箱型杆件对接焊缝超声波检测
箱型杆件对接焊缝超声波检测
沈明强 喻 强
（上海宝冶工程技术有限公司,上海 200941）
摘要：某钢结构工程中主要的现场焊接工程内容是箱型杆件的对接焊缝焊接，其焊接工艺、焊接过程决定了容易出现的缺陷类型。分析和整理现场焊接的焊缝手工超声波探伤方法，并分析缺陷波与实际中的伪缺陷的区分办法，能有效避免检测过程中的误判。
关键词：超声波检测；箱型杆件；对接焊缝；钢结构
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某钢结构工程采用的是钢结构网壳形式设计，该结构具有坚实耐用、可塑性强、造型新颖别致的特点。此工程大约由1680个形状各异的中央连接节点和6120根箱型杆件现场焊接而成，由于都是现场吊装焊接，所以其焊接条件环境以及构件本身的几何条件对焊接质量提出了很高的要求，保证焊缝质量显得尤为重要，具体结构如图1、图2所示：
1 现场焊接条件及焊接缺陷
该钢结构工程采用一个中心节点分支出多个封闭接头与对应的箱型杆件对接而成（如图3所示），为了保证焊缝部位的两边母材在施焊后完全熔合，焊接前对预制的箱型杆件采取开坡口处理，并在箱型杆件内侧都预先点焊好4mm的衬板（如图4、图5所示），现场焊接主要是采用CO2气体保护焊。此种焊接方法受环境影响因素较大，易造成气孔及未熔合等缺陷，箱型杆件端部转角处存在焊接死角，且由于杆件在窄面存在焊接行程距离太短易形成缺陷；在实际检测当中发现箱型杆件衬板与箱型杆件内壁间隙过大易造成实际焊接当中的焊缝根部缺陷。通过现场实际检测，发现焊接常检测出的缺陷有密集性气孔、不规则状夹渣、根部的未焊透和裂纹等缺陷。
2 检测技术条件及检测方法
根据GB 50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》要求确定钢结构探伤检测采用GB/T11345-1989《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》及JG/T203-2007《钢结构超声波探伤及质量分级法》，确定焊缝的超声波检测方法评定等级、验收等级和探伤比例分别为B类II级100%检测。
2.1 耦合剂和试块的选择
检测中采用化学浆糊（CMC）作为耦合剂，仪器、探头和系统的组合性能调试选用CSK-IB试块，检测中的距离-波幅曲线采用对比试块RB-1、RB-2或RB-3试块调节。
2.2 探伤仪、探头的组合性能选择
超声波探伤时选用A 型显示脉冲发射式超声波探伤仪TS-2028C，仪器工作频率、精度、线性和水平垂直线性满足GB/T11345-1989及JG/T203-2007标准要求。探头符合
GB/T11345-1989及JG/T203-2007标准的探头要求。因现场焊接件杆件的厚度有6～80mm不等厚，根据以下表格在实际检测中选中探头.
2.3 探伤仪器校准
选用CSK-IB试块调整仪器的和探头，确定探头零点与实际K值，调节水平线性为1：1调节。仪器采用TS-2028C，根据最大厚度不同确定使用RB-1、RB-2或RB-3对比试块制作距离-波幅曲线。为了方便检测在同时选用了RB-1和RB-3确保了厚板与薄板检测要求，同时避免了重复更换探头，提高了检测效率。
2.4 检测方法
箱型杆件对接接头在实际当中的检测区域的条件限制，打磨条件不好，由于强力组对等工序的原因，造成扫查面有凹坑，不易耦合。对于表面状态达不到要求的要进行修磨。杆件连接时在几何结构上存在探伤作业面的狭小情况，故选用探头时选择探头连接线为水平的，以保证探头的作业。实际检测当中根据以往经验，采用了初探、精探和复探三遍检测方式。
2.4.1 初探
根据现场条件及板厚按表1要求选择探头，并且在调好的距离-波幅曲线灵敏度且增加了表面补偿3～4dB的基础上再提高4~6dB，确保检测区域内的评定线位于示波屏满刻度的20%波高，用锯齿型、斜平行和平行扫查法，斜探头快速扫查整条焊缝，密切注视示波屏上的回波信号，发现有疑似缺陷波在相应部位做好标记，为下一步缺陷判定做好准备。
2.4.2 精探
扫查方式同上，速度较初探慢点。并对初探检测出来的疑似缺陷波标记位置进行仔细检测，确定是否为缺陷波。如是缺陷波，找出缺陷的最高回波并对其做好定位、定长，并做好记录，以便返修。在精探试采用前后、左右、转角等移动探头的方式，对已发现的缺陷进行精确定值。实施步骤如下：
（1）找到目标缺陷最大回波并确定回波所在区域，把初探时提高的dB值降低到正确的检测灵敏度，再对回波进行定区，判断回波在距离-波幅曲线上I,II,III哪个区，原则上I区以下的缺陷回波不作记录和评定（如果怀疑为裂纹等危害性缺陷的特征回波，采取换用不同K值得探头，观察动态波形等措施做进一步分析检测）。当回波在II,III区时进行步骤（2）和（3）。
