超聲波探傷技術在鋼結構無損檢測中的應用研究

陳彥龍

摘 要：通過超聲波探傷技術，可以檢測到肉眼無法觀測的結構內(nèi)部情況，達到無損檢測的要求，還能提高檢測的準確性，對鋼結構的應用具有較大的幫助。結合具體檢測實踐和工作經(jīng)驗，詳細論述了鋼結構無損檢測中對超聲波探傷技術的有效應用，重點歸納總結了鋼結構無損探傷檢測技術的應用要點，希望能夠進一步提高相關技術的應用水平，為鋼結構施工提供全面保障。

關鍵詞：超聲波探傷技術；鋼結構；無損檢測；應用

中圖分類號：TG142? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）04-0085-03

0 引言

目前，鋼結構已經(jīng)被廣泛應用于現(xiàn)代建筑領域，鋼結構的質(zhì)量與建筑工程的整體質(zhì)量密切關聯(lián)。若是鋼結構質(zhì)量有問題，在施工過程中未能及時發(fā)現(xiàn)，就會給工程建設留下巨大隱患。

超聲波檢測技術作為當前工程檢測的主流技術，具有非常顯著的應用優(yōu)勢，在鋼結構檢測中得到了廣泛普及。但超聲波探傷技術的應用也有著嚴格要求，如何全面把握應用要點，也是相關人員需要重點思考與實踐的重點。

1 基本概述

超聲波無損探傷技術的原理就是利用超聲檢測儀對被檢測對象發(fā)射和透射超聲波，頻率范圍通常在1～5 MHz，以此來對鋼結構金屬材料焊縫中的缺陷進行檢測，如裂紋、未熔合、未焊透等，能夠有效判定缺陷所處的位置。

超聲波無損探傷技術具有設備簡便、檢測效率高、結果精準等優(yōu)勢，是當前自動化檢測的代表性技術。另外，超聲波無損探傷檢測對檢測對象的要求相對較低，在材料屬性、制造工藝、規(guī)模大小等方面沒有太多局限，所以被廣泛應用于建筑無損檢測領域。當然，超聲波無損探傷技術也存在一定的局限，就是不適用于形狀復雜、表面粗糙、粗晶材料的檢測。

超聲波無損探傷技術主要包括人工探傷和自動化探傷兩類。因國內(nèi)鋼材生產(chǎn)企業(yè)對鋼材坯料無損探傷重視度較低，所以在鋼結構生產(chǎn)環(huán)節(jié)基本以人工探傷為主[1]。人工探傷具有可操作性強、適用范圍廣的優(yōu)勢，但也存在耗時較長、用工較多的缺點。為確保建筑工程質(zhì)量，除了加強鋼結構生產(chǎn)環(huán)節(jié)的檢測把關外，還應該結合人工探傷與自動化探傷，對鋼結構質(zhì)量進行獨立檢測，最大程度地消除鋼結構質(zhì)量風險。目前，這種結合正在受到越來越多的關注，并開始應用于所有鋼結構檢測領域，有著十分廣闊的發(fā)展前景。

2 鋼結構無損檢測中超聲波探傷技術的應用范圍

2.1 鋼結構焊接檢測

在鋼結構焊接中，超聲波無損探傷技術有著非常重要的應用價值，通過對焊接施工質(zhì)量的檢測，能夠有效判定鋼結構焊縫等級，進而為后續(xù)施工提供一定依據(jù)。

目前，我國已經(jīng)出臺了相應的焊縫等級分類標準和檢測方法，施工企業(yè)只需根據(jù)相關標準實施檢測，對鋼結構焊接質(zhì)量進行客觀評估，并做好后續(xù)質(zhì)量管理。

2.2 壓力管道強度檢測

超聲波無損探傷技術在壓力管道強度檢測領域也有著重要的應用價值，通過檢測能夠全面了解壓力管道的結構缺陷、焊接方法、受力狀態(tài)等，進而判定其是否滿足設計標準和施工要求。另外，還可以通過具體強度檢測能夠為后續(xù)強度施工提供可靠依據(jù)。

2.3 壓力容器厚度檢測

超聲波無損探傷技術還可以應用于壓力容器厚度檢測，即通過對檢測對象材質(zhì)結構、空間狀態(tài)等信息的分析，準確把握壓力容器厚度，進而明確相關部位的質(zhì)量風險，提高施工質(zhì)量[2]。

3 鋼結構無損檢測中超聲波探傷技術的應用要點

3.1 做好準備工作

3.1.1 注重專業(yè)隊伍建設

為了確保檢測結果的精準性，要求檢測人員必須具備足夠的專業(yè)能力，持有專業(yè)證書，把握相關專業(yè)知識。只有在檢測人員全面了解金屬材料和焊接知識，熟練使用超聲波檢測設備，精準識別超聲波形，了解相關標準和之后，才能確保檢測技術高效應用。

