摘要：随着我国城市化水平的不断提升，建筑行业取得了十分巨大的进步，而钢结构在这一过程中扮演着十分重要的角色，起着骨干支撑的作用，决定着我国社会主义发展的质量，对钢结构的工程质量进行必要的检验能够及时地发现并解决问题，尽可能地减少损失，具有十分重要的意义。本文对钢结构无损检测中超声探伤的应用进行了详细的分析。
关键词：钢结构；无损检测技术；超声探伤；应用
一、超声探伤技术的简介和原理
超声探伤技术顾名思义，就是利用超声波来对钢结构进行探伤检测，是无损检测的重要方法，具备很广泛的适用范围。超声探伤设备构造简单，使用条件不是特别苛刻，安全性能好，由于超声波穿透能力强，所以检测结果相对比较准确和可靠，具备很广阔的发展前景。整套超声探伤设备主要包括超声探伤仪、耦合剂、探头、标准试块等部分。根据设备运行产生的波形式的不同，可以将机械波分为纵波、横波、板波和表面波等，其中横波和纵波为常用波形。
超声探伤技术的应用主要是为了检测钢结构中是否存在气泡、缩孔、夹渣、焊接裂缝、不同部件的熔合连接状况，同时还能够测定铸件的厚度。其主要原理如下：超声波的频率都在20000MHz以上，具备很强的穿透能力，设备产生超声波，通过探头发射出来，声波就会在被检验部件中以一定的速率传播，当遇到诸如气孔、夹渣等异面介质的时候，超声波就会有一部分被反射回来，通过接收器的处理，能够在示波屏幕上呈现出缺陷的回波，进而通过相关计算获得缺陷的深度及大小。
二、超声波探伤检测方法在实际工作中的应用
进行探伤检测前，我们要了解图纸对焊接质量的技术要求。目前钢结构的验收标准是依据《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)来执行的。标准规定：对于图纸要求焊缝焊接质量等级为一级时、评定等级为I级时规范规定要求做100%的超声波探伤；对于图纸要求焊缝焊接质量等级为二级时、评定等级为II级时规范规定要求做20%超声波探伤；对于图纸要求焊缝焊接质量等级为三级时不做超声波内部缺陷检查。
在此值得注意的是超声波探伤用于全熔透焊缝，其探伤比例按每条焊缝长度的百分数计算，且不小于200 mm。对于局部探伤的焊缝如果发现有不允许的缺陷时，应在该缺陷两端的延伸部位增加探伤长度，增加的长度应不小于该焊缝长度的10%且不应小于200 mm，当仍有不允许的缺陷时，应对该焊缝进行10%的探伤检查，其次应清楚探伤时机。碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度后、低合金结构钢在焊接完成24 h后方可进行焊缝探伤检验。另外，还应知道待测工件的母材厚度、接头型式及坡口型式。下面就对焊缝探伤的操作进行具体说明。一般来讲，母材厚度在8～16 mm之间，坡口型式有I型、单V型、X型等形式。在清楚了上述这些具体型式之后，才可进行探伤前的准备工作。
1、在每次探伤操作前都必须利用标准试块
（CSK－IA、CSK－IIIA）校准仪器的综合性能，校准面板的曲线，以保证探伤结果的准确性。
（1）探测面的修整：应清除焊接工作表面飞溅物、氧化皮、凹坑及锈蚀等，粗糙度一般高于Ra6.3。焊缝两侧探伤面的修整宽度一般为ZKT＋50 mm（K：探头K值，T：工件厚度）。一般根据焊件母材选择K值为2.5的探头。例如：待测工件母材厚度为10 mm，那么就应在焊缝两侧各修磨100 mm。
（2）藕合剂的选择应考虑到粘度、流动性、附着力、对工件表面无腐蚀、易清洗，而且经济，综合以上因素选择浆糊作为捅合剂。
（3）由于普通母材厚度较薄，因此探测方向采用单面双侧进行。
（4）由于板厚小于20 mm，所以采用水平定位法来调节仪器的扫描速度。
（5）在探伤操作过程中采用粗探伤和精探伤两个步骤。为了大概了解缺陷的有无和分布状态、定量、定位就是精探伤。使用锯齿形扫查、左右扫查、前后扫查、转角扫查、环绕扫查等几种扫查方式，以便于发现各种不同的缺陷且判断缺陷性质。
（6）对探测结果进行记录，如发现内部缺陷对其进行评定分析。焊接对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分级》的规定，来评判该焊缝是否合格。如果发现有超标的缺陷，应对焊缝进行返工，返工后进行复验直至合格。
