摘要：本文主要针对超声波探伤在网架杆件焊缝缺陷检测中的应用展开了探讨，通过结合具体的工程实例，系统分析了焊缝断裂及缺陷产生的原因，并对缺陷返修给出了相应的建议，以期能为网架杆件焊缝的缺陷检测提供参考和借鉴。
关键词：杆件断裂；超声波探伤；缺陷
网架的焊缝焊接质量直接影响结构的安全，但是由于焊缝焊接自身的原因干扰，在实际的施工中会存在着一定的缺陷，影响着网架结构的施工质量。因此，我们需要对网架杆件焊缝缺陷产生原因进行分析，并采取有效的技术措施做好检测，以保障网架杆件焊缝的施工质量。基于此，本文就超声波探伤在网架杆件焊缝缺陷检测中的应用进行了探讨，相信对有关方面的需要能有帮助。
1 工程概况
某地铁站的站房屋面网架长达到73.5m、宽35m、高度5.5m，使用正面四角锥三层，两边支承网架，节点采取螺栓球节点和焊接球节点相结合的结构模式，设计焊缝质量等级为二级。
2 杆件焊缝断裂分析
网架安装采用扣件式满堂钢管脚手架作为操作平台，安装及焊接完成后，拆除脚手架支撑支垫点，使网架结构自身受力，结果发现焊缝出现2处断裂，第一处在网架第一排中间处的螺栓球横向下弦水平杆位置断裂，第二处在整个网架的中间位置断裂，同样也是横向下弦水平杆，现场实际查看发现该焊缝是加工引起的断裂（图1），而不是安装或设计不当引起的断裂，现场还发现部分杆件焊缝高度不足（图2），有表面密集气孔（图3）。
图1 断裂焊缝
图2 焊缝高度不足
图3 焊缝表面密集气孔
该网架焊接工艺分手工焊和自动焊两种，两根断裂焊缝均为自动焊焊接工艺，杆件焊接加工过程中由于焊枪调节不合理，导致偏弧，锥头与钢管出现未熔合、虚焊等现象。杆件焊缝高度不足会大大降低杆件焊缝的承载力，在高强螺栓与杆件锥头焊缝的拉力载荷试验中，如杆件锥头的焊缝高度不足或内部存在危害性缺陷，会在焊缝处断裂，不符合承载力的要求。为了保证网架结构的整体安全和稳定，对杆件与锥头或封板焊缝设计焊缝质量等级为二级熔透焊缝，必须符合GB50205－2001《钢结构施工及验收规范》焊缝质量等级二级要求。由于该网架杆件焊缝出现焊缝处开裂后脱开等严重焊接质量事故，建议对整个网架杆件焊缝进行超声波探伤检测，消除安全隐患，以保证整个网架焊缝的承载能力，保证结构的安全。
3 超声波探伤检测
根据设计图纸及委托方的要求，依据JG/T203－2007《钢结构超声波探伤及质量分级法》的检测要求，对该网架焊缝内部质量进行评定。
3.1 仪器的选择
根据标准的要求选用Ａ型脉冲反射式数字超声波检测仪，仪器垂直线性误差≤5％，水平线性误差≤1％，工作频率范围0.5MHz～10MHz，且实时采样频率≥40MHz。
表1 不同壁厚的距离－波幅曲线灵敏度选择
3.2 探头的选择
主要考虑杆件焊接的形状、板厚以及焊接可能出现的缺陷位置等条件来选择探头的型式，检测杆件焊缝宜选用横波斜探头，其优点是检测灵敏度高、波长短，有利于发现焊缝中的气孔、未焊透、裂纹、夹渣等缺陷。探头晶片尺寸选择：杆件规格Φ60～Φ219曲率半径较大，本次检测杆件规格在Φ140以下为主，常用的晶片是6mm×6mm、9mm×9mm、8mm×12mm等。晶片尺寸增大，半扩散角越小，声束指向性越好，未扩散区增大，近场区较大。对于杆件壁厚较薄来说近场区大，对探伤不利，在保证强度足够的前提下尽量选择晶片尺寸小的探头，主要综合考虑杆件曲率较大、壁厚较薄、耦合损失、缺陷定位、定量等选择晶片尺寸，本工程杆件检测探头晶片尺寸宜选用6×6mm小晶片探头。
频率的选择：频率的高低对超声检测有较大的影响，主要考虑杆件壁厚、材料的衰减、可能出现焊接缺陷的大小。工件厚度较小，应选择高频率的探头，有利于提高探头声束指向性和分辨力，但探头频率不宜太大，探头的频率越大，衰减也越大，近场区也越大，对检测不利。工件厚度较大及衰减系数大的工件，宜选用频率较低探头。常用的频率是2.5MHz～10MHz，本工程杆件壁厚较薄，根据标准的要求宜选用高频率5MHz。
斜探头Ｋ值的选择：杆件的壁厚较薄，应选用较大的K值，增大一次波的声程，尽量使用直射波进行探伤，避免在近场区的检测，导致误判或漏检。同时要保证主声束尽可能地扫查焊缝整个截面。还应尽量使声束垂直于可能产生的缺陷，故采用K3、K2.5探头。
