超聲波探傷在網架桿件焊縫缺陷檢測中的應用

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摘要：本文主要針對超聲波探傷在網架桿件焊縫缺陷檢測中的應用展開了探討，通過結合具體的工程實例，系統分析了焊縫斷裂及缺陷產生的原因，并對缺陷返修給出了相應的建議，以期能為網架桿件焊縫的缺陷檢測提供參考和借鑒。

關鍵詞：桿件斷裂；超聲波探傷；缺陷

網架的焊縫焊接質量直接影響結構的安全，但是由于焊縫焊接自身的原因干擾，在實際的施工中會存在著一定的缺陷，影響著網架結構的施工質量。因此，我們需要對網架桿件焊縫缺陷產生原因進行分析，并采取有效的技術措施做好檢測，以保障網架桿件焊縫的施工質量。基于此，本文就超聲波探傷在網架桿件焊縫缺陷檢測中的應用進行了探討，相信對有關方面的需要能有幫助。

1 工程概況

某地鐵站的站房屋面網架長達到73.5m、寬35m、高度5.5m，使用正面四角錐三層，兩邊支承網架，節點采取螺栓球節點和焊接球節點相結合的結構模式，設計焊縫質量等級為二級。

2 桿件焊縫斷裂分析

網架安裝采用扣件式滿堂鋼管腳手架作為操作平臺，安裝及焊接完成后，拆除腳手架支撐支墊點，使網架結構自身受力，結果發現焊縫出現2處斷裂，第一處在網架第一排中間處的螺栓球橫向下弦水平桿位置斷裂，第二處在整個網架的中間位置斷裂，同樣也是橫向下弦水平桿，現場實際查看發現該焊縫是加工引起的斷裂（圖1），而不是安裝或設計不當引起的斷裂，現場還發現部分桿件焊縫高度不足（圖2），有表面密集氣孔（圖3）。

圖1 斷裂焊縫

圖2 焊縫高度不足

圖3 焊縫表面密集氣孔

該網架焊接工藝分手工焊和自動焊兩種，兩根斷裂焊縫均為自動焊焊接工藝，桿件焊接加工過程中由于焊槍調節不合理，導致偏弧，錐頭與鋼管出現未熔合、虛焊等現象。桿件焊縫高度不足會大大降低桿件焊縫的承載力，在高強螺栓與桿件錐頭焊縫的拉力載荷試驗中，如桿件錐頭的焊縫高度不足或內部存在危害性缺陷，會在焊縫處斷裂，不符合承載力的要求。為了保證網架結構的整體安全和穩定，對桿件與錐頭或封板焊縫設計焊縫質量等級為二級熔透焊縫，必須符合GB50205-2001《鋼結構施工及驗收規范》焊縫質量等級二級要求。由于該網架桿件焊縫出現焊縫處開裂后脫開等嚴重焊接質量事故，建議對整個網架桿件焊縫進行超聲波探傷檢測，消除安全隱患，以保證整個網架焊縫的承載能力，保證結構的安全。

3 超聲波探傷檢測

根據設計圖紙及委托方的要求，依據JG/T203-2007《鋼結構超聲波探傷及質量分級法》的檢測要求，對該網架焊縫內部質量進行評定。

3.1 儀器的選擇

根據標準的要求選用A型脈沖反射式數字超聲波檢測儀，儀器垂直線性誤差≤5%，水平線性誤差≤1%，工作頻率范圍0.5MHz～10MHz，且實時采樣頻率≥40MHz。

表1 不同壁厚的距離-波幅曲線靈敏度選擇

3.2 探頭的選擇

主要考慮桿件焊接的形狀、板厚以及焊接可能出現的缺陷位置等條件來選擇探頭的型式，檢測桿件焊縫宜選用橫波斜探頭，其優點是檢測靈敏度高、波長短，有利于發現焊縫中的氣孔、未焊透、裂紋、夾渣等缺陷。探頭晶片尺寸選擇：桿件規格Φ60～Φ219曲率半徑較大，本次檢測桿件規格在Φ140以下為主，常用的晶片是6mm×6mm、9mm×9mm、8mm×12mm等。晶片尺寸增大，半擴散角越小，聲束指向性越好，未擴散區增大，近場區較大。對于桿件壁厚較薄來說近場區大，對探傷不利，在保證強度足夠的前提下盡量選擇晶片尺寸小的探頭，主要綜合考慮桿件曲率較大、壁厚較薄、耦合損失、缺陷定位、定量等選擇晶片尺寸，本工程桿件檢測探頭晶片尺寸宜選用6×6mm小晶片探頭。

頻率的選擇：頻率的高低對超聲檢測有較大的影響，主要考慮桿件壁厚、材料的衰減、可能出現焊接缺陷的大小。工件厚度較小，應選擇高頻率的探頭，有利于提高探頭聲束指向性和分辨力，但探頭頻率不宜太大，探頭的頻率越大，衰減也越大，近場區也越大，對檢測不利。工件厚度較大及衰減系數大的工件，宜選用頻率較低探頭。常用的頻率是2.5MHz～10MHz，本工程桿件壁厚較薄，根據標準的要求宜選用高頻率5MHz。

