某鋼結構工程異形截面接頭焊縫超聲波檢測

王余剛

1 概述

鋼結構工程在現代建筑中得到越來越多的應用,如廣州的新電視塔、廣州亞運城綜合體育館等,都在不同程度上體現了鋼結構在現代建筑中日益重要的地位。伴隨這些重要建筑出現的是一些復雜結構形式或異形截面鋼結構接頭的出現。例如即將建成的正佳廣場西塔工程,采用的鋼柱截面形式有矩形、圓形以及多面異形截面等,在這幾種截面形式接頭中給探傷帶來難度的是異形柱截面中斜面對接接頭焊縫的超聲波檢測,這種焊接接頭的使用給探傷工作者在缺陷定位技術上提出了新的要求,如果采用常規的檢測定位方法,將可能會造成一定的錯誤,給工程質量留下隱患。

2 問題的提出與解決

依據GB 50205-2001鋼結構工程施工質量驗收規范第5.2.4條[1]:設計要求全焊透的一、二級焊縫應采用超聲波探傷進行內部缺陷的檢驗,其內部缺陷分級及探傷方法應符合現行國家標準GB/T 11345-1989鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級的規定。在GB/T 11345-1989中對焊縫檢測進行了檢驗區域的規定[2]:焊縫本身再加上焊縫兩側各相當于母材厚度30%的一段區域,這個區域最小10 mm,最大20 mm。筆者根據探傷實踐給出一些分析,借以解決實際的探傷問題。

2.1 平板焊縫的缺陷定位[4]

常規平板焊縫對接接頭探傷,如圖1所示,假設缺陷深度為H,數字機探傷按深度掃描調節,折射角為β,在波形信號準確反映缺陷的前提下,使用數字機可直接顯示缺陷的正確深度和距探頭前端的水平距離,缺陷定位比較準確與直觀。

2.2 斜面對接接頭焊縫探傷分析

如圖2所示,假設檢驗區域中存在兩處缺陷,當超聲波從位置1入射探測到f1反射波信號,根據數字機顯示平行板面距離測量位置處于A點位置,據此可以判斷缺陷處于檢驗區域外部,但實際缺陷處于檢驗區域內部,缺陷漏判。當超聲波從位置2入射探測到f2反射波信號,如圖2所示,B點處于探測面延長線上,此時缺陷判斷比較困難,按平板接頭定位缺陷深度為Bf2,但B點處于焊縫表面上方,實際操作會判斷為 Bf2′,如果按照 Bf2′位置去返修找缺陷則可能找不到真正的缺陷。

如圖3所示,假設 f1為母材中反射體,f2為缺陷。超聲波從位置1入射探測到 f1反射波信號,根據數字機顯示平行板面距離測量位置處于A點位置,判斷反射體信號處于檢驗區域內部,則可能判斷為檢驗區域內的缺陷。當超聲波從位置2入射探測到f2反射波信號,由于結構的原因,此時難以測讀缺陷信號的準確位置。

針對上述分析,筆者根據超聲波探傷數字儀器的使用特點,提出了下述的分析辦法。如圖4所示,對應外凸斜面對接接頭,超聲波入射點為 O點,缺陷反射體為 f,探頭入射角為 β,斜面夾角為 θ,則與探測面平行的距離以及缺陷深度分別為L1和 H1,此時探傷情況同圖2分析,易造成缺陷的漏判或返修找不到探測到的缺陷。為解決上述問題,假設入射角為β+θ,入射點仍為 O點,此時則可以將斜面接頭定位看作類似平板接頭探傷定位,L表示探頭入射點至缺陷的水平距離。根據三角形計算關系可以分別得到:

在實際探傷時,用折射角為β的探頭、深度掃描調試數字機并做好 DAC曲線[2]后,將探頭折射角參數輸入調整為 β+θ,由于探頭的實際入射角度不因儀器設置而改變,因此探頭仍將按照β折射角實測值掃查檢驗區域,而當掃查到有缺陷反射信號時,儀器分析軟件則會用β+θ折射角進行計算定位,這樣在數字機屏幕上將顯示出H2與L的讀數,根據讀數L可以直觀的判斷反射信號是否處于檢驗區域范圍內并測量準確的水平位置,需要強調的是此時要注意扣除探頭前沿的長度。當判斷反射信號為缺陷信號時,依據式(3)用計算器計算出h,結合儀器顯示的深度值可以算出缺陷深度數值:H=H2+h,這樣就可以判斷出外凸斜面對接接頭焊縫缺陷顯示的真實深度,實現缺陷的準確定位。在焊縫的另一側則以正常的平板對接接頭焊縫探傷方式進行檢測,實現全熔透焊縫的B級單面雙側檢驗。

對應內凹斜面對接接頭焊縫,如圖5所示,參數不變,DAC曲線制作完成后將數字機折射角參數修改為β-θ,此時,也可以看作為類似平板接頭焊縫定位探傷檢測。數字機仍將按照實測β折射角掃查檢驗區域,當發現有缺陷反射信號時則用β-θ折射角進行計算定位,這樣在數字機中將顯示出H2與L的讀數,根據讀數L可以測量準確的水平位置以及直接判斷反射信號是否處于檢驗區域范圍內。當判斷反射信號為缺陷信號時,只需用鋼尺量出h值,則缺陷的實際深度就可以通過 H=H2-h算出,這樣就可以判斷出內凹斜面對接接頭焊縫缺陷顯示的實際深度,實現缺陷的準確定位。然后在焊縫的另外一側采用正常的平板對接焊縫定位檢測技術實現全熔透焊縫的B級單面雙側檢驗,實現對整個檢驗區域的全掃查。

3 結語

筆者參與了部分正佳廣場西塔工程異形鋼柱焊接接頭焊縫質量檢驗,針對檢測過程中遇到的定位問題結合該種接頭焊縫超聲檢測的特殊性進行了上述分析,檢測方法依據GB/T 11345-1989規定執行。根據對該工程已經檢畢的二十幾層異形柱的對接接頭焊縫檢測質量結果分析并結合出現超標缺陷焊縫的返修情況來看,本文提出的分析方法非常適用于該類型焊接接頭的現場超聲檢測定位分析,為工程焊接質量提供了保證。

[1] GB 50205-2001,鋼結構工程施工質量驗收規范[S].

[2] GB/T 11345-1989,鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級[S].

[3] JG/T 203-2007,鋼結構超聲波探傷及質量分級法[S].

[4] 全國鍋爐壓力容器無損檢測人員考委會.超聲波探傷[Z].北京:勞動部鍋爐壓力容器安全雜志社,1995.

[5] 陳景輝.焊縫超聲波中一種偽缺陷的判定識別[J].山西建筑,2008,34(2):170-171.