前沿选择：对于杆件壁厚较薄，为了保证声束能够扫查整个焊缝载面，尽量选用较小的短前沿，探头前沿宜选用5mm～6mm。
耦合剂选用：一般考虑杆件的表面无腐蚀性、检测结束后方便清理、价格低廉的耦合剂，常用洗洁精、化学浆糊等。
试块的选择：根据JG/T203－2007《钢结构超声波探伤及质量分级法》标准的要求，可选用CSK－ICj和RBJ－1试块，也可选用其他型式的等效试块。
3.3 仪器的调节
先采用CSK－ICj试块测试探头的入射点及K值的校准。
杆件焊缝超声波检测的距离－波幅曲线是按探头和仪器在标准试块上实测的数据绘制而成的，不同壁厚的距离－波幅曲线灵敏度选择也不一样，见表1。
3.4 检测的实施
检测前，用钢丝刷清理探伤面油漆、飞溅、焊瘤等，打磨到露出金属光泽，以满足检测的要求。
（1）首先，探伤进行初始检测，探伤灵敏度不低于评定线，对出现疑似缺陷的信号波幅应在焊缝表面作标记，再进行细探伤，确认缺陷实际位置和当量。
（2）在检测中缺陷信号波幅在评定线以下的非危害性缺陷可不做记录；对于缺陷信号波幅在定量线以上、危害性大、焊缝中上部非体积性缺陷，包括裂纹、未熔合、及焊缝根部未焊透缺陷，应测定指示长度，采用6dB或端点波高法测长。
（3）焊缝根部未焊透缺陷，第一最大信号波幅大于RBJ－1对比试块人工反射槽的回波幅度时，以缺陷回波幅度评定；第二最大信号波幅小于RBJ－1对比试块人工反射槽的回波幅度时，以缺陷指示长度评定。
3.5 缺陷波的分析
超声波检测时，利用反射波进行缺陷定位，反射波出现在焊缝偏向中心线位置，幅度大，探头平移时，波形稳定明显（图4），根据标准规定，进行缺陷的定位和测长，判断该缺陷为超标缺陷，根据经验判断为未焊透缺陷。利用碳弧气刨及砂轮机对焊缝进行解剖验证，实际解剖结果与检测结果判定是相符的（图5）。
图4 用反射波对缺陷定位
图5 解剖验证结果
4 缺陷产生原因
通过超声波探伤检测发现大部分杆件焊缝缺陷是未焊透、气孔、夹渣、偏弧。经过对现场焊接工艺的了解和检测结果分析判断：①未焊透：杆件装配未按工艺规程进行操作，杆件与锥头顶死、未留间隙，加上焊接电流太小或焊接操作方法不当，导致焊接过程产生未焊透；防止未焊透措施：应按工艺标准要求钢管与锥头定位点固定后，检查焊道宽度与深度，钢管与锥头应双边各开30°坡口，并有2mm～5mm间隙，保证焊缝焊透（图6）。②气孔：气体不足、风大、杆件坡口面污染（如：水、油、生锈等）、焊接操作方法不当等；防止气孔的措施：应当做好防风措施，检查坡口面是否清理干净，检查气体流量是否过小，喷嘴是否堵塞，喷嘴距工件不要过大等；③夹渣：杆件坡口面污染，坡口太小，焊接电流过小，焊缝冷却速度过快，熔渣来不及上浮，其他操作不当等；防止夹渣的措施：检查坡口面及焊道是否清理干净，不得有脏物，焊接时，要有规则地摆动焊条，搅动熔池熔渣与钢水分离清除，合理选择参数，适当调节焊条运行速度及焊接电流，改善熔渣浮出条件等。
图6 防止未焊透措施
5 缺陷返修
对内部超标缺陷进行返修采用碳弧气刨及砂轮机打磨的方法，采用气刨进行处理时，需要控制电流，每次处理的深度，刨到缺陷定位位置时，再利用砂轮机打磨干净，然后采用506焊条进行补焊。杆件焊缝返修应采取适当的措施，且必须保证在杆件不承载情况下进行返修处理，对返修的焊缝应逐一进行超声波复检，返修24小时后应对返修部位焊缝及热影响区增加磁粉检测，使表面应力裂纹得以检出，从而保证结构的安全。
所有检测的焊缝和返修复检合格的焊缝位置应进行表面耦合剂清除，涂刷防锈漆。
6 结束语
综上所述，网架的焊缝焊接质量直接影响结构的安全，因此，为了确保网架杆件焊缝的施工质量，我们就需要对缺陷产生的原因进行科学的分析，并采取相应有效的技术措施做好检测，以避免缺陷的存在对施工带来影响，从而保障工程的施工质量。
参考文献：
[1]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）.
[2]梁志昌.建筑钢结构超声波探伤研究[J].城市建筑.2013（14）.
论文作者:严辉林
论文发表刊物:《基层建设》2015年29期
论文发表时间:2016/9/12
标签：缺陷论文; 网架论文; 超声波论文; 波幅论文; 晶片论文; 气孔论文; 频率论文; 《基层建设》2015年29期论文;