韓 軍

（大慶石化公司檢測信息技術(shù)中心，黑龍江大慶 163000）

0 引言

超聲波探傷是指探傷檢測人員通過使用儀器發(fā)射聲波經(jīng)構(gòu)件檢測表面耦合劑在其中傳播，設(shè)備探頭會接收聲波遇到諸如構(gòu)件底面、缺陷等反射波，并將其波幅高度、位置等顯示在熒光屏（示波屏）上，超聲波探傷原理如圖1 所示。探傷用超聲波是一種頻率高達(dá)幾百千赫到幾兆赫的高頻率脈沖彈性波。探傷檢測專業(yè)人員根據(jù)相關(guān)計(jì)算方法對熒光屏（示波屏）上反射波信息將構(gòu)件缺陷的大小、位置等計(jì)算出來，使得企業(yè)管理人員能夠準(zhǔn)確掌握鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量，有利于企業(yè)能夠及時發(fā)現(xiàn)焊接質(zhì)量問題并采取相應(yīng)措施。超聲波探傷所用的超聲波對人體基本無害，不存在類似射線探傷檢測的安全隱患，操作安全可靠。

1 鋼結(jié)構(gòu)焊縫類型與焊縫內(nèi)部缺陷探究

鋼結(jié)構(gòu)焊縫中常見的缺陷主要有未焊透、裂紋、夾渣、氣孔、和未熔合等缺陷類型。檢測專業(yè)人員通過結(jié)合工藝情況，根據(jù)顯示器上接收到的缺陷波的位置、大小、探頭運(yùn)動時波幅變化的特點(diǎn)等，可以對鋼結(jié)構(gòu)焊接缺陷的性質(zhì)進(jìn)行大致的判斷，以采取相應(yīng)的解決措施。

圖1 超聲波探傷原理

1.1 焊縫與坡口類型

一般情況下，建筑鋼結(jié)構(gòu)體系分為網(wǎng)架空間與門式鋼架兩大類，二者中最為常見要數(shù)后者，并且其焊縫分為T 形與對接等兩類焊縫。其中T 形焊縫是2 塊鋼材按T 字形焊接所成，而對接焊縫則是將2 塊處于同一空間狀態(tài)鋼材按邊緣對齊焊接而來。

實(shí)踐中要想最大程度地確保2 塊鋼材焊縫區(qū)域熔合效果，需要建筑企業(yè)根據(jù)相關(guān)要求于接頭部位進(jìn)行開坡口處理。根據(jù)焊接方式以及材料不同，較為常用坡口方式有單V 形、X 形等。

1.2 焊接常見內(nèi)部缺陷

實(shí)踐中鋼結(jié)構(gòu)往往由于施工技術(shù)、溫度變化等多方面原因，致使其焊接出現(xiàn)內(nèi)部缺陷。其中，較為常見有裂紋、氣孔、未熔合、未焊透、夾渣等。從性質(zhì)來看，一般缺陷主要是指對整體焊縫強(qiáng)度影響不大的缺陷，包括點(diǎn)狀夾渣、單個氣孔；嚴(yán)重缺陷主要指對整體焊縫強(qiáng)度造成嚴(yán)重影響的缺陷，包括裂紋、群狀氣孔、未熔合、未焊透、不規(guī)則狀夾渣等。

2 超聲波探傷應(yīng)用要求

相比于其他檢測技術(shù)，該技術(shù)具有檢測質(zhì)量高以及操作簡單等特點(diǎn)，同時更有設(shè)備簡便與作業(yè)范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)勢使其具有極大的使用范圍。但要想在實(shí)際工程應(yīng)用中取得良好的超聲波探傷質(zhì)量，探傷檢測人員還必須做到以下幾點(diǎn)要求。

