高層鋼結(jié)構(gòu)焊縫超聲波探傷分析

呂亮

（中鐵六局集團(tuán)太原鐵路建設(shè)有限公司 山西省太原市 030013）

引言

在高層建筑中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的時(shí)候，需要注意其焊縫中的各種問題，以免發(fā)生質(zhì)量不過關(guān)的情況，從而對(duì)建筑造成不利影響。根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205-2001）有關(guān)要求，結(jié)合高層鋼結(jié)構(gòu)焊縫的特點(diǎn)做了一些超聲波檢測(cè)技術(shù)研究，對(duì)監(jiān)督施工人員科學(xué)施工，保障建筑質(zhì)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(biāo)性建筑，以220m的海拔代言城市高度，是山西省在建項(xiàng)目第一高的國際5A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的總部經(jīng)濟(jì)概念辦公場(chǎng)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?xì)怏w保護(hù)焊。

2 高層鋼結(jié)構(gòu)焊縫的類型及其缺陷

所謂焊縫，是將沒有連在一起的鋼結(jié)構(gòu)通過加工連接到一起的時(shí)候產(chǎn)生的，以便使鋼結(jié)構(gòu)更具有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也能增強(qiáng)其造型美觀、跨度大的特點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)其他材料不能實(shí)現(xiàn)的一些建筑任務(wù)。由于焊縫是人為焊接形成的，因此會(huì)存在一些質(zhì)量上的缺陷，最終對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程的總體質(zhì)量還有安全情況產(chǎn)生一定影響。在實(shí)際的焊接中存在著焊縫缺陷的問題，分別為內(nèi)部缺陷和表面缺陷。表面缺陷是容易被發(fā)現(xiàn)的，包括燒穿、氣孔等，能被人直觀地感知到，但是內(nèi)部缺陷，例如未焊透、裂紋、未熔合等都不容易被發(fā)覺，因此需要超聲波檢測(cè)技術(shù)來檢測(cè)。

2.1 焊縫的類型和坡口型式

目前來說，高層鋼結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的焊縫類型就有T型焊縫以及對(duì)接焊縫。對(duì)接焊縫一般是在母材的邊緣對(duì)齊基礎(chǔ)上，沿著邊緣來進(jìn)行焊接，所以在外觀上會(huì)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(jìn)行焊接，所以焊縫會(huì)呈現(xiàn)T型。另外，在處理坡口時(shí)，接頭處坡口為了使焊縫看起來更加均勻美觀，主要對(duì)應(yīng)T型、薄板、厚板、中厚板對(duì)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(nèi)部缺陷

因?yàn)楣に囘€有環(huán)境因素的影響，焊縫的內(nèi)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(zhì)上，點(diǎn)狀?yuàn)A渣和單個(gè)氣孔都屬于一般的缺陷，對(duì)焊縫整體的強(qiáng)度沒有那么大影響，而不規(guī)則狀的夾渣、未熔合、未焊透還有裂紋等都屬于比較嚴(yán)重的缺陷，會(huì)對(duì)焊縫整體的強(qiáng)度造成不良影響，降低其性能。

3 超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)

所謂超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)，就是依靠超聲波在經(jīng)過不同介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射這一特點(diǎn)進(jìn)行的。因?yàn)楹缚p存在的缺陷會(huì)影響構(gòu)件中超聲波的傳播，在構(gòu)件的表面附著耦合劑，就能使超聲波在構(gòu)件的內(nèi)部順利進(jìn)行工作。而超聲波一旦進(jìn)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(cè)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(xué)特性來進(jìn)行工作，工作頻率是0.5～5MHz。

4 在高層鋼結(jié)構(gòu)焊縫中應(yīng)用超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)

由于超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，如探測(cè)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(jié)構(gòu)焊縫探傷，但對(duì)操作人員還有構(gòu)件也有著較高的要求，所以應(yīng)用時(shí)也需要注意。

4.1 超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的要求

首先就是選擇探測(cè)面。因?yàn)闃?gòu)件工藝、驗(yàn)收級(jí)別、缺陷狀況等情況的不同，選擇的探測(cè)面也是不同的，這就要工作人員結(jié)合實(shí)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(jié)構(gòu)厚度的不同，選擇的K值也是不同，通常情況下的厚板構(gòu)件需要的K值不高但要有著較強(qiáng)的穿透能力，而薄板則情況相反。另外，鋼結(jié)構(gòu)焊縫在檢測(cè)時(shí)需要選擇2.5MHz和5MHz的探頭，同時(shí)薄壁構(gòu)件焊縫以及網(wǎng)架桿件都需要選擇5MHz。至于折射角，其是一個(gè)重要參數(shù)，需要工作人員結(jié)合實(shí)際情況以及工作經(jīng)驗(yàn)來選擇，一般情況下的鋼結(jié)構(gòu)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(jìn)入構(gòu)件中，就需要選擇那些取材便利又具有較強(qiáng)流動(dòng)性的耦合劑。