3.1.2 保證儀器設備質(zhì)量

超聲檢測儀和試塊必須符合相關標準，即JB/T10061-1999《A型脈沖反射式超聲波探傷儀通用技術條件》、GB/T23905-2009《無損檢測超聲檢測用試塊》以及JB/T9214-2010《無損檢測A型脈沖反射式超聲檢測系統(tǒng)工作性能測試方法》，做好儀器性能與系統(tǒng)性能的測試，確保測試結果符合相關標準[3]。

3.1.3 合理選用耦合劑

耦合劑作為重要的填充劑，不僅能夠提高超聲波透射率，還能夠起到潤滑作用，提高探討移動效率，降低磨損率。在超聲無損探傷檢測中，要盡量選擇具有較強流動性、透聲性，且價格低廉、安全性高的耦合劑，如機油、化學漿糊等。

3.1.4 做好焊縫準備

在實施超聲波無損探傷檢測前，要對被檢測對象進行全面清理，必要時要進行打磨處理，以確保鋼結構焊縫兩側探頭移動區(qū)寬度1.25p范圍內(nèi)表面粗糙度在0.5 mm以下。同時考慮焊縫與試塊聲能性能存在的差異，一般通過提高4dB的方法實施表面補償，或根據(jù)GB/T11345-2013《焊縫無損檢測超聲檢測技術、檢測等級和評定》附錄F，對聲能傳輸損失差值進行有效測定[4]。另外，還要保證焊縫檢測時的溫度與試塊調(diào)節(jié)儀上的溫度差值不要超過15℃，確保耦合劑的統(tǒng)一。

3.1.5 合理調(diào)節(jié)儀器設備

在對鋼結構實施檢測前，要對檢測設備實施合理調(diào)節(jié)。

首先，在CSK-IA試塊上獲取直徑50 mm、100 mm弧面的最高反射回波作基線調(diào)節(jié)，對聲速、零偏和探頭前沿進行全面測定。

其次，在CSK-IA試塊上獲取φ50 mm圓孔的最高反射回波，對探頭折射角度進行測定。在RB試塊上獲取三個及以上的φ3 mm×40 mm橫孔反射體的最高反射回波，并依此制定DAC曲線，同時要保證最深反射體深度大于兩倍母材厚度。

最后，結合檢測標準中規(guī)定的檢測靈敏度標準，分別將評定線、定量線和判廢線分別設為-14dB、-6dB和0dB。

3.2 做好焊縫內(nèi)部缺陷的全面掃查

當鋼結構焊縫外觀檢測合格、焊接時間達標后，對鋼結構焊縫內(nèi)部結構進行全面檢測，具體可以分為初步掃查、精細掃查和復核掃查。

掃查要根據(jù)B級檢測等級相關標準實施，借助斜探頭在焊縫單面雙側實施檢測。當條件不夠時，可以采用兩個斜探頭進行單面、單側的逐一檢測。

3.2.1 初步掃查

在確保探頭靈敏度的基礎上，將斜探頭放在焊縫一側，與焊縫長度走向垂直進行鋸齒狀的反復檢測，以實現(xiàn)單面雙側的初步掃查。掃查寬度要在1.25p以上，檢測速度要適中，避免出現(xiàn)掃查遺漏區(qū)域，在反復檢測的時候要重疊10%的探頭寬度。

在檢測過程中還要觀察屏顯，若是發(fā)現(xiàn)高于評定線的回波信號，要及時標記，為后續(xù)精細掃查提供可靠依據(jù)。鋸齒狀檢測是為了檢測出內(nèi)部縱向存在的缺陷，而橫向檢測就要實施平行或斜平行掃查。

3.2.2 精細掃查

在對鋼結構焊縫進行精細掃查的時候，需要依據(jù)初步掃查環(huán)節(jié)的標記信號展開。對標記位置進行多角度、多方向、多層次的全面掃查，并結合焊縫結構尺寸信息進行真假判定。在排除所有偽顯示后，找出欠缺最高反射回波，并對其幅度、位置進行記錄。采用6dB法或端點峰值法對所標記長度進行測量，同時做好記錄。重復上述流程對所有初步掃查環(huán)節(jié)的標記實施檢測。

3.2.3 復核掃查

通常來講，初步掃查和精細掃查已經(jīng)能夠較為全面、精準地獲得檢測結果，但對于個別異常或疑難反射回波，則需要進行復核掃查。

復核掃查要更換檢測人員、豐富探頭角度、轉變掃查面等，對內(nèi)部缺陷進一步驗證。如果在復核掃查后還不能解決相關疑難信息，就要采用射線檢測的方法實施驗證，以確保檢測結果的精準性[5]。

3.3 超聲檢測結果客觀評級與判定

根據(jù)缺欠最高反射回波幅度高低與指示長度長短信息及GB50661-2011《鋼結構焊接規(guī)范》，可將鋼結構焊縫超聲無損探傷結果按照質(zhì)量由高到底的排序劃分成4個級別，分別是I、Ⅱ、Ⅲ、IV級。將檢測結果與既定標準進行對照，能夠客觀合理地對鋼結構質(zhì)量進行判定。