2.1 探傷檢測人員應(yīng)具有較高的專業(yè)技術(shù)能力

由于超聲波探傷主要是利用聲波反射原理實(shí)現(xiàn)對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果波形等信息反映在熒光屏（示波屏）上，要求探傷檢測人員據(jù)此判斷出鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷情況，檢測結(jié)果準(zhǔn)確性高低與探傷檢測人員專業(yè)能力有著極為密切聯(lián)系。因而要求探傷檢測人員應(yīng)具有較高專業(yè)能力，包括持有相應(yīng)等級資格證書以及具備豐富從業(yè)經(jīng)驗(yàn)等。此外需要注意的是，由于超聲波探傷等級資格證書一般分為3 級，探傷檢測人員必須嚴(yán)格按照自己所取得等級資格證書開展相應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)檢測工作，嚴(yán)禁越級作業(yè)。

2.2 做好焊前準(zhǔn)備工作

在對焊縫進(jìn)行探傷檢測前，檢測專業(yè)技術(shù)人員可以先了解結(jié)構(gòu)圖紙，明確知道被檢測鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材質(zhì)、厚度、曲率、坡口形式、焊縫等級、焊接方法等實(shí)際具體情況，以根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)焊接的現(xiàn)場實(shí)際情況選擇出對應(yīng)的檢測探頭。

提前對被檢鋼結(jié)構(gòu)焊縫兩側(cè)母材表面進(jìn)行打磨清理，將混凝土、焊渣、油污、飛濺等雜質(zhì)打磨清除掉，使鋼材表面漏出金屬光澤的面層，以符合檢測要求，打磨寬度按專業(yè)要求一般是2.5倍的K 值與母材厚度的乘積，打磨完成后由專業(yè)人員進(jìn)行檢查，檢查合格后進(jìn)行超聲波檢測作業(yè)。

2.3 科學(xué)選擇探測面與探頭

探頭是一種可逆的聲電轉(zhuǎn)換元件，在探傷過程中起到發(fā)射和接收高頻脈沖彈性波的作用。探頭組成包括壓電晶片、阻尼塊、外殼、電極、保護(hù)膜（斜鍥）、調(diào)諧線圈。探頭種類包括：直探頭（聚焦直探頭、單晶片、雙晶片）、斜探頭（含有表面波探頭、橫波探頭）、可變角探頭、其他探頭（渦流超聲探頭、充水探頭、薄膜探頭）。

由于鋼結(jié)構(gòu)缺陷存在多樣性與不確定性，因此應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際缺陷情況與類型來選擇探測面與探頭。如，在選擇探頭時，應(yīng)當(dāng)依據(jù)鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝、形狀特點(diǎn)、有可能發(fā)生缺陷部位來準(zhǔn)確選擇探頭；在選擇探測面時，應(yīng)依據(jù)焊縫要求以及缺陷可能延伸方向來科學(xué)選擇探測面。

2.4 科學(xué)選擇探頭角度與頻率

對超聲波探傷而言，要想實(shí)現(xiàn)良好地建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測應(yīng)用效果，科學(xué)選擇探頭角度與頻率必不可少。首先在探頭角度選擇中，探傷檢測人員必須在充分結(jié)合建筑鋼結(jié)構(gòu)諸如焊縫坡口類型、預(yù)測缺陷類型與鋼材厚度等實(shí)際情況科學(xué)選擇探頭角度，例如由于大多數(shù)建筑鋼結(jié)構(gòu)所使用鋼材厚度比較小，因而探頭角度不應(yīng)過大。超聲波探傷探頭角度一般選擇K2.0 與K2.5，而在鋼網(wǎng)架桿件檢測中則選擇K3 即可。在探頭頻率選擇中，既要保證超聲波探傷檢測分辨率符合要求，又要確保其具有足夠穿透能力。這是因?yàn)樘絺麢z測人員如果選用頻率較低探頭作業(yè)時，則會導(dǎo)致探傷檢測分辨率不足，而一旦頻率較高時便致使超聲波穿透力因衰減增大而降低，造成檢測因此而難以保障。對此，探傷檢測人員應(yīng)當(dāng)在充分結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)工程諸如材料厚度等情況基礎(chǔ)上科學(xué)選擇探頭頻率，通常在鋼結(jié)構(gòu)檢測中選擇2.5 MHz 探頭即可。

