超声波检测在钢结构焊缝中的应用
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目前现代化钢结构厂房的运用越来越多,它涉及大量立柱、横梁、吊车梁和焊接工字梁的制造及安装,按照图样技术的条件以及规范要求,钢结构件的翼板和腹板采用角焊接的焊缝形式,重要部位焊缝务必焊透。针对需要焊透的焊缝按照技术条件以及规范要求来实行检测,以确保角焊缝内不存在未焊透缺陷。GB50205-2001《钢结构工程施工及验收规范》明确要求用超声波检测方法对角焊缝整个截面进行检测。焊接接头内部缺陷分级应符合现行国家标准GB11345―1989《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级》的规定,焊缝质量等级及缺陷分级见表1。
在对钢结构件T形接头焊缝进行超声波检测过程中,一般采用三种检测方法,笔者进行了比较,并总结出较好的超声波探伤方法,供参考。
1超声波检测在钢结构焊缝中的运用
钢结构中的立柱、Z字形大梁和吊车梁的材料一般为Q235A16Mn钢,翼板厚度一般为12 ~24mm,腹板厚度t一般为6~14mm,钢结构件的长度不等。T形接头焊缝大部分采用手工电弧焊与埋弧焊，一般结构焊脚尺寸定为腹板的t/4,重级工作制和超重量>50t的中级工作制吊车梁腹板与翼缘的焊脚尺寸为t/2,且≯10mm。
GB 50205将焊缝质量等级分为一、二、三级。一、二级焊缝需要进行焊缝内部缺陷检测,应符合GB 11345标准对应的，级质量等级。超声波检测等级采用B级。探伤比例分别为100%和20%(按每条焊缝长度的百分数计且≮200mm)。原则上采用斜探头在焊缝单面两侧对整个焊缝截面进行探测,以防二维(片状)缺陷漏检。超声波探伤仅适用于全熔透焊缝。
1.1在翼板上用直探头检测角焊缝由于在翼板上探伤时看不到焊缝(图1),必须以翼板边缘为准找出焊缝中心,画出一条基准线。采用5N10,5N12窄脉冲直探头,扫描比例为1∶1,使Ф2mm平底孔当量不漏检,利用钢板大平底来调整探伤灵敏度(因窄脉冲探头对近场区有较高的分辨力),在此灵敏度下层状撕裂很容易探出。但只能探测角焊缝中部的缺陷,因为角焊缝的斜面和超声波扩散角使反射波杂乱,缺陷波难以判断;再者由于焊接过程钢结构件发生扭曲变形和翼板产生弯曲现象,至使在翼板上画出的基准也发生变化,因此采用直探头探伤较麻烦,一定情况下存在漏检。
1.2在翼板外侧用斜探头探伤
由于看不见角焊缝,须以翼板边缘为基准或在翼板上以腹板厚度1/2处为准画一条基准线来确定斜探头位置。因为钢结构件在焊接过程中会出现扭曲变形和翼板弯曲,使画出的基准线也发生变化,因此易对反射波产生误判。如以此基准线确定斜探头位置就不准确了,难以判断腹板背面角焊缝中缺陷位置。故不宜采用该方法探伤。
1.3在腹板上进行超声波检测
与平板对接焊缝探伤相似,腹板在焊接后基本平整,对缺陷定位没有多大影响,探伤时能观察到T形焊缝,对缺陷的大小及性质能作出较准确的判断。根据GB 50205标准要求和GB 11345标准第7.2.2款B级规定“原则上采用一种角度探头在焊缝的单面双侧进行检验,对整个焊缝截面进行探测……受几何条件的限制可在焊缝的双面单侧采用两种角度探伤进行探伤……”,由于钢结构件T形焊缝探伤受几何条件的限制,在腹板上检测时可采用两种角度探头在双面单侧进行检测,整个焊缝截面都能查到,确保焊接质量。
1.4对比试块
根据钢结构件腹板不同厚度,制作一套厚度不同的对比试块。对比试块材料应与被检钢结构件腹板一致,其尺寸参数如表2和图2所示。
2超声波探伤条件的选择
选用A型脉冲反射式超声波探伤仪,要求仪器性能指标符合ZBY 84标准规定。因为腹板较薄,因此还要求仪器有较好抑制近场区杂波的能力。探伤中采用单斜探头直接接触法,根据腹板厚度选择K2,K2.5探头。时基线按水平比例1∶1调节。灵敏度按GB 11345标准规定调整。探伤时,斜探头在焊缝腹板侧作锯齿形扫查,同时在移动中作10°~15°转动,间距不大于晶片尺寸。
3距离-波幅曲线的制作
按GB 11345标准,首先用CSK-IB试块校核仪器和探头参数。用RB试块作出时基线,调整好灵敏度。再在对比试块上用1mm横通孔作反射体确定被测试件声程与水平距离,根据不同声程作出距离-波幅曲线。该曲线增加6dB作出判废线,降低6dB作出测长线,中间的距离-波幅曲线为定量线(图3),该曲线适用于8~14mm厚腹板T形接头焊缝探伤,所用灵敏度按GB 11345标准选取。
4钢结构件T形接头实际探伤
GB 11345标准适用于母材厚度≮8mm的铁素体类钢全焊透熔化焊对接焊缝脉冲反射法手工超声波检验,在钢结构件生产过程中,腹板厚6~14mm的T形接头焊缝采用上述实用距离-波幅曲线时缺陷检出灵敏度高,制作的对比试块采用1mm横通孔比标准RB试块3mm横通孔灵敏度高,所以实际探伤要求比GB 11345标准严格,完全能满足GB50205的要求。根据腹板厚度,一般选择K2或K2.5探头,在腹板单面作一次反射法探伤。如腹板厚为8mm的T形接头,由于钢板较薄,焊缝宽度较窄,实际探伤中底波与缺陷波间距小,难以分辨,采用上述对比试块分别作出8,10,12和14mm曲线,再校核仪器,探伤过程中就都能查出缺陷当量。为保证超声波束扫查到整个焊缝截面,还要选择另一K1斜探头,在翼板外侧作一次反射法探伤。这样可满足GB 11345标准B级检验等级规定的两种不同角度探伤要求。腹板厚度为6mm时虽不符合GB 11345标准范围要求,也可参照该方法探伤,也能保证钢结构T形接头焊缝质量。
图3 实用距离-波幅曲线
5T形接头焊缝超声波探伤特点
(1)在钢结构焊缝超声波检测中,由于腹板较薄,焊缝较窄,往往会导致误判,所以需要精确的确定声程距离且根据水平位置明确深度,或用油手轻轻拍打焊缝边缘看反射波是否跳动来全面判断。
(2)当用两种角度探头探伤时,为使超声波束与缺陷垂直,应选择K值较大的探头,一般常选用K2或K2.5探头,以便能检出焊缝中大多数缺陷。
(3)选用先进的超声波探伤仪(如友联360型或CTS-2000型),它们能存取不同的距离-波幅曲线,在使用过程中随时调用,方便探伤。
6结束语
(1)钢结构T形接头焊缝超声检测选择符合实际的探伤方法,能确保检验质量,改善工作效率。
(2)采用被检材料制作对比试块,省去各种耦合补偿。采用实测法制作的距离-波幅曲线探伤,缺陷定量准确。
(3)采用上述超声波检测方法,工作效率高,检测速度快,缺陷定量、定位准确,完全符合GB 11345标准要求。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
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