斜探頭K值的選擇：桿件的壁厚較薄，應選用較大的K值，增大一次波的聲程，盡量使用直射波進行探傷，避免在近場區的檢測，導致誤判或漏檢。同時要保證主聲束盡可能地掃查焊縫整個截面。還應盡量使聲束垂直于可能產生的缺陷，故采用K3、K2.5探頭。

前沿選擇：對于桿件壁厚較薄，為了保證聲束能夠掃查整個焊縫載面，盡量選用較小的短前沿，探頭前沿宜選用5mm～6mm。

耦合劑選用：一般考慮桿件的表面無腐蝕性、檢測結束后方便清理、價格低廉的耦合劑，常用洗潔精、化學漿糊等。

試塊的選擇：根據JG/T203-2007《鋼結構超聲波探傷及質量分級法》標準的要求，可選用CSK-ICj和RBJ-1試塊，也可選用其他型式的等效試塊。

3.3 儀器的調節

先采用CSK-ICj試塊測試探頭的入射點及K值的校準。

桿件焊縫超聲波檢測的距離-波幅曲線是按探頭和儀器在標準試塊上實測的數據繪制而成的，不同壁厚的距離-波幅曲線靈敏度選擇也不一樣，見表1。

3.4 檢測的實施

檢測前，用鋼絲刷清理探傷面油漆、飛濺、焊瘤等，打磨到露出金屬光澤，以滿足檢測的要求。

（1）首先，探傷進行初始檢測，探傷靈敏度不低于評定線，對出現疑似缺陷的信號波幅應在焊縫表面作標記，再進行細探傷，確認缺陷實際位置和當量。

（2）在檢測中缺陷信號波幅在評定線以下的非危害性缺陷可不做記錄；對于缺陷信號波幅在定量線以上、危害性大、焊縫中上部非體積性缺陷，包括裂紋、未熔合、及焊縫根部未焊透缺陷，應測定指示長度，采用6dB或端點波高法測長。

（3）焊縫根部未焊透缺陷，第一最大信號波幅大于RBJ-1對比試塊人工反射槽的回波幅度時，以缺陷回波幅度評定；第二最大信號波幅小于RBJ-1對比試塊人工反射槽的回波幅度時，以缺陷指示長度評定。

3.5 缺陷波的分析

超聲波檢測時，利用反射波進行缺陷定位，反射波出現在焊縫偏向中心線位置，幅度大，探頭平移時，波形穩定明顯（圖4），根據標準規定，進行缺陷的定位和測長，判斷該缺陷為超標缺陷，根據經驗判斷為未焊透缺陷。利用碳弧氣刨及砂輪機對焊縫進行解剖驗證，實際解剖結果與檢測結果判定是相符的（圖5）。

圖4 用反射波對缺陷定位

圖5 解剖驗證結果

4 缺陷產生原因

通過超聲波探傷檢測發現大部分桿件焊縫缺陷是未焊透、氣孔、夾渣、偏弧。經過對現場焊接工藝的了解和檢測結果分析判斷：①未焊透：桿件裝配未按工藝規程進行操作，桿件與錐頭頂死、未留間隙，加上焊接電流太小或焊接操作方法不當，導致焊接過程產生未焊透；防止未焊透措施：應按工藝標準要求鋼管與錐頭定位點固定后，檢查焊道寬度與深度，鋼管與錐頭應雙邊各開30°坡口，并有2mm～5mm間隙，保證焊縫焊透（圖6）。②氣孔：氣體不足、風大、桿件坡口面污染（如：水、油、生銹等）、焊接操作方法不當等；防止氣孔的措施：應當做好防風措施，檢查坡口面是否清理干凈，檢查氣體流量是否過小，噴嘴是否堵塞，噴嘴距工件不要過大等；③夾渣：桿件坡口面污染，坡口太小，焊接電流過小，焊縫冷卻速度過快，熔渣來不及上浮，其他操作不當等；防止夾渣的措施：檢查坡口面及焊道是否清理干凈，不得有臟物，焊接時，要有規則地擺動焊條，攪動熔池熔渣與鋼水分離清除，合理選擇參數，適當調節焊條運行速度及焊接電流，改善熔渣浮出條件等。

圖6 防止未焊透措施

5 缺陷返修

對內部超標缺陷進行返修采用碳弧氣刨及砂輪機打磨的方法，采用氣刨進行處理時，需要控制電流，每次處理的深度，刨到缺陷定位位置時，再利用砂輪機打磨干凈，然后采用506焊條進行補焊。桿件焊縫返修應采取適當的措施，且必須保證在桿件不承載情況下進行返修處理，對返修的焊縫應逐一進行超聲波復檢，返修24小時后應對返修部位焊縫及熱影響區增加磁粉檢測，使表面應力裂紋得以檢出，從而保證結構的安全。

所有檢測的焊縫和返修復檢合格的焊縫位置應進行表面耦合劑清除，涂刷防銹漆。

6 結束語

綜上所述，網架的焊縫焊接質量直接影響結構的安全，因此，為了確保網架桿件焊縫的施工質量，我們就需要對缺陷產生的原因進行科學的分析，并采取相應有效的技術措施做好檢測，以避免缺陷的存在對施工帶來影響，從而保障工程的施工質量。

參考文獻：

[1]盧琴玉.超聲波探傷在建筑鋼結構檢測中的應用[J].福建建材.2011（04）.

[2]梁志昌.建筑鋼結構超聲波探傷研究[J].城市建筑.2013（14）.