(gòu)成。本工程中采取級別B檢驗，各線靈敏度為:判廢線（RL）靈敏度為 DAC-4 dB，定量線（SL）靈敏度為 DAC-10 dB，評定線（EL）靈敏度為 DAC-16 dB。其中的DAC是一φ3 mm標準反射體繪制的距離—波幅曲線——即DAC基準線。評定線以上至定量線以下為Ⅰ區(qū)（弱信號評定區(qū)）；定量線至判廢線以下為Ⅱ區(qū)（長度評定區(qū)）；判廢線及以上區(qū)域為Ⅲ區(qū)（判廢區(qū)）。

在應(yīng)用斜探頭對熔透焊縫進行超聲波檢測的過程中，工作探頭探傷靈敏度應(yīng)當高于距離-波幅曲線中的評定線靈敏度要求。而對于直探頭而言，在調(diào)整工作探頭靈敏度的過程中，應(yīng)采取的操作方法是:將直探頭與CBⅡ-2平底孔試塊平底孔對準，以第一次回波調(diào)整至滿意刻度的50.0%作為超聲波探傷基準靈敏度依據(jù)。檢測過程中所采取耦合方式為直接接觸法。檢測過程中，超聲波工作探頭移動速度應(yīng)當控制在150.0 mm/s范圍內(nèi)，兩次相鄰操作時工作探頭的移動間隔應(yīng)當確保重疊部分達到10.0%以上。

為提高超聲波檢測技術(shù)對熔透焊縫的檢測準確性，在按照上述方法進行檢測的基礎(chǔ)之上，還必須考慮靈敏度補償方案，一方面需要在對熔透焊縫檢測以及缺陷定量環(huán)節(jié)中，補償因鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)表面粗糙度所致耦合損失，另一方面需要補償因鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)衰減所致檢測靈敏度以及缺陷定量誤差損失。

而在針對對接焊縫進行超聲波檢測的過程中，應(yīng)當沿熔透焊縫中心線垂直方向?qū)⑿碧筋^放置于檢測面上，并操作工作探頭以鋸齒狀式進行全面掃查。工作探頭移動范圍應(yīng)當覆蓋全部焊接結(jié)構(gòu)截面區(qū)域，還應(yīng)同步進行左右兩側(cè)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度在10.0°～15.0°范圍內(nèi)。檢測過程中可以采用前后掃查、左右掃查、轉(zhuǎn)角掃查以及環(huán)繞掃查等多種方式，得到熔透焊縫缺陷動態(tài)波形，并對缺陷以及偽缺陷信號進行準確鑒別，以明確缺陷位置、形態(tài)以及方向信息。

5 檢測結(jié)果評定與質(zhì)量等級分類

根據(jù)質(zhì)量要求檢驗等級分為A、B、C三級，檢驗的完善程度A級最低，B級一般，C級最高，檢驗工作的難度系數(shù)按A、B、C順序逐漸級增高。應(yīng)按照工件測材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、焊接方法、使用條件及承受載荷的不同，合理的選用檢驗級別。檢驗等級應(yīng)按產(chǎn)品技術(shù)條件和有關(guān)規(guī)定選擇或經(jīng)合同雙方協(xié)商選定。

若超聲波檢測下結(jié)果超過距離-波幅曲線評定線信號，則應(yīng)當特別注意判斷熔透焊縫是否存在裂紋等缺陷特征，若疑似存在缺陷，則應(yīng)當通過擴展探傷工作面以及調(diào)整工作探頭K值的方式，對動態(tài)波形進行觀察，并結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)工藝特征進行評定。本工程中箱型柱內(nèi)隔板區(qū)域直探頭檢測結(jié)果如下圖 （見圖2）所示。圖2中，缺陷波1埋藏深度為25.0 mm，經(jīng)判定為電渣焊靠近箱型柱結(jié)構(gòu)壁板一側(cè)未熔合缺陷，缺陷波2埋藏深度為40.0 mm，經(jīng)判定為電渣焊靠近箱型柱結(jié)構(gòu)內(nèi)隔板一側(cè)未熔合缺陷。

圖2 箱型柱內(nèi)隔板區(qū)域直探頭檢測結(jié)果示意圖

6 總結(jié)

在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中，一些重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件雖然采用部分熔透的焊接工藝，但考慮到結(jié)構(gòu)使用條件相對特殊，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計中常常將熔透焊縫作為二級焊縫，需應(yīng)用超聲波技術(shù)進行探傷檢測，以確保焊縫質(zhì)量滿足施工要求。文章上述分析中結(jié)合某高層建筑鋼結(jié)構(gòu)實例，就熔透焊縫超聲波檢測技術(shù)的應(yīng)用要點進行逐一分析，望能夠引起同行人員的重視。

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