某钢结构工程异形截面接头焊缝超声波检测

王余刚

1 概述

钢结构工程在现代建筑中得到越来越多的应用,如广州的新电视塔、广州亚运城综合体育馆等,都在不同程度上体现了钢结构在现代建筑中日益重要的地位。伴随这些重要建筑出现的是一些复杂结构形式或异形截面钢结构接头的出现。例如即将建成的正佳广场西塔工程,采用的钢柱截面形式有矩形、圆形以及多面异形截面等,在这几种截面形式接头中给探伤带来难度的是异形柱截面中斜面对接接头焊缝的超声波检测,这种焊接接头的使用给探伤工作者在缺陷定位技术上提出了新的要求,如果采用常规的检测定位方法,将可能会造成一定的错误,给工程质量留下隐患。

2 问题的提出与解决

依据GB 50205-2001钢结构工程施工质量验收规范第5.2.4条[1]:设计要求全焊透的一、二级焊缝应采用超声波探伤进行内部缺陷的检验,其内部缺陷分级及探伤方法应符合现行国家标准GB/T 11345-1989钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级的规定。在GB/T 11345-1989中对焊缝检测进行了检验区域的规定[2]:焊缝本身再加上焊缝两侧各相当于母材厚度30%的一段区域,这个区域最小10 mm,最大20 mm。笔者根据探伤实践给出一些分析,借以解决实际的探伤问题。

2.1 平板焊缝的缺陷定位[4]

常规平板焊缝对接接头探伤,如图1所示,假设缺陷深度为H,数字机探伤按深度扫描调节,折射角为β,在波形信号准确反映缺陷的前提下,使用数字机可直接显示缺陷的正确深度和距探头前端的水平距离,缺陷定位比较准确与直观。

2.2 斜面对接接头焊缝探伤分析

如图2所示,假设检验区域中存在两处缺陷,当超声波从位置1入射探测到f1反射波信号,根据数字机显示平行板面距离测量位置处于A点位置,据此可以判断缺陷处于检验区域外部,但实际缺陷处于检验区域内部,缺陷漏判。当超声波从位置2入射探测到f2反射波信号,如图2所示,B点处于探测面延长线上,此时缺陷判断比较困难,按平板接头定位缺陷深度为Bf2,但B点处于焊缝表面上方,实际操作会判断为 Bf2′,如果按照 Bf2′位置去返修找缺陷则可能找不到真正的缺陷。

如图3所示,假设 f1为母材中反射体,f2为缺陷。超声波从位置1入射探测到 f1反射波信号,根据数字机显示平行板面距离测量位置处于A点位置,判断反射体信号处于检验区域内部,则可能判断为检验区域内的缺陷。当超声波从位置2入射探测到f2反射波信号,由于结构的原因,此时难以测读缺陷信号的准确位置。

针对上述分析,笔者根据超声波探伤数字仪器的使用特点,提出了下述的分析办法。如图4所示,对应外凸斜面对接接头,超声波入射点为 O点,缺陷反射体为 f,探头入射角为 β,斜面夹角为 θ,则与探测面平行的距离以及缺陷深度分别为L1和 H1,此时探伤情况同图2分析,易造成缺陷的漏判或返修找不到探测到的缺陷。为解决上述问题,假设入射角为β+θ,入射点仍为 O点,此时则可以将斜面接头定位看作类似平板接头探伤定位,L表示探头入射点至缺陷的水平距离。根据三角形计算关系可以分别得到:

在实际探伤时,用折射角为β的探头、深度扫描调试数字机并做好 DAC曲线[2]后,将探头折射角参数输入调整为 β+θ,由于探头的实际入射角度不因仪器设置而改变,因此探头仍将按照β折射角实测值扫查检验区域,而当扫查到有缺陷反射信号时,仪器分析软件则会用β+θ折射角进行计算定位,这样在数字机屏幕上将显示出H2与L的读数,根据读数L可以直观的判断反射信号是否处于检验区域范围内并测量准确的水平位置,需要强调的是此时要注意扣除探头前沿的长度。当判断反射信号为缺陷信号时,依据式(3)用计算器计算出h,结合仪器显示的深度值可以算出缺陷深度数值:H=H2+h,这样就可以判断出外凸斜面对接接头焊缝缺陷显示的真实深度,实现缺陷的准确定位。在焊缝的另一侧则以正常的平板对接接头焊缝探伤方式进行检测,实现全熔透焊缝的B级单面双侧检验。

对应内凹斜面对接接头焊缝,如图5所示,参数不变,DAC曲线制作完成后将数字机折射角参数修改为β-θ,此时,也可以看作为类似平板接头焊缝定位探伤检测。数字机仍将按照实测β折射角扫查检验区域,当发现有缺陷反射信号时则用β-θ折射角进行计算定位,这样在数字机中将显示出H2与L的读数,根据读数L可以测量准确的水平位置以及直接判断反射信号是否处于检验区域范围内。当判断反射信号为缺陷信号时,只需用钢尺量出h值,则缺陷的实际深度就可以通过 H=H2-h算出,这样就可以判断出内凹斜面对接接头焊缝缺陷显示的实际深度,实现缺陷的准确定位。然后在焊缝的另外一侧采用正常的平板对接焊缝定位检测技术实现全熔透焊缝的B级单面双侧检验,实现对整个检验区域的全扫查。

3 结语

笔者参与了部分正佳广场西塔工程异形钢柱焊接接头焊缝质量检验,针对检测过程中遇到的定位问题结合该种接头焊缝超声检测的特殊性进行了上述分析,检测方法依据GB/T 11345-1989规定执行。根据对该工程已经检毕的二十几层异形柱的对接接头焊缝检测质量结果分析并结合出现超标缺陷焊缝的返修情况来看,本文提出的分析方法非常适用于该类型焊接接头的现场超声检测定位分析,为工程焊接质量提供了保证。

[1] GB 50205-2001,钢结构工程施工质量验收规范[S].

[2] GB/T 11345-1989,钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级[S].

[3] JG/T 203-2007,钢结构超声波探伤及质量分级法[S].

[4] 全国锅炉压力容器无损检测人员考委会.超声波探伤[Z].北京:劳动部锅炉压力容器安全杂志社,1995.

[5] 陈景辉.焊缝超声波中一种伪缺陷的判定识别[J].山西建筑,2008,34(2):170-171.