基于超声波的防水卷材搭接缝焊接质量检测

朱亚超， 龚 力， 张敏洁， 何 涛

(1 湖北工业大学机械工程学院， 湖北 武汉 430068; 2 湖北省现代制造质量工程重点实验室， 湖北 武汉 430068)

由于生产条件的限制,施工所用的防水卷材因宽幅不能满足铺设要求而需要进行搭接铺设施工，其中一种是以叠层铺贴为主，重合部分通过热风焊法进行双边焊接(图1)的搭接方法，中间为用于充气检测的气孔．如果对搭接缝的施工处理不当，则会使原本应焊接在一起的防水卷材处出现缝隙缺陷，造成防水层失效并引发屋面渗漏[1]．因此，搭接缝的焊接质量对整个防水工程的施工质量有着重要的影响．

1，4-防水卷材； 2-气孔； 3-焊缝； 5-基础工程图 1 防水卷材搭接缝示意图

目前，防水卷材搭接缝焊接质量的检测仍处于人工检测阶段，检测方法主要是目测、充气检测以及取样在试验室检测[2]．人工检测不仅检测效率低，精确程度不高，检测过程会对防水卷材造成一定的破坏，而且还会因人为主观因素导致检测结果缺乏精准性和可靠性．本文以超声波检测原理为基础，分别利用A超与B超对防水卷材搭接缝焊接质量进行检测试验，通过对不同超声波检测效果的对比与相应的分析计算，寻找出一种针对防水卷材搭接缝焊接质量的基础检测方法．

1 A超试验及结果分析

试验样品为标准的复合材料防水卷材，采用超声波脉冲反射法原理进行测量．在进行检测时，将超声波探头通过耦合剂紧贴防水卷材上表面，通过计算始波与返回的波峰之间距离得出防水卷材的厚度[3]．H=H1×t/t1.式中：H为所测量试件的厚度：t为超声波在测量试件中往返一次所用的时间：H1为与所测量试件材质相同的标定试件的厚度；t1为与超声波在与所测量试件材质相同的标定试件中往返一次所用的时间．如果防水卷材之间的搭接缝未能良好的进行焊接，会在两层防水卷材之间出现缝隙，形成反射面，使检测得到的防水卷材厚度偏低．试验装置如图2所示[4]．

图 2 A超测厚试验装置图

试验仪器与材料如下：1)A超探伤仪；2)测厚仪一台(探头为5P探头)；3)1号玻璃(游标卡尺测量值为4.7 mm)；4)2号玻璃(游标卡尺测量值为2.2 mm)；5)1号PVC防水卷材(游标卡尺测量值为0.4 mm)6)2号PVC防水卷材(游标卡尺测量值为0.3 mm)；7)水泥砂浆基底(游标卡尺测量值为35 mm)．根据试验仪器的性能与防水卷材的铺设要求(基底为水泥砂浆)，将试验分为四组进行：

第一组为对比测量组．主要是对玻璃与水泥砂浆基底进行单独检测，作为后续试验的参照对比，尽可能排除防水卷材所叠加物体的干扰，示波器所显示超声波回波波形图如图3所示．

图 3 第一组试验波形图

第二组以1号防水卷材为主．测量方式为分别将1号、2号玻璃与1号PVC防水卷材相互叠加，利用示波器与测厚仪分别对其进行检测，示波器所显示超声波回波波形如图4所示．

图 4 第二组试验波形图

第三组以2号PVC防水卷材为主，检测方式与第二组相同，示波器所显示超声波回波波形见图5．

图 5 第二组试验波形图

第四组以水泥砂浆基底为主，模拟现场检测情况，分别将1号PVC防水卷材与2号PVC防水卷材叠加于基底上方进行检测，示波器所显示超声波回波波形如图6所示．

图 6 第三组试验波形

通过对示波器显示波形中始波与回波波峰之间距离的测量计算，得出利用A超检测PVC防水卷材搭接缝焊接处厚度的测量值(表1)．

表1 A超试验结果

通过对图3、图4、图5进行比较，可知若被检测物体的状态为玻璃叠加于PVC防水卷材上方，示波器所接收到的波形与上方所叠加玻璃进行单独测量时的波形相似，下方的PVC防水卷材对波形几乎没有任何影响；若被检测物体的状态为PVC防水卷材叠加于玻璃上方，示波器所接收的波形明显受到了抑制，波幅却明显减小，但波峰位置与单独检测下方玻璃时的位置相同．

通过比较表1中第1，2，4，6，8，10的数据，可知当玻璃叠加于PVC防水卷材上方时，测量出的厚度均为玻璃的厚度，不能测量出下方PVC防水卷材的厚度值；通过比较表1中第1，2，3，5，7，9，11，12，13的数据，可知当PVC防水卷材叠加于玻璃上方时，测量出的厚度均高于实际PVC防水卷材与玻璃的厚度和，且所测量数据的误差没有特定规律．