2.5 科學(xué)選用耦合劑

在檢測建筑鋼結(jié)構(gòu)缺陷時，應(yīng)保證所采用耦合劑具備良好流動性與透聲性，并且需對人體與材料無害。市面上存在多種耦合劑，在選擇時，在保證質(zhì)量前提下，盡可能選擇價格實(shí)惠的耦合劑，也可使用洗潔精來充當(dāng)耦合劑。

3 超聲波探傷在建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測中的應(yīng)用

3.1 箱形柱和梁連接焊縫超聲波探傷

通過對多層建筑鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力分析可知箱形柱所受力最大，然而箱形柱受到諸如焊接技術(shù)偏低、監(jiān)理不力等因素影響，導(dǎo)致部分鋼結(jié)構(gòu)箱形柱極易在兩個方向上因此存在缺陷而使其在收縮應(yīng)力作用下出現(xiàn)層狀撕裂。如果建筑企業(yè)還要在此位置開展梁、柱等焊縫焊接作業(yè)時，將會導(dǎo)致層狀撕裂因焊縫重疊而擴(kuò)大，進(jìn)而嚴(yán)重威脅鋼結(jié)構(gòu)安全。對此，這就要求建筑企業(yè)借助于超聲波探傷檢測避免該問題。然而受到箱形柱厚度過大等因素影響，探傷檢測人員無論是正面或是反面都難以將層狀撕裂深度測量出，因而這就需要建筑企業(yè)必須改進(jìn)箱形柱和梁焊接焊縫技術(shù)，例如在蓋板和隔板間采取單面暗焊縫、蓋板與柱、梁焊縫必須統(tǒng)一等，不但有利于超聲波探傷作業(yè)開展，同時更能夠提升鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

3.2 對接焊縫超聲波探傷方法

對接焊縫的超聲波探傷檢測一般采用斜探法。對其他接頭形式的焊縫超聲波探傷檢測，可以參照對接焊縫檢測方法進(jìn)行。所采用的掃查方式，應(yīng)滿足超聲波的發(fā)射聲束覆蓋焊縫的整個橫斷面。

焊縫掃查法主要分平行、鋸齒以及斜平行。在掃查過程中，應(yīng)實(shí)時關(guān)注波屏所顯示信號，如若波屏上回波信號波幅過大，超出評定線，則應(yīng)將其定義為可疑回波，并及時在相應(yīng)焊縫位置進(jìn)行標(biāo)識，為后續(xù)工作打好基礎(chǔ)。①初探。首先，應(yīng)采用鋸齒型掃查法來掃查檢測處，判斷其有無發(fā)生縱向或是斜縱向裂縫缺陷。其次，采用平行以及斜平行掃查法來掃查熱影響區(qū)、熔合區(qū)與焊縫區(qū)有無發(fā)生橫向或是斜橫向裂縫缺陷；②精探。與初探相比，精探在速度上則低于初探。首先，應(yīng)認(rèn)真探測初探標(biāo)記部位，確定缺陷最高回波，記錄好諸如定長、定位數(shù)據(jù)。其次，可采用環(huán)繞、轉(zhuǎn)角、前后等基本探測法來確定缺陷大小、類型以及位置；③復(fù)探。對初探與精探所得結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)與核查，該步驟速度相對較快，所采用方法與初探和精探方法大致相同。

3.3 有墊板超聲波探傷技術(shù)

在采用該技術(shù)時，需發(fā)射探傷聲波以此做為基準(zhǔn)波，不但可以檢測材料耦合情況，還能遮蓋墊板缺陷所帶來的消極作用。如若熒光屏（示波屏）上呈現(xiàn)由墊板反射聲波出現(xiàn)波寬高狀時，則往往表示在鋼材根部出現(xiàn)缺陷，應(yīng)及時進(jìn)行處理。隨后探傷檢測人員進(jìn)行后拉探頭二次作業(yè)，在此作業(yè)過程中必須特別注意，這是超聲波在遇到定位焊或別處墊板時均會產(chǎn)生反射聲波，因而要求探傷檢測人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際予以甄別。