高層鋼結構焊縫超聲波探傷分析

呂亮

（中鐵六局集團太原鐵路建設有限公司 山西省太原市 030013）

引言

在高層建筑中應用鋼結構的時候，需要注意其焊縫中的各種問題，以免發生質量不過關的情況，從而對建筑造成不利影響。根據現行國家標準《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB50205-2001）有關要求，結合高層鋼結構焊縫的特點做了一些超聲波檢測技術研究，對監督施工人員科學施工，保障建筑質量有著非常重要的意義。

1 工程概況

太原某工程位于城市最核心地段，其中寫字樓是地標性建筑，以220m的海拔代言城市高度，是山西省在建項目第一高的國際5A級標準的總部經濟概念辦公場所，其支撐以H型鋼，方鋼全部采用Q345B，腹板、翼板厚度在20～40mm，焊接方式采用二氧化碳氣體保護焊。

2 高層鋼結構焊縫的類型及其缺陷

所謂焊縫，是將沒有連在一起的鋼結構通過加工連接到一起的時候產生的，以便使鋼結構更具有優勢，同時也能增強其造型美觀、跨度大的特點，并實現其他材料不能實現的一些建筑任務。由于焊縫是人為焊接形成的，因此會存在一些質量上的缺陷，最終對鋼結構工程的總體質量還有安全情況產生一定影響。在實際的焊接中存在著焊縫缺陷的問題，分別為內部缺陷和表面缺陷。表面缺陷是容易被發現的，包括燒穿、氣孔等，能被人直觀地感知到，但是內部缺陷，例如未焊透、裂紋、未熔合等都不容易被發覺，因此需要超聲波檢測技術來檢測。

2.1 焊縫的類型和坡口型式

目前來說，高層鋼結構相對應的焊縫類型就有T型焊縫以及對接焊縫。對接焊縫一般是在母材的邊緣對齊基礎上，沿著邊緣來進行焊接，所以在外觀上會有一條明顯的焊縫。T型焊縫則是在母材呈T型放置之后再進行焊接，所以焊縫會呈現T型。另外，在處理坡口時，接頭處坡口為了使焊縫看起來更加均勻美觀，主要對應T型、薄板、厚板、中厚板對接等有K型、I型、X型、V型等坡口的類型，以滿足不同需求。

2.2 常見的內部缺陷

因為工藝還有環境因素的影響，焊縫的內部缺陷主要是有未焊透、裂紋、未熔合、夾渣和氣孔等，而在這些缺陷的性質上，點狀夾渣和單個氣孔都屬于一般的缺陷，對焊縫整體的強度沒有那么大影響，而不規則狀的夾渣、未熔合、未焊透還有裂紋等都屬于比較嚴重的缺陷，會對焊縫整體的強度造成不良影響，降低其性能。

3 超聲波探傷檢測技術

所謂超聲波探傷檢測技術，就是依靠超聲波在經過不同介質時會產生反射這一特點進行的。因為焊縫存在的缺陷會影響構件中超聲波的傳播，在構件的表面附著耦合劑，就能使超聲波在構件的內部順利進行工作。而超聲波一旦進入工作，那么通過顯示屏就能觀察波形以及損傷的位置情況，從而判斷出焊縫問題，方便工作人員的處理。另外，超聲波探傷檢測儀器有很多種，比較常用的是A型脈沖反射式的探傷儀器。其依靠物體缺陷存在的聲學特性來進行工作，工作頻率是0.5～5MHz。

4 在高層鋼結構焊縫中應用超聲波探傷檢測技術

由于超聲波探傷檢測技術的優勢，如探測的靈敏度高、操作便捷、儀器攜帶方便等，其非常適用高層鋼結構焊縫探傷，但對操作人員還有構件也有著較高的要求，所以應用時也需要注意。

