超聲波探傷在網(wǎng)架桿件焊縫缺陷檢測中的應(yīng)用

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

關(guān)鍵詞：桿件斷裂；超聲波探傷；缺陷

網(wǎng)架的焊縫焊接質(zhì)量直接影響結(jié)構(gòu)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(wǎng)架結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。因此，我們需要對網(wǎng)架桿件焊縫缺陷產(chǎn)生原因進行分析，并采取有效的技術(shù)措施做好檢測，以保障網(wǎng)架桿件焊縫的施工質(zhì)量?；诖耍疚木统暡ㄌ絺诰W(wǎng)架桿件焊縫缺陷檢測中的應(yīng)用進行了探討，相信對有關(guān)方面的需要能有幫助。

1 工程概況

某地鐵站的站房屋面網(wǎng)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(wǎng)架，節(jié)點采取螺栓球節(jié)點和焊接球節(jié)點相結(jié)合的結(jié)構(gòu)模式，設(shè)計焊縫質(zhì)量等級為二級。

2 桿件焊縫斷裂分析

網(wǎng)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(wǎng)架結(jié)構(gòu)自身受力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)焊縫出現(xiàn)2處斷裂，第一處在網(wǎng)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(wǎng)架的中間位置斷裂，同樣也是橫向下弦水平桿，現(xiàn)場實際查看發(fā)現(xiàn)該焊縫是加工引起的斷裂（圖1），而不是安裝或設(shè)計不當引起的斷裂，現(xiàn)場還發(fā)現(xiàn)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(wǎng)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(diào)節(jié)不合理，導(dǎo)致偏弧，錐頭與鋼管出現(xiàn)未熔合、虛焊等現(xiàn)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(nèi)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(wǎng)架結(jié)構(gòu)的整體安全和穩(wěn)定，對桿件與錐頭或封板焊縫設(shè)計焊縫質(zhì)量等級為二級熔透焊縫，必須符合GB50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)施工及驗收規(guī)范》焊縫質(zhì)量等級二級要求。由于該網(wǎng)架桿件焊縫出現(xiàn)焊縫處開裂后脫開等嚴重焊接質(zhì)量事故，建議對整個網(wǎng)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(wǎng)架焊縫的承載能力，保證結(jié)構(gòu)的安全。

3 超聲波探傷檢測

根據(jù)設(shè)計圖紙及委托方的要求，依據(jù)JG/T203-2007《鋼結(jié)構(gòu)超聲波探傷及質(zhì)量分級法》的檢測要求，對該網(wǎng)架焊縫內(nèi)部質(zhì)量進行評定。

3.1 儀器的選擇

根據(jù)標準的要求選用A型脈沖反射式數(shù)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(xiàn)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(yōu)點是檢測靈敏度高、波長短，有利于發(fā)現(xiàn)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(guī)格Φ60～Φ219曲率半徑較大，本次檢測桿件規(guī)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(qū)增大，近場區(qū)較大。對于桿件壁厚較薄來說近場區(qū)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(xiàn)焊接缺陷的大小。工件厚度較小，應(yīng)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(qū)也越大，對檢測不利。工件厚度較大及衰減系數(shù)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(jù)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(yīng)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(qū)的檢測，導(dǎo)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(yīng)盡量使聲束垂直于可能產(chǎn)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(jié)束后方便清理、價格低廉的耦合劑，常用洗潔精、化學(xué)漿糊等。

試塊的選擇：根據(jù)JG/T203-2007《鋼結(jié)構(gòu)超聲波探傷及質(zhì)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(diào)節(jié)

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(shù)據(jù)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(xiàn)疑似缺陷的信號波幅應(yīng)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(yīng)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(xiàn)在焊縫偏向中心線位置，幅度大，探頭平移時，波形穩(wěn)定明顯（圖4），根據(jù)標準規(guī)定，進行缺陷的定位和測長，判斷該缺陷為超標缺陷，根據(jù)經(jīng)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(jié)果與檢測結(jié)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(jié)果

4 缺陷產(chǎn)生原因

通過超聲波探傷檢測發(fā)現(xiàn)大部分桿件焊縫缺陷是未焊透、氣孔、夾渣、偏弧。經(jīng)過對現(xiàn)場焊接工藝的了解和檢測結(jié)果分析判斷：①未焊透：桿件裝配未按工藝規(guī)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(dǎo)致焊接過程產(chǎn)生未焊透；防止未焊透措施：應(yīng)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(yīng)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(fēng)大、桿件坡口面污染（如：水、油、生銹等）、焊接操作方法不當?shù)?；防止氣孔的措施：?yīng)當做好防風(fēng)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?shù)?；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(guī)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(shù)，適當調(diào)節(jié)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(nèi)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(yīng)采取適當?shù)拇胧?，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(yīng)逐一進行超聲波復(fù)檢，返修24小時后應(yīng)對返修部位焊縫及熱影響區(qū)增加磁粉檢測，使表面應(yīng)力裂紋得以檢出，從而保證結(jié)構(gòu)的安全。

所有檢測的焊縫和返修復(fù)檢合格的焊縫位置應(yīng)進行表面耦合劑清除，涂刷防銹漆。

6 結(jié)束語

綜上所述，網(wǎng)架的焊縫焊接質(zhì)量直接影響結(jié)構(gòu)的安全，因此，為了確保網(wǎng)架桿件焊縫的施工質(zhì)量，我們就需要對缺陷產(chǎn)生的原因進行科學(xué)的分析，并采取相應(yīng)有效的技術(shù)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(zhì)量。

參考文獻：

[1]盧琴玉.超聲波探傷在建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測中的應(yīng)用[J].福建建材.2011（04）.

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