管桁架相貫焊縫超聲波探傷檢測技術及精確判定

亢 麗 芬

(山西五建集團有限公司，山西 太原 030013)

0 引言

近年來，我國管桁架工程發(fā)展迅速，在海洋工程、橋梁工程、工業(yè)建筑、民用建筑、大型場館等公共設施建筑等領域廣泛應用。隨之出現(xiàn)的鋼結構焊縫超聲波探傷檢測過程中檢測人員依據(jù)現(xiàn)有國家或行業(yè)標準進行判斷，檢測結果評定差異較大甚至相悖的現(xiàn)象也很突出。多種客觀條件造成現(xiàn)場檢測過程中檢測人員往往依據(jù)個人經(jīng)驗自由選定探頭類型，對檢測數(shù)據(jù)進行分級評定時沒有明確、簡潔的可供參考的標準，造成漏檢或誤判現(xiàn)象，使得檢測結果出現(xiàn)偏差。現(xiàn)行相關標準僅對探頭選擇進行了范圍性的限定，沒有提出鋼管壁厚與探頭規(guī)格的對比選擇方法。對焊縫缺陷類型進行評價時僅有評價方法和判定類別依據(jù)的文字性描述，沒有明確詳實的，直觀的，可供參考的標準。本文總結相貫焊縫的探傷方法以及焊縫缺陷的判別方法，提出根據(jù)鋼管壁厚進行探頭選擇，總結多種復雜焊縫缺陷探傷方式和焊縫缺陷綜合判定方法，并總結出便于參考和使用的“檢測探頭類型選用表”以及管桁架相貫焊縫探傷方法和焊縫缺陷綜合分析法，可提高焊縫探傷和分級評定的精確性。

1 管桁架節(jié)點焊縫分類

管桁架節(jié)點相貫線是不斷變化的空間曲線，相貫口節(jié)點的焊縫形式隨之變化，常見的節(jié)點焊縫的結構形式有K型、T型和Y型三種，見圖1。

2 探傷儀器的合理選用

目前我國對焊縫內(nèi)部缺陷的無損檢測一般通過超聲波探傷和X射線探傷進行。超聲波探傷與X射線探傷均為物理性探傷，超聲波探傷相對于X射線探傷，具有探傷靈敏度、周期短、成本低、靈活方便、效率高，對人體無害等優(yōu)點。

超聲波探傷儀的探頭有多種類型，在相貫線焊縫的檢測中多采用斜探頭，斜探頭是進行斜射探傷用的探頭，由插座、外殼、吸聲材料、壓電晶片、斜塊等組成。斜探頭主要用于缺陷方向與檢測面之間有一定夾角的區(qū)域及直聲束無法到達的部位的檢測。

超聲波檢測時，斜探頭K值與晶片角度存在一定的對應關系。當K值為1.0時，角度為45°；當K值為1.5時，角度為56.3°；當K值為2.0時，角度為63.4°；當K值為2.5時，角度為68.2°；當K值為3.0時，角度為71.6°。

鋼管壁厚與探頭晶片尺寸及斜率對應關系見表1。

表1 鋼管壁厚與探頭晶片尺寸及斜率對應關系

3 探頭的掃查方式

鋼結構焊縫探傷檢測時，檢測面上探頭與焊縫的相對運動稱為掃查。掃查時，探頭與焊縫始終保持一定入射角度，同時應保證有足夠的聲束覆蓋焊縫的整個檢查區(qū)。以避免漏檢。圓管相貫節(jié)點焊接接頭超聲波探傷應以支管表面作為探傷面，并做鋸齒形掃查。當掃查過程中出現(xiàn)異常波形時，為了確定缺陷的位置、方向、形狀和觀察缺陷的動態(tài)波形，總結出前后、左右、轉(zhuǎn)角、環(huán)繞四種基本形式的探頭移動掃查方式，見圖2。避免常規(guī)單一掃查方式影響相貫焊縫缺陷判定的準確性。

4 掃查區(qū)域劃分

超聲波探傷檢測時，應根據(jù)受力情況的不同將相貫焊縫劃分為A,B,C三個檢測區(qū)域，每個區(qū)中應取一個典型剖面進行超聲波的幾何聲程分析，見圖3。合理選擇檢測方法，利用“最大信號法”區(qū)別未焊透和裂紋。