4.1 超聲波探傷檢測技術應用的要求

首先就是選擇探測面。因為構件工藝、驗收級別、缺陷狀況等情況的不同，選擇的探測面也是不同的，這就要工作人員結合實際情況來分析。其次，就是選擇K值或折射角β。所謂K值，就是探頭頻率，鋼結構厚度的不同，選擇的K值也是不同，通常情況下的厚板構件需要的K值不高但要有著較強的穿透能力，而薄板則情況相反。另外，鋼結構焊縫在檢測時需要選擇2.5MHz和5MHz的探頭，同時薄壁構件焊縫以及網架桿件都需要選擇5MHz。至于折射角，其是一個重要參數，需要工作人員結合實際情況以及工作經驗來選擇，一般情況下的鋼結構都推薦選擇K2.5（β68）或者是K2.0（β60）。最后就是耦合劑的選擇。想要超聲波能順利地進入構件中，就需要選擇那些取材便利又具有較強流動性的耦合劑。

4.2 在焊縫的內部缺陷中進行超聲波探傷技術的應用

4.2.1 探傷檢測的工藝流程

首先就是要編制工藝卡，然后對檢測器材進行調試，并選擇合適的試塊。之后再進行焊縫表面的檢查與超聲波檢測。在完成這些之后，就是判斷缺陷，并且審核返修復探、簽發檢測的報告等。

4.2.2 焊縫檢測面

如果是選擇一次反射法進行檢測的時候，因為焊縫本身就是檢測區域的寬度，同時焊縫兩側只有母材厚度一半不到的區域，所以探頭移動區域需要比1.25P（P=2KT）大。但如果是選擇直射法進行探測的話，探頭移動的區域就需要比0.75大。一般情況下，在箱型柱、支撐作用的內隔板之中，主要選擇的就是直探頭為主要、斜探頭為輔助的檢測方法，這種方法主要的目的就是查看電渣焊內隔板和壁板間有沒有發生熔透的情況。

4.2.3 校準和復核儀器的程序

①就是儀器校準。一般情況下，每隔半年就需要對儀器的垂直線性還有水平線性進行一次全面的測定；②在正式檢測之前，需要測定儀器還有探頭系統。尤其是使用斜探頭的話，檢測前要對斜探頭的掃查靈敏度、主聲束偏離、K值、前沿距離還有調節或者復核掃描的量程等進行仔細的檢測，只有這樣才能繼續相關檢測工作；③在實際檢測的過程中，需要對儀器還有探頭系統進行復核。如果改變了校準的探頭、儀器調節旋鈕還有耦合劑，掃查靈敏度或者掃描量程發生了變化的情況時，必須對系統進行復核，另外連續工作四個小時及以上或者工作全部完成了的時候，在結束時也需要進行復核；④在檢測工作結束之前，必須要對儀器還有探頭系統進行相關復核工作，并且不管是什么時候，只要檢測工作結束前，必須要對掃描量程進行復核。

4.2.4 繪制距離-波幅曲線

在進行曲線的繪制工作時，需要結合所使用的儀器還有探頭在實體上進行實測得來的數據進行，這種曲線族組成部分一般包括定量線、判廢線還有評定線。對于這種工程來說，在進行距離-波幅曲線靈敏度的選擇時，需要根據B級檢驗的標準進行。

4.2.5 超聲波探傷檢測的方法

①對于斜探頭靈敏度來說，其要比評定線靈敏度更大一點。②耦合的方式應該選擇直接接觸方法。③就是要在確保探頭移動速度比150mm/s小的同時，保證每相鄰的兩次探頭移動間距最少要重疊探頭寬度的1/10。另外，就是靈敏度補償的工作，耦合補償是指在檢測或者定量缺陷時，需要對那些因為表面的粗糙度而導致的耦合損失采取補償措施，而衰減補償是因為材質的衰減導致缺陷定量以及檢測靈敏度的誤差而進行的補償，而補償數值要根據對比試驗得出的數據進行調整。

5 結束語

綜上所述，目前我國建筑行業正在蓬勃發展，但是也面臨著挑戰，想要在激烈的市場競爭中脫穎而出，必須要做好各方面的工作。尤其是高層建筑，焊縫的質量直接影響著整個工程的質量和安全，其鋼結構焊縫缺陷如果不能及時被發現，那么會對整個工程造成質量隱患甚至發生事故，必須引起建筑企業的重視。而采取超聲波探傷檢測的技術，對于發覺焊縫內部缺陷十分有利，如果能善于利用，對解決鋼結構焊縫的相關問題有著非常重要的作用。只有這樣，才能確保鋼結構質量，從而保證整個工程的安全和質量，最終推動建筑行業的進一步發展。