超声波探伤技术在钢结构焊接中的实际应用

■王素云 ■武汉国检检测技术有限公司，湖北 武汉 430062

超声波探伤技术是利用超声波探伤仪进行超声检测的一种技术，超声检测是无损检测的常用方法之一。超声波探伤仪的基本原理是:如果被检测材料出现问题，超声波在传播的过程中会受材料内部组织变化的影响，从而根据影响程度来判断材料的质量。超声波探伤仪的基本结构图如图1 所示:

图1

1 国内钢结构焊接中出现的问题及原因

1.1 夹渣、气孔

出现夹渣主要是因为在进行钢结构焊接时未将焊缝内的熔渣或者其他杂质清理干净，这些夹渣形状各异，主要有点状和条状夹渣之分。点状夹渣在某种意义上与点状气孔类似，在进行超声波探伤时反射出来的信号相差不大。条状夹渣的回波信号表现明显，通过超声波探伤仪可看出其形状与呈锯齿状类似，条状夹渣的波幅较低，且随超声波探测仪探头位置的改变而改变，波形一般表现为树枝状。

气孔是在钢结构焊接时由于温度过高，焊缝中融入大量气体，在焊缝冷凝时气体没有得到完全排除，从而随着焊缝的凝固而在焊缝中形成形状大小各不相同的孔穴。这些孔穴的形状以球形为主，按照气孔的密集程度可以分为单个与密集气孔。在检测焊接过程中，单个气孔与密集气孔的波高、波形均会有所不同。单个气孔的回波高度以及波形一般不会随着探测方向的改变而改变，但是在探头移动之时会波高会立即消失。由于密集气孔是由多个大小不一的单个气孔组成，在改变探头位置时，波高会出现高低不同的迅速改变。

1.2 裂纹

裂纹对钢结构焊接的质量有着极大的威胁，所以在进行钢结构焊接工作时做好裂纹防治工作时非常重要的。应力是影响钢结构焊接产生裂纹的主要原因，根据裂纹产生温度的不同可以分为热裂纹与冷热温之分，顾名思义，热裂纹是在高温的条件下产生，而冷裂纹是钢结构构件在焊接结束后经过长时间的凝固形成的。根据裂纹产生位置的不同可以分为横向裂纹、纵向裂纹、焊趾裂纹以及根部裂纹，当裂纹与焊缝方向相平行时称为横向裂纹，横向裂纹主要受焊缝速度及钢结构质量的影响;裂纹与焊缝方向相垂直时称为纵向裂纹，纵向裂纹则主要与作用在钢结构构件焊缝处的应力有关，焊趾裂纹一般与钢结构材料的表面相垂直，根部裂纹则是位于焊缝根部的裂纹，焊趾裂纹与根部裂纹均属于冷裂纹。

1.3 未焊透、未熔合

在焊接的过程中，对焊接接头处的金属没有进行充分的熔化，导致出现未焊透现象。未焊透的位置主要在焊缝处，且长度会有所限制。利用超声波探伤仪进行探测时，能够较轻易地判断焊缝处是否出现未焊透现象，超声波探伤仪的探头在进行平移时，未焊透处的波形相对于焊缝两侧更为稳定，并且焊缝两侧的波幅大基本相同，而未焊透处与焊缝两侧的波幅出现明显的波动。

未熔合与未焊透的形成原因在某种程度上大致相似，未熔合是指在焊缝处填充的材料与钢结构材料之间没有充分熔合在一起，其反射波的波形变化与未焊透的波形变化基本相同，但是焊缝两侧的波幅相差较大，有时可能会出现一侧能探测到波幅，而另一侧则无的现象。

2 超声波探伤的主要要求

2.1 探伤人员素质的要求

超声波探伤工作是否达到要求，与技术人员的素质是否过关有着紧密联系。企业要充分重视探伤人员的素质问题，对企业现有的探伤人员进行素质考核，在了解探伤人员的实际情况之后，再制定科学合理的培训方案，培训过程中可进行不定期考查，对于素质一直得不到提高的人员可以选择淘汰，以此来调动探伤人员的提高素质积极性。如果企业需要重新招揽探伤人员，在选拔时需要求其具有相应的检测方法的等级资格证书，并且在安排任务时，要严格按照所持有的资格证书等进行安排，此外，企业可指定相关的责任制度，将责任落实到个人身上，尽可能提高探伤人员的素质。