（2）对目标缺陷定位和排除为伪缺陷，根据最高回波在示波屏上对应的水平和垂直距离确定目标的缺陷的实际位置，判断其在检测区域（焊缝及热影响区）之外或之内；若在之外，基本判断为伪缺陷，在之内的初步判断为缺陷，应根据其垂直距离并利用K值判断回波的对应实际深度和水平距离。
（3）缺陷定长和记录，当缺陷反射波只有一个高点，位于II区或II区以上，采用半波法（6dB法）进行测长。多个缺陷反射回波有多个高点时，应分别找到左右两端的最高回波，再用端点半波法（6dB法）测长。当反射波波峰位于I区认为有必要定量记录时，将探头左右移动使波幅分别降到评定线处为端点，此两端点之间的距离即为缺陷的指示长度。详细记录以上所诉的回波信息，在需要返修的焊缝做上标记。
2.4.3 复探
复探时使用不同角度的探头在已检测焊缝两侧使用相同的检测方法快速扫查。
3 回波分析与非缺陷回波的判别
3.1 缺陷与回波分析
在现场对超声波检测出有缺陷的焊缝，进行碳弧气刨，直观检测确认时，发现各缺陷对应的缺陷波主要特征如下：
（1）点状缺陷（气孔）主要特征是超声波检测时，在不同方向探测，缺陷回波无明显变化，气孔的回波高度低，波形较稳定，从各个方向探测反射波高大致相同，但稍移动探头就消失。而金属夹渣或非金属夹渣的反射波要低一些，波形宽，呈齿形；密集性气孔为一簇反射波，其波高随气孔的大小而不同，当探头作定点转动时，会出现此起彼落的现象。（静态波形参照示意图如图6）
（2）裂纹 主要特征是超声波检测时裂纹回波较高，波幅宽，会出现多个波峰。探头平移时，反射波连续，波幅有变动；探头转动时，波峰有上下错动现象。另外，裂纹也易出现在焊缝热影响区，而且裂纹多垂直于焊缝，探测时应在平行于焊缝方向扫查。此时如有缺陷，超声波能直射至裂纹，便于发现。（静态波形参照示意图如图7）
（3）未焊透 这种由于焊缝金属没有填充到接头根部而形成的。分布在焊缝根部，两端较钝，有一定长度，属于面状缺陷。超声波检测时主要特征是当探头平移时，未焊透反射波波形稳定；从焊缝两侧探测，均能得到大致相同的反射波幅。（静态波形参照示意图如图8）。
（4）未熔合 其形成原因是在熔接时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间未完全熔化结合的焊缝位置。主要特征是当超声波检测时，超声波垂直入射到其表面时，回波高度大。探头移动时，波形较稳定；两侧探测时，反射波幅不同，有时只能从一侧探测到。（静态波形参照示意图如图9）
3.2 伪缺陷波的判别
由于检测的箱型杆件内部都有4mm的衬板，根部反射较为复杂，使用二次波检测时会同时出现多种干扰回波，较难辨别，故主要采用直射法进行评判，二次波回波为参考，且对可疑缺陷回波采用多角度探头复核。并且对于薄板焊缝检测时尽量采用大K值以减少盲区。
3.2.1 焊缝上下错边引起的反射波
在现场安装吊装时，发现箱型杆件与封闭接头对接时存在不平整，有上下错位现象。在焊缝较低一侧检测时，焊角反射回波很像焊缝内部的缺陷，回波水平位置一般在焊缝中间，当探头移动到另一侧时，一次波前没有反射回波。
3.2.2 超声波在耦合剂表面形成的干扰波
检测时发现，由于焊缝表面有沟槽，且由于探测面的不平整造成了超声波在构件表面的传播，遇到了焊缝的一些沟槽被反射回来并被接收。回波常出现在一次波前，易造成误判。干扰回波的水平位置靠近始波，有的与始波部分联合在一起，但是其波形较为稳定。此时用手沾上耦合剂在焊缝表面沟槽处拍打，会发现波峰上下跳动，判断为干扰波。
4 结 语
该工程中箱型杆件现场吊装过程中拼装难度较大，且涉及到全方位焊接，容易产生不同类型的缺陷，如何对焊接质量的过程进行控制，保证整个焊接工程的焊缝质量非常重要。通过科学编制箱型杆件检测工艺，并总结分析出相关可能出现的缺陷及回波显示情况，方便了现场检测人员对检测结果的评定，有效的提高了检测效率及准确率，及时准确的将一些焊接质量问题反馈给施工方，确保了工程的进度及安全质量要求。
参考文献
[1] 张文科：《超声波探伤中缺陷波和伪缺陷波的判别》[J]，《无损检测》编辑部，2005年第1期
[2] 李海娥：《建筑钢结构梁、柱焊缝的手工超声波探伤》[J]，《无损检测》编辑部，2008年第10期
[3] GB/T11345-1989《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》[S].
[4] JG/T203-2007《钢结构超声波探伤及质量分级法》[S]
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