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一般的焊缝中常见的缺陷有：气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等。到目前为止还没有一个成熟的方法对缺陷的性质进行准确的评判，只是根据荧光屏上得到的缺陷波的形状和反射波高度的变化结合缺陷的位置和焊接工艺对缺陷进行综合估判。
2、内部缺陷性质的估判以及缺陷产生的原因和防止措施
2.1气孔
单个气孔回波高度较低，波形为单峰，较稳定。从各个方向探测，反射波大体相同，但稍一动探头波形就消失，密集气孔会出现一簇反射波，波高随气孔大小而不同，当探头作定点转动时，会出现此起彼落的现象。
（1）产生这类缺陷的原因主要是焊材未按规定温度烘干，焊条药皮变质脱落、焊芯锈蚀，焊丝清理不彻底，手工焊时电流过大，电弧过长；埋弧焊时电压过高或网络电压波动太大；气体保护焊时保护气体纯度低等。如果焊缝中存在着气孔，既破坏了焊缝金属的致密性，又使得焊缝有效截面积减少，降低了机械性能，特别是存在链状气孔时，对弯曲和冲击韧性会明显降低。
（2）防止这类缺陷产生的具体措施：不使用药皮开裂、剥落、变质及焊芯锈蚀的焊条，生锈的焊丝必须除锈后方能使用。所用焊接材料应按规定温度烘干，坡口及其两侧清理干净，并要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度等。
2.2夹渣
点状夹渣回波信号与点状气孔相似，条状夹渣回波信号多呈锯齿状，波幅不高，波形多呈树枝状，主峰边上有小峰，探头平移波幅有变动，从各个方向探测时反射波幅不同。
（1）这类缺陷产生的原因：焊接电流过小，速度过快，熔渣来不及浮起，焊缝边缘和各层焊缝之间清理不干净，基本金属或母材和焊接材料的化学成分不当，含硫、磷较多等原因。
（2）防止措施：正确选用焊接电流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必须把坡口清理干净，多层焊时必须层层清除焊渣；并合理选择运条角度、焊接速度等。
2.3未焊透
反射率高，波幅也较高，探头平移时，波形较稳定，在焊缝两侧探伤时均能得到大致相同的反射波幅。这类缺陷不仅降低了焊接接头的机械性能，而且在未焊透处的缺口和端部形成应力集中点，承载后往往会引起裂纹，是一种危险性缺陷。
（1）其产生原因一般是：坡口纯边间隙太小，焊接电流太小或运条速度过快，坡口角度小，运条角度不对以及电弧偏吹等。
（2）防止措施：合理选用坡口型式、装配间隙和采用正确的焊接工艺等。
2.4未熔合
探头平移时，波形较稳定；两侧探测时，反射波幅不同，有时只能从一侧探到。
（1）其产生的原因：坡口不干净，焊速太快，电流过小或过大，焊条角度不对，电弧偏吹等。
（2）防止措施：正确选用坡口和电流、坡口清理干净、正确操作防止焊偏等。
2.5裂纹
回波高度较大，波幅宽，会出现多峰，探头平移时反射波连续出现波幅有变动，探头转动时，波峰有上下错动的现象。裂纹是一种危险性最大的缺陷，它除降低焊接接头的强度外，还因裂纹的末端呈尖销的缺口，当焊件承载时，将引起应力集中，成为结构断裂的起源。裂纹分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹3种。
三、结束语
对钢结构进行超声无损探伤，能够及时地发现钢结构体系中存在的安全隐患，进而能够采取适当的措施排除问题，保证钢结构体系的稳定性，这对于当前我国建筑行业的安全迅速发展有十分重要的意义。从目前来看，超声探伤技术正朝着检测设备自动化，数据处理智能化、信息融合化的方向发展，具有十分广阔的发展前景。
参考文献
[1]龙良成, 史学材. 试析钢结构无损检测中的超声探伤技术应用[J]. 大科技, 2017(15).
[2]项杰. 超声波探伤在钢结构检测中的应用[J]. 工业, 2017(1).
论文作者:乔贺国
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2019/1/7
标签：缺陷论文; 超声论文; 钢结构论文; 气孔论文; 超声波论文; 波幅论文; 裂纹论文; 《基层建设》2018年第33期论文;