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摘要：近些年来，钢结构在建筑领域的应用越来越广泛。当前，钢结构施工普遍焊接工艺；为保证钢结构焊接质量，必须对钢结构焊缝进行检测，而传统的外观检测方法又存在着检测效率低、检测精度差等不足之处。使用超声波无损检测技术，则可以在短时间内迅速、准确地发现钢结构焊缝中存在的各种缺陷，从而大大提高钢结构焊缝检测的效率。本文将就此展开论述。
关键词：建筑；钢结构；焊缝检测；超声波；无损检测技术
随着建筑行业的快速发展，钢结构在各类建筑项目中的应用日益广泛。钢结构建筑普遍采用焊接工艺，在焊接过程中，焊缝往往会出现夹渣、裂纹、气孔等各种焊接缺陷；而传统的外观检测方法不仅速度较慢，而且精度较差。这就需要采用超声波无损检测技术，对建筑钢结构焊缝进行精细检测。
一、钢结构及其焊接施工
钢结构，是将钢材加工成钢柱、钢梁、钢桁架等建筑构件，再通过焊接、铆接、螺栓连接等方法组合起来的承载结构。钢结构的强度远高于混凝土、砖石、木材等传统建材，而其质量则比钢筋混凝土结构更轻。从波音飞机的装配车间，到北京机场航站楼，从体育场馆到高铁车站，从锻压车间到电视塔，从写字楼到立交桥，各类建筑项目都在广泛使用钢结构。——采用钢结构施工，还具有施工速度快、施工周期短、高空作业量较少、劳动强度低等优点。
钢结构施工普遍采用焊接施工，常见的焊接方式有电弧焊、气体保护焊。通过焊接，可以提高钢结构的密闭性与刚度整体性。钢结构的焊缝要承受荷载、自重、风力，及其它应力；若焊缝中存在裂纹、气孔等缺陷，其冲击韧性将下降，留下严重的安全隐患。因此，必须抓好钢结构焊缝质量检测。
二、钢结构焊缝常见焊接缺陷及传统的检测方法
常见的钢结构焊缝焊接缺陷，有焊缝成形不良、夹渣、咬边、焊瘤、气孔、裂纹、未焊透等等。焊缝成形不良，分为增高过大、焊喉不足、焊脚尺寸不足、焊脚尺寸过大。夹渣，指的是在焊缝金属中残留有熔渣，这往往是由于焊接质量不好、或电流太小、焊速过快造成的[1]。咬边，指的是焊缝边缘母材上出现被电弧烧熔的凹槽。焊瘤，是在焊接过程中，熔化的金属流到焊缝以外未熔化的母材金属上形成的金属瘤。气孔，是在焊缝表面或焊缝内部存在的空穴，气孔会减少焊缝有效工作截面，破坏焊缝的密闭性。裂纹是在焊缝金属内出现的缝隙。未焊透，指的是焊缝与母材金属之间未熔合。
传统的焊缝检测方法主要用外观检测法，由技术人员使用焊缝量规、放大镜、钢尺，对焊缝进行量规检测。需要技术人员用自己的肉眼仔细检查焊缝的宽度、高度、坡口角度，检测焊缝是否存在焊接质量缺陷，检测工作量大，检测时间长，检测效率低，而且往往难以发现焊缝内部的质量缺陷。这就需要使用超声波无损检测技术。
三、在建筑钢结构焊缝检测中的应用超声波无损检测技术
超声波是一种频率较高、波长较短的机械波。超声波具有良好的方向性，可以定向发射，沿直线传播；超声波能量远大于声波的能量，在传播过程中能量损失小，传播距离大、穿透能力强；但超声波在传播中遇到界面，又会产生反射、折射、波型转换[2]。——而超声波无损检测技术正是基于超声波的这一原理，在不破坏构件材质与性能的情况下，对构件质量进行检测。在建筑钢结构焊缝检测中应用超声波无损检测技术，可以提前发现焊缝内部的缺陷，保证建筑钢结构的安全。
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（一）选择超声波仪