4.2 在焊縫的內(nèi)部缺陷中進(jìn)行超聲波探傷技術(shù)的應(yīng)用

4.2.1 探傷檢測(cè)的工藝流程

首先就是要編制工藝卡，然后對(duì)檢測(cè)器材進(jìn)行調(diào)試，并選擇合適的試塊。之后再進(jìn)行焊縫表面的檢查與超聲波檢測(cè)。在完成這些之后，就是判斷缺陷，并且審核返修復(fù)探、簽發(fā)檢測(cè)的報(bào)告等。

4.2.2 焊縫檢測(cè)面

如果是選擇一次反射法進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，因?yàn)楹缚p本身就是檢測(cè)區(qū)域的寬度，同時(shí)焊縫兩側(cè)只有母材厚度一半不到的區(qū)域，所以探頭移動(dòng)區(qū)域需要比1.25P（P=2KT）大。但如果是選擇直射法進(jìn)行探測(cè)的話，探頭移動(dòng)的區(qū)域就需要比0.75大。一般情況下，在箱型柱、支撐作用的內(nèi)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(cè)方法，這種方法主要的目的就是查看電渣焊內(nèi)隔板和壁板間有沒有發(fā)生熔透的情況。

4.2.3 校準(zhǔn)和復(fù)核儀器的程序

①就是儀器校準(zhǔn)。一般情況下，每隔半年就需要對(duì)儀器的垂直線性還有水平線性進(jìn)行一次全面的測(cè)定；②在正式檢測(cè)之前，需要測(cè)定儀器還有探頭系統(tǒng)。尤其是使用斜探頭的話，檢測(cè)前要對(duì)斜探頭的掃查靈敏度、主聲束偏離、K值、前沿距離還有調(diào)節(jié)或者復(fù)核掃描的量程等進(jìn)行仔細(xì)的檢測(cè)，只有這樣才能繼續(xù)相關(guān)檢測(cè)工作；③在實(shí)際檢測(cè)的過程中，需要對(duì)儀器還有探頭系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)核。如果改變了校準(zhǔn)的探頭、儀器調(diào)節(jié)旋鈕還有耦合劑，掃查靈敏度或者掃描量程發(fā)生了變化的情況時(shí)，必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)核，另外連續(xù)工作四個(gè)小時(shí)及以上或者工作全部完成了的時(shí)候，在結(jié)束時(shí)也需要進(jìn)行復(fù)核；④在檢測(cè)工作結(jié)束之前，必須要對(duì)儀器還有探頭系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)復(fù)核工作，并且不管是什么時(shí)候，只要檢測(cè)工作結(jié)束前，必須要對(duì)掃描量程進(jìn)行復(fù)核。

4.2.4 繪制距離-波幅曲線

在進(jìn)行曲線的繪制工作時(shí)，需要結(jié)合所使用的儀器還有探頭在實(shí)體上進(jìn)行實(shí)測(cè)得來的數(shù)據(jù)進(jìn)行，這種曲線族組成部分一般包括定量線、判廢線還有評(píng)定線。對(duì)于這種工程來說，在進(jìn)行距離-波幅曲線靈敏度的選擇時(shí)，需要根據(jù)B級(jí)檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

4.2.5 超聲波探傷檢測(cè)的方法

①對(duì)于斜探頭靈敏度來說，其要比評(píng)定線靈敏度更大一點(diǎn)。②耦合的方式應(yīng)該選擇直接接觸方法。③就是要在確保探頭移動(dòng)速度比150mm/s小的同時(shí)，保證每相鄰的兩次探頭移動(dòng)間距最少要重疊探頭寬度的1/10。另外，就是靈敏度補(bǔ)償?shù)墓ぷ?，耦合補(bǔ)償是指在檢測(cè)或者定量缺陷時(shí)，需要對(duì)那些因?yàn)楸砻娴拇植诙榷鴮?dǎo)致的耦合損失采取補(bǔ)償措施，而衰減補(bǔ)償是因?yàn)椴馁|(zhì)的衰減導(dǎo)致缺陷定量以及檢測(cè)靈敏度的誤差而進(jìn)行的補(bǔ)償，而補(bǔ)償數(shù)值要根據(jù)對(duì)比試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。

5 結(jié)束語

綜上所述，目前我國建筑行業(yè)正在蓬勃發(fā)展，但是也面臨著挑戰(zhàn)，想要在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(zhì)量直接影響著整個(gè)工程的質(zhì)量和安全，其鋼結(jié)構(gòu)焊縫缺陷如果不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，那么會(huì)對(duì)整個(gè)工程造成質(zhì)量隱患甚至發(fā)生事故，必須引起建筑企業(yè)的重視。而采取超聲波探傷檢測(cè)的技術(shù)，對(duì)于發(fā)覺焊縫內(nèi)部缺陷十分有利，如果能善于利用，對(duì)解決鋼結(jié)構(gòu)焊縫的相關(guān)問題有著非常重要的作用。只有這樣，才能確保鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量，從而保證整個(gè)工程的安全和質(zhì)量，最終推動(dòng)建筑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。