通过对比图3与图6，可知当PVC防水卷材叠加于水泥砂浆基底上方时，示波器观察不到明显的波形，反射的超声波信号十分微弱．

由此可以得出：检测所用PVC防水卷材的材质以及铺设防水卷材的水泥砂浆基底都对于超声波有较强的吸收干扰，单纯利用A超波形对其进行测量，并不能很准确直观的测出其厚度值并进行搭接缝焊接质量的判断．因此，利用A超来进行搭接缝焊接质量的检测具有一定的难度．

2 B超试验及结果分析

利用B超成像原理，当两层防水卷材之间的搭接缝出现缝隙时，超声波在缝隙处增加反射量，形成一层反射面，会在B超成像中形成缺陷处的反射条纹，进而可以通过反射条纹对搭接缝的焊接质量进行判断．

2.1 B超试验

B超仪一台；线阵式B超平探头；无基底PVC防水卷材样品(图7)；耦合剂．图7a中翘起部分为叠加于上方的PVC防水卷材未焊接部分；图8b为PVC防水卷材检测区域模型图．区域I为叠加的防水卷材搭接缝焊接良好的部分，区域II为叠加的防水卷材未进行焊接(缺陷)部分，区域III为防水卷材进行焊接时未重合的部分．

(a)无基底防水卷材样品

(b)防水卷材检测分区示意图图 7 防水卷材

在B超探头与卷材之间角度合理的情况下，对以水泥砂浆为基底的防水卷材搭接缝进行检测，所得各区域的图像分别如图8所示．

图 8 各区域扫描图像

2.2 B超试验结果分析

图8中白色部分为超声波仪器所检测到的PVC防水卷材反射面．当防水卷材搭接缝中不存在缺陷时，叠加的防水卷材为一个整体(图8a)．当防水卷材的搭接缝中存在缺陷时，由于缺陷中存在的空气，使超声波在缺陷缝隙处形成一层反射面，在原本的B超图像下方多出一条白线(图8c)．

B超图像可以显示出防水卷材搭接缝的焊接质量．如图8a与图8b的比较以及图8c的图像显示，当防水卷材未进行焊接或者焊接质量有缺陷时，在B超扫描图像中，防水卷材上下表面反射条纹之间会多出一条反射条纹，反射条纹由两条增加为三条．

以水泥砂浆为基底的防水卷材对B超成像的影响较小．由A超实验可知，水泥砂浆基底与防水卷材对超声波具有较强的吸收、抑制，因此利用A超成像很难对铺设于水泥砂浆基底上的防水卷材进行观察，防水卷材上下反射条纹比较清晰，而且均存在二次反射成像．

B超图像中，防水卷材搭接缝焊接质量的好坏对比明显(图8c)，通过对比图7中防水卷材搭接缝检测分区，可以清晰地看到检测图像所显示的结果与防水卷材搭接缝检测分区设定一致．图像中防水卷材焊接质量好与坏的分界面清晰明显，当在黑线中出现白色线条时，则说明此处的防水卷材搭接缝存在缺陷，形成了反射面．

通过B超图像可以计算出防水卷材搭接缝焊接质量参数．通过图8可以看出，图像中的反射条纹清晰、直观，可以通过对反射条纹之间像素的计算，确定缺陷是否存在、缺陷的宽度以及防水卷材的厚度等质量参数．

由此可以得出：在检测过程中，探头探测角度合理的情况下，利用B超成像原理可以很清晰直观地显示出防水卷材搭接缝图像，通过图像算法，可以计算出防水卷材的质量参数．因此，B超扫描可以用来在一定范围内实现对防水卷材搭接缝焊接质量的检测．

3 结论

1)通过对两种超声波无损检测试验的对比，得到了针对一种复合材料防水卷材的搭接缝焊接质量在不同声波下的检测结果；通过以上两组试验结果的比较，可以得出B超对防水卷材搭接缝的粘接质量的检测明显优于A超的结论．

2)针对以水泥砂浆为基底的复合材料为主的防水卷材进行检测时，A超检测由于受到材料性质、自身成像原理等的限制，不能用来检测防水卷材搭接缝的焊接质量[5]．相比之下，B超的成像原理使得检测结果以图像形式显示，比较清晰直观，对防水卷材搭接缝焊接质量的检测优于A超，可以在一定范围内用来检测防水卷材搭接缝的焊接质量．

[参考文献]

[1] 曾灿庭.屋面防水层失效原因及其预防措施[J].中国建设信息,2007(07):54-55．

[2] 林 铁.超声波检测技术的应用[J].中国设备工程，2012(07)：42-44．

[3] 李 健.便携式数字化超声波检测仪器的研究[D].西安：西安科技大学图书馆，2005．

[4] 陈俏苇，朱亚超，龚 力，等.防水卷材厚度测量分析----基于TM130和激光位移传感器[J].湖北工业大学学报，2013,28(04)：54-56.

[5] 王 峰,张 扬.无损检测在复合材料中的应用[J].高科技纤维与应用，2005(03)：26-28．