逐個檢測區(qū)采用不同參數(shù)探頭分別用一次波、二次波在主管和次管表面依次進行掃查，見圖4。

管桁架Y型相貫焊縫的質(zhì)量要求不同，受力狀況亦不同，檢測分析時，應著重考慮受力要求較高的A區(qū)和焊縫中常見的未焊透缺陷。

5 相貫節(jié)點探傷面掃查方法

鋼管相貫節(jié)點焊接接頭探傷應以支管表面作為探傷面，掃查時探頭在①②③位置時，均應與焊縫垂直，掃查方法如圖5所示。

6 管桁架相貫焊縫超聲檢測的精確判定

6.1 焊縫缺陷分析

6.1.1點狀缺陷

點狀缺陷多呈球形，也有不規(guī)則形狀，氣孔和夾渣等小體積缺陷均屬點狀缺陷。其特征是：探頭以缺陷為中心作環(huán)繞掃查時，若保持聲程距離不變，則回波高基本相同，均顯示動態(tài)波形A(見圖6)。

6.1.2線狀缺陷

未焊透、未熔合、線狀夾渣均屬于線狀缺陷，此缺陷可測出長度，但不易測定高度和寬度。其特征是：在缺陷部位做前后掃查時，顯示波形A的特征圖形，左右掃查時，顯示波形B的特征圖形。當缺陷的斷面變化時，會出現(xiàn)波形C-1或C-2的特征圖形，若信號未出現(xiàn)明顯的大距離中斷，則判定為連續(xù)的缺陷；若缺陷波高在長度方向有明顯降落，則初步判定為斷續(xù)的缺陷，此時，可持續(xù)在缺陷波明顯斷開處作環(huán)繞掃查和轉(zhuǎn)動掃查，若垂直方向附近的波高迅速降落，且無明顯的二次回波，則判定該缺陷為斷續(xù)缺陷。

6.1.3平面缺陷

裂紋、面狀未熔合、面狀未焊透等屬于平面缺陷，其表面既有粗糙的，也有光滑的，但均有明顯的長度和高度。其特征是：探頭在這類缺陷表面做前后、左右掃查時，出現(xiàn)動態(tài)波形B或C-1,C-2的特征圖形；在光滑的缺陷表面作檢測時，與缺陷平面相互垂直的兩側，回波高度迅速降落。在粗糙的表面轉(zhuǎn)動掃查時，出現(xiàn)動態(tài)波形C-2的特征圖形；環(huán)繞掃查時，在與缺陷平面相互垂直的兩側動態(tài)波高度出現(xiàn)不規(guī)則變化。

6.2 缺陷動態(tài)波形分析

6.2.1波形A

當探頭在各個不同的位置檢測時，超聲波探傷儀上出現(xiàn)尖銳的單個動態(tài)波形，繼續(xù)做前后、左右掃查，動態(tài)波地由“0”平穩(wěn)上升至某個峰值，之后平穩(wěn)回落至“0”，見圖6。該波形判定為點狀缺陷。

6.2.2波形B

當探頭在不同的位置掃查時，出現(xiàn)單個尖銳波，探頭做前后和左右掃查，回波由“0”平穩(wěn)上升到某峰值，繼續(xù)掃查，波峰基本不變，并可持續(xù)一段平直的線型，之后平穩(wěn)回落至“0”，見圖7。該波形判定為有一定長度和高度的線狀光滑缺陷。

6.2.3波形C

1)波形C-1。

當聲束垂直入射缺陷表面掃查時，超聲波探傷儀上出現(xiàn)單個鋸齒形回波，移動探頭時，缺陷回波起伏較大，見圖8?？膳卸ㄈ毕轂橛幸欢ㄩL度和高度的不規(guī)則粗糙反射體。

2)波形C-2。

當聲束傾斜入射缺陷表面掃查時，超聲波探傷儀上出現(xiàn)鐘形脈沖包絡，此時回波連續(xù)，并有多個小的波峰出現(xiàn)，移動探頭時，波峰在脈沖包絡范圍內(nèi)移動，回波由“0”逐漸升到最大值，之后又回落至“0”，見圖9?？膳卸ㄔ撊毕轂椴灰?guī)則粗糙反射體。

7 結語

本文可為各領域鋼管結構相貫焊縫的檢測提供廣泛的參考價值，為檢測人員提供了比較具體、直觀的，容易參考和使用的技術依據(jù)，對提高鋼結構工程施工的檢測水平、保障工程質(zhì)量和安全起到一定作用。