根據(jù)GB50205-2020《鋼結構工程施工質(zhì)量驗收標準》：一級鋼結構質(zhì)量檢測結果評級為I級或II級時就屬于質(zhì)量合格，III級或IV級則屬于質(zhì)量不合格。二級鋼結構質(zhì)量檢測結果評級為I級、II級或III級時屬于質(zhì)量合格，評級為IV級時屬于質(zhì)量不合格。

一旦檢測結果判定為不合格，就需要更換或返修，并根據(jù)原檢測標準和流程實施復檢。若是采取的是抽樣檢驗，那么還要結合GB50661-2011《鋼結構焊接規(guī)范》相關規(guī)定，對檢驗批實施結果判定。

4 超聲波探傷技術在鋼結構無損檢測過程中的應用

4.1 超聲波探傷技術在鋼結構未熔合問題中的應用

未熔合問題一般表現(xiàn)在鋼結構各種金屬填充物并未嚴格遵照預期結果進行融合，致使結構存有很大的缺陷。導致這種問題可能的原因有焊接中坡口問題處理不佳、電流太小、焊接操作太過粗糙等[6]。

在未融合問題的檢測中，片狀分布問題和裂紋的反饋波長都頗為相似，聲波圖變化較為明顯，聲波上下波動的幅度十分顯著，在特定條件下，可能產(chǎn)生多個峰值。當檢測設備在檢測物質(zhì)上水平緩慢移動時，在設備界面中看到聲波呈現(xiàn)平穩(wěn)的走勢；當設備轉向時，聲波浮動就會呈現(xiàn)出不規(guī)律。在進行未融合問題的監(jiān)測時，若是沒有特定結果，檢測設備會出現(xiàn)有時兩邊都可探測到問題，有時會在一邊發(fā)現(xiàn)問題，但這兩種檢測結果呈現(xiàn)的波形圖并不相同。

4.2 超聲波探傷技術在鋼結構未焊透問題中的應用

鋼結構的焊接時很容易出現(xiàn)未焊透的問題，這是因為一些金屬構造在強力焊接中依舊未實現(xiàn)完美融合。若是鋼結構焊接沒有焊透，設備的機械性能就會遭受很大影響。

鋼結構焊接沒有焊透可能的影響因素有：①焊接操作中電壓過小致使電流強度不佳；②焊接操作過于看中速度，缺少細致性；③坡口設置的角度缺少合理性；④焊接角度與正方向等發(fā)生偏離。所以，檢測人員需嚴謹對待檢測工作，防止出現(xiàn)問題。

在探傷技術使用中，倘若其反饋的聲波頻率很大，波動較為明顯，此時就需要平行且緩慢地移動探測設備進行檢測，這樣顯示屏中的波動趨勢就會變得十分平穩(wěn)，不會產(chǎn)生強烈波動的波段[7]。在檢測到問題時，其兩側就會發(fā)生聚集應力點，嚴重影響鋼結構投入使用，很可能會導致鋼產(chǎn)品表面產(chǎn)生裂開的紋路。

若想防止出現(xiàn)鋼結構未焊透的問題，相關人員需嚴格掌控焊接過程，規(guī)避未焊透問題，為鋼產(chǎn)品的安全使用提供保障。

4.3 超聲波探傷技術在鋼結構氣孔問題中的應用

鋼結構未處在真空狀態(tài)中，會致使高溫狀態(tài)下金屬層吸收大量氣體，卻不能通過其他的途徑得以排放，導致鋼結構內(nèi)部出現(xiàn)主要以橢圓、球形為主的空隙，這些空隙被稱為氣孔。另外，鋼結構的零件沒有根據(jù)標準要求烘干、坡口擁有大量的雜質(zhì)或者氣體維護效果差，都可能引發(fā)氣孔。

氣孔通常分為密集型或是稀疏型兩個形態(tài)。氣孔問題的檢測也是超聲波探傷技術常見的檢測內(nèi)容。在檢測結果的界面中，簇狀的反饋波長代表其氣孔形態(tài)作為密集型氣孔。氣孔的形狀及規(guī)模將會對波形和波動頻率存有直接影響。

另外，移動探測設備顯示屏中上下浮動波形圖，可能是因為焊條材料保護不佳而產(chǎn)生氣孔，導致藥皮脫落或是材料遭受嚴重腐蝕造成的，或者是焊接模式導致的氣孔問題。所以，鋼結構焊接中應進行實時監(jiān)控，焊接人員需嚴格操作，可有效規(guī)避此類問題[8]。

5 結語

鋼結構的應用能夠滿足建筑領域高空間、大跨度的要求，因此鋼結構的可靠性以及質(zhì)量是非常關鍵的。所以，超聲波無損探傷技術在鋼結構質(zhì)量檢測中有著非常重要的應用價值，其具有精準性強、操作簡單、成本較低等優(yōu)勢，能夠給鋼結構項目的質(zhì)量與安全帶來相關的技術保證。

參考文獻

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[3] 袁建國.關于鋼結構無損檢測中超聲波探傷技術的應用[J].地產(chǎn)，2019（16）：156.

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