建筑鋼結構焊縫超聲波檢測中常見問題解析

陳從榮

（福州市建筑工程檢測中心有限公司，福建 福州 350003）

焊縫質量控制是鋼結構質量控制中的主要內容，準確、有效地檢測焊縫是實現焊縫質量控制的關鍵。目前，常用的焊縫無損檢測方法主要有：射線檢測法（RT）、磁粉檢測法（MT）、滲透檢測法（PT）和超聲波檢測法（UT）等。其中，超聲波檢測法具有被檢對象范圍廣、檢測深度大、缺陷定位準確、檢測靈敏度高、成本低、使用簡單方便、檢測速度快等優點，是應用最廣泛且現場反饋最好的檢測方法之一。近年來，由于超聲波檢測相關標準的變化較大，而且對檢測人員的技術經驗要求較高，因此，對超聲波檢測的重點和難點問題進行梳理很有必要。

1 檢測標準的選用

在建筑鋼結構焊縫超聲波檢測中，超聲波檢測方法的應用、檢測結果的評定與檢測標準的選用有直接關系，相關標準主要有國際標準（ISO）、國家標準（GB）和行業標準（JB）等。

以2014年6月1日為界，我國建筑鋼結構檢測形成新舊兩個系列標準，舊系列標準為：《鋼結構設計規范》（GB 50017-2003）、《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB 50205-2001）、《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》（GB/T 11345-89）和《鋼結構焊接規范》（GB 50661-2011），這些標準分別確定了焊縫的質量等級、驗收方法和檢測方法。2014年6月1日后，為了使國家標準與歐盟標準接軌，標準化管委會廢除了GB/T 11345-89，建筑鋼結構工程焊縫檢測形成了新系列標準，分別依據《鋼的弧焊接頭缺陷質量分級指南》（GB/T 19418-2003）、《焊縫無損檢測、超聲檢測技術、檢測等級和評定》（GB/T 11345-2013）和《焊縫無損檢測 超聲檢測 驗收等級》（GB/T 29712-2013）來確定焊縫的質量等級、檢測方法和驗收方法。兩個系列標準的主要差異見表1。

從表1可以看出，兩個系列標準之間最主要的差異是關于焊縫質量等級的規定。在新系列標準中，焊縫的質量由GB/T 19418-2003分為B、C、D三個等級，但焊縫質量等級的確定方法并沒有規定；而GB 50017-2003較詳細地規定了焊縫質量等級的確定方法。但這兩個標準規定的焊縫質量等級之間沒有對應關系。因此，在鋼結構設計中，只能根據GB 50017-2003來確定焊縫質量等級，而其相應的超聲波檢測方法標準GB 11345-89已經廢止，現行的GB/T 11345-2013采用了GB/T 19418-2003規定的焊縫質量等級。

表1 新舊系列標準的主要差異

鑒于以上問題的存在，在建筑鋼結構超聲波檢測中，各檢測單位使用的標準不一，一些檢測單位考慮到新系列標準與設計、施工、驗收標準不能銜接等問題，仍沿用舊系列標準進行檢測；而還有些檢測單位雖然采用新系列標準進行檢測，但直接將GB/T 19418-2003中的焊縫質量等級B、C級等同于舊系列標準中的一、二級，將GB/T 11345-2013中的2、3級等同于GB 11345-89中的Ⅱ、Ⅲ級。很明顯，這兩種檢測方法都是不正確的。要解決以上問題，最好的辦法是盡快對新系列標準進行修編，使之與設計、施工標準相銜接。

2 檢測儀器及探頭的要求

2.1 檢測儀器要求

檢測儀器應由具備計量檢驗資質的機構檢驗合格后方可使用。檢測儀器的兩項重要指標是水平線性和垂直線性，其中水平線性會影響缺欠的定位，垂直線性會影響缺欠的定量。GB/T 11345-2013中規定的水平線性偏差和垂直線性偏差分別為：小于等于全屏寬度的±2%和小于等于±3%。每次檢測前，應對斜探頭的入射點和折射角進行測試，入射點的偏差不得大于±1mm，折射角的偏差不得大于±2°。