2.2 超声波探伤仪的要求

选择探头时，需要根据探头在检测时发出的声波束与钢结构焊缝之间的实际距离，若距离在1.64 倍的进场区之内，则选取的探头不合理，反之，则选取的探头是合理的。进场区的示意图如图2 所示:

图2

探头选择的计算公式为:N=(F/λ)()-L(λ:波长，F:晶片面积，N:进场区，:入射角，:折射角，L:入射点与波源之间的距离)

为了更好的做好检测工作，需要根据钢结构构件的实际情况选用科学合理的探头频率及角度。选择探头频率主要根据构件的厚度，对于厚度较大的构件，在进行检测时不适合选用高频率的探头，因为这种探头的穿透力较差。但在一般情况下，如果构件的厚度在高频率探头适用范围内，应以越高频率的探头优先选用，实际检测中，还应以钢构件的实际情况为主。探头角度的选择以构件的厚度及焊缝类型为主要考虑因素，建筑板材一般使用折射角为60°或是68°为宜。

3 超声波探伤技术在钢结构焊接中的应用

3.1 初步探伤

在进行探伤工作时，首先要做好对图纸的了解工作，明确图纸中对焊接技术的相关要求。在探测缺陷时，对不同的缺陷所用探头扫查方式也有所不同，纵向缺陷可用探头作锯齿扫查，如下图左所示，横向缺陷可用探头作斜平行扫查，如图3 右所示.要严格按照目前我国相关部门对钢结构的相关规范标准进行操作，探伤人员不可凭借自己的经验来任意进行工作，否则会降低焊接质量，严重时甚至会造成严重的经济损失。探伤人员需要拥有过硬的专业知识，才能将探伤工作做好。初探时，要仔细观察回波信号的情况，并及时做好记录工作，尽可能做到不错不漏，为后面的检测工作提供更加精确有力的依据。

3.2 精确探伤

图3

精确探伤最重要的就是要做到“精确”二字，在进行精确探伤工作时，与初步探伤的方法是一样的，只是在探伤的过程中降低速度，将检测做的更加仔细，以防出现漏测现象。在初探中出现的问题，精确探伤中仍然要进行检测，对有问题的地方着重标记，这样方便找到问题的根源，并改进今后的焊接技术。在出现缺陷的地方要重复探伤，以避免伪缺陷的存在。进行精确探伤工作时要求探伤人员有着高度责任心，根据焊缝的实际长度来计算探伤的比例，并不是根据探伤人员在工作中积累的经验随意制定探伤比例。对于允许范围内出现的缺陷可根据实际情况增加探伤的长度，但是所增加的探伤长度应大于缺陷长度的10%。

3.3 重复探伤

重复探伤主要针对前两次的探伤进行再次检查以及核对检测结果，这个环节所用的探测方法与前面两次相同，由于有了前面两次的探伤工作作为基础，所以这次探伤检测的速度可适当加快，但是也不可掉以轻心，对前两次出现缺陷的地方要特别注意。

4 结语

超声波探伤技术在钢结构焊接中的逐渐应用，给我国的工业发展带来很大的便利。超声波探伤工作对探伤人员及超声波探伤仪的要求较为严格，探伤人员需要有过硬的专业知识及技术，对不同的钢结构焊缝需要选择不同的探头等。通过加强对各方面的要求，以提高钢结构焊缝的质量，尽可能减少焊缝问题的出现。

［1］陈应龙，武林英.超声波探伤技术在钢结构检测中的应用［A］.2014.

［2］卢琴玉.超声波探伤在建筑钢结构检测中的应用［J］.福建建材，2011(04):30-32.

［3］唐国忠.超声波无损探伤检测钢结构焊接质量分析［J］.机械工程师，2013(07):234-235.

［4］赵荣岐.浅谈建筑钢结构焊接质量控制［J］.赤子(上中旬).2014(17):314-315.

［5］于建军.焊缝的超声波检测技术研究［D］.新疆.新疆农业大学.2005(05).