技术人员首先需要根据检测工作的实际需要，选择功能较好、稳定性好的金属超声波仪。超声波仪的工作频率应控制在0.5MHz～10MHz之间，总衰减量应控制在80dB以内，其衰减误差应控制在2±0.1dB以内[3]；其垂直线性误差必须小于5%，其动态范围必须大于30dB,其抑制调节范围应在0～80%之间，其水平线性误差必须小于1%；其回波频率误差必须小于±15%；其电噪声电平必须小于15%。
（二）选择探头参数
通常采用横波检测钢结构焊接缺陷。在检测开始前，需要对探头参数进行选择。若超声波频率为2.5MHz，方形压电晶片面积为13×13mm2，横波折射角正切值为2，其横波声场短轴（横波折射角与纵波入射角之比）应控制在0.68，其波源面积应控制在169mm2，其第二介质横波波长应控制在1.292mm，其方形波源横波半扩散角应控制在5.7°，其横波近场区长度应控制在28mm，其横波入射点距探头前端距离应控制在11.5mm[4]。
若超声波频率为5MHz，方形压电晶片面积为6×6mm2，横波折射角正切值为1，其横波声场短轴应控制在0.88，其波源面积应控制在36mm2，其第二介质横波波长应控制在0.646mm，其方形波源横波半扩散角应控制在6.1°，其横波近场区长度应控制在16mm，其横波入射点距探头前端距离应控制在6.0mm。
选择探头参数时，还应根据钢材厚度掌控好折射角。若板材厚度在25mm以下，折射角应控制在70°；若板材厚度在25～50mm之间，折射角可选择70°或60°；若板材厚度在50～100mm之间，折射角可选择45°或60°。
（三）对钢结构进行超声波检测，辨识其中可能存在的焊接质量缺陷
首先，对焊缝表面进行初次扫描，在焊缝表面进行前后、左右“Z”形扫描，发现检测回波高度出现变化，在相对应其探头的位置上作上标记。然后采用双探头法扫描对板[5]，之后，对初次扫描中被标记出的异常部位进行精密扫描，并对异常部位可能存在的质量缺陷进行辨识：若波形出现波澜起伏，则异常部位有可能存在气孔；若回波信号呈锯齿状，则异常部位有可能存在夹渣；若异常部位上的反射波出现反复的上下起伏，说明焊缝中可能存在裂纹；若焊缝中心线上出现较大幅度的反射波变化，说明焊缝有可能未焊透；若波形时高时低，说明焊缝有可能未融合。
结束语
钢结构焊接质量关系到建筑的安全。采用超声波无损检测技术，可以发现钢结构焊缝中存在的各种缺陷，并对缺陷进行精确定位；灵敏度高，检测效率高，对环境与人体健康不会造成不良影响。因此，这种无损检测技术值得推广。
参考文献：
[1]梁万昌.建筑钢结构工程及焊缝无损检测技术应用探究[J] .建材与装饰, 2019(07):46-47 .
[2]刘生虎.超声波探伤技术在建筑钢结构焊缝检测中的应用[J] .住宅与房地产, 2018(16):197 .
[3]段师剑,赵勇,王远传,余明坤,鲍宗川.建筑钢结构焊缝检测的质量控制探讨[J] https://doi.org/10.14149/j.cnki.ct..工程质量, 2018, 36(04):64-67 .
[4]吴少聪.高层钢结构熔透焊缝超声波检测分析[J] .河南建材, 2017(06):227-228+230 .
[5]张春阳.超声波探伤在建筑钢结构检测中的应用浅议[J] . http://kns.cnki.net/kcms河南建材, 2017(04):296-297 .
论文作者:周庆喜,郝成
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第3期
论文发表时间:2019/9/10
标签：钢结构论文; 超声波论文; 折射角论文; 建筑论文; 缺陷论文; 检测技术论文; 横波论文; 《建筑细部》2019年第3期论文;