2.2 探頭要求

探頭的基本參數包括探頭的頻率、折射角、晶片尺寸。

（1）超聲波探傷儀的探頭頻率一般在2～5MHz之間選擇，在滿足檢測要求的情況下，應盡量選擇較低的探頭頻率，因為同種介質探頭頻率越低，其波長越高，有利于發現缺欠。

（2）探頭折射角應按照下列原則進行選擇：確保聲束覆蓋整個檢測區域；聲束與工件底面法線的夾角應在35°～70°之間；使用多個探頭檢測時，探頭之間的折射角度差值應不小于10°，必須至少有一個探頭符合前一項要求，至少有一個探頭的聲束與焊縫熔合面近似垂直。

（3）當檢測面為曲面時，應充分考慮探頭與工件的耦合。GB/T 11345-2013中規定，對于有效的檢測，接觸面和檢測面之間的間隙不得大于0.5mm。

（4）探頭晶片尺寸的選擇與頻率和聲程有關。厚度較小的工件適合選用晶片尺寸較小的探頭（直徑6～12mm或等效面積的矩形晶片），厚度較大的工件應選擇晶片尺寸較大的探頭（直徑12～24mm或等效面積的矩形晶片）。

3 焊縫缺欠顯示的評定（采用GB/T 11345-2013和GB/T 29712-2013標準）

GB/T 11345-2013標準列出了4種設定參考靈敏度的技術，在常規鋼結構焊縫檢測中最常用的是技術1：以直徑為Ф3mm的橫孔作為標準反射體，制作DAC曲線（距離—波幅曲線）。

GB/T29712-2013標準中，缺欠顯示的評定是一個難點，因為缺欠回波波幅基準并非固定值，整個評價過程也不是一步到位的，除了要評定單個缺欠的顯示，還要考慮群顯示，若是對曲線的理解和應用有所欠缺，就很容易對焊縫質量誤判。所以，要想掌握缺欠顯示的評價方法，就要對評價步驟和規則進行詳細的梳理和分析。

（1）要弄清楚幾個等級的概念。參考等級——通過GB/T 11345-2013標準中的技術1制作出的DAC曲線，用字母H0表示；驗收等級——對應于焊縫的質量等級，驗收等級2級與一級焊縫對應，驗收等級3級與二級焊縫對應；記錄等級——其回波幅度值由相關的驗收等級-4dB引出；評定等級——檢測靈敏度，確定驗收等級后，其與參考等級之間的差值是一個固定值，當驗收等級為2級時，其回波幅度值為H0-14dB，當驗收等級為3級時，其回波幅度值為H0-10dB。

（2）測出缺欠的顯示長度。確定焊縫驗收等級后，即可得到評定等級的回波幅度值（H0-14dB或H0-10dB），以此作為測長基準線，運用固定回波技術測出缺欠的顯示長度。具體操作方法是：在發現超過評定等級的波形顯示后，分別向左右移動，使波幅降低至與評定等級同高，分別記錄其位置，兩個位置之間的水平距離即為缺欠的顯示長度。

（3）通過缺欠的顯示長度與母材厚度的比值，以及之前確定的驗收等級（2級或3級）和母材厚度這3個參數，就可通過表2查到對應的驗收等級的相對回波幅度值，其回波幅度值-4dB即為對應的記錄等級回波幅度值。

表2 驗收等級2和驗收等級3的回波幅度值

通過上述步驟，我們確定了驗收等級和記錄等級兩條基準線，這兩條線將回波顯示評定區在豎直方向上分成了3個區域（見圖1）：記錄等級以下的區域為合格區、記錄等級和驗收等級之間的區域為待定區、驗收等級以上的區域為判廢區。如果回波幅度處于合格區或判廢區的缺欠顯示，則可直接判定是否合格；如果處于待定區的缺欠顯示，符合規范中能夠組成群顯示的要求，則需要計算缺欠的組合長度，將其中的波幅最高值作為群顯示的代表波幅。處于待定區的所有群顯示及未入群顯示的單個顯示，其顯示長度都將計入累積長度，并根據規范要求進行驗收（此時只考慮任意給定焊縫長度內顯示的累積長度，不考慮顯示的回波幅度）。

圖1 回波幅度評定區域劃分簡圖

4 結語

超聲波檢測的操作看似簡單，實則需要足夠的經驗。同時，需要掌握一定的材料、焊接、聲學等方面的知識，深入了解相關規范和標準，并能靈活運用，以保證檢測結論的準確性和可靠性。