高层钢结构熔透焊缝超声波检测分析

吴少聪

健研检测集团有限公司（361004）

高层钢结构熔透焊缝超声波检测分析

吴少聪

健研检测集团有限公司（361004）

文章结合曾经负责的高层建筑钢结构实例，就熔透焊缝超声波检测技术的应用要点进行逐一分析，总结了钢结构焊缝检测与检验设备、检测表面制备以及检测时机、检测工艺与技术、检测结果评定与质量等级分类方面的关键要点，望能够引起同行人员的重视。

高层建筑；钢结构；熔透焊缝；超声波检测

高层建筑钢结构是指将结构构件按照一定框架形式进行焊接并组装形成的空间刚度体系结构，具有较强的可塑性，同时还具备结构坚固耐用以及可拆卸回收等诸多优势，在高层民用建筑领域中有着非常重要的应用价值。熔透是钢结构构件焊接中广泛选用的一种工艺技术，对结构稳定性有非常重要的影响，工程实践中需要视情况进行超声波检测与分析，以明确焊接接缝缺陷，及时处理，以预防钢结构质量问题的产生。文章即结合某高层建筑钢结构熔透焊缝实例，就超声波检测技术在焊缝检测探伤中的应用问题进行分析。

1 工程概况

厦门世茂海峡大厦A、B塔楼位于厦门市思明区大学路158号，该工程采用外框柱、劲性柱、梁及空间桁架结构体系，用钢量2.5万余吨，检测焊缝长度约1万米，材质为Q345钢。

2 钢结构焊缝检测设备与检验设备分析

在针对高层钢结构熔透焊缝进行超声波检测的过程中，所使用的检测设备以及辅助检验设备包括以下几种:1）超声波探伤仪。本工程中所选用超声波探伤仪为A型脉冲反射式超声波探伤仪，工作频率范围至少1～5 MHz，探探伤仪具备增益控制器，其精度为任意相邻12dB误差在±1 dB内。步进级不大于2 dB，总调节量大于60 dB，水平线性误差不大于1%，垂直线性误差不大于5%。2）超声波工作探头。工作探头应当根据被检测熔透焊缝的厚度情况选择适宜角度，直探头工作频率以2.5 MHz为主，探头K值建议控制在1.0～3.0范围内，以确保焊接截面覆盖完整。3）耦合剂。耦合剂应具有良好透声性和适宜流动性，不应对材料和人体有损伤作用，同时为便于检验后清理。可以在耦合剂中加入适量的表面活性剂，以提高其润湿性能。标定和校核各项参数时，使用的耦合剂应与检测节点焊接接头的耦合剂相同。本工程钢结构超声波检测采用化学浆糊。

3 检测表面的制备及检测时机

在应用超声波检测技术对结构熔透焊缝进行检测前，应当安排专人详细检查焊缝表面质量与外观,超声波工作探头移动范围内必须对焊接飞溅物、锈蚀物、油垢以及其他外部杂质进行清除，视情况还需对待检测区域进行打磨处理，以可见金属光泽为标准，以确保超声波检测过程中声学接触性能良好，方便工作探头对待检测区域进行自由扫查。

在无其他特殊要求与规定的情况下，超声波检测应当尽量在焊接区域自然冷却至常温状态后进行。同时，根据钢板厚度以及钢结构材质特点的特殊性，对于钢支撑以及箱型钢柱结构中钢板厚度高于40.0 mm且选用Q345C-15Z材质的情况下，考虑到上述区域结构厚度大且钢结构材质存在延迟裂纹的特点，超声波检测应当尽量在焊接作业完成后24 h后开展。

4 检测工艺与技术

在应用超声波技术检测高层钢结构熔透焊缝的检测过程中，首先应当确定熔透焊缝的检测面，然后绘制焊接接缝距离-波幅曲线，经检测后对灵敏度进行补偿处理。结合本高层建筑钢结构工程实际特点，在超声波检测过程中关键工艺技术要点可以概括如下:

在确定熔透焊缝检测面的过程中，多以焊接接缝自身宽度作为检测面宽度，在此基础之上预留焊接接缝两侧30.0%母材厚度区域 （实际值在10.0～20.0 mm范围内）。在应用一次反射法对熔透焊缝进行检测的过程中，工作探头移动范围应当达到1.25 P以上。而在应用直射法对熔透焊缝进行检测时,工作探头的移动范围则达到0.75 P以上即可。对于高层钢结构中的支撑件以及箱型柱结构而言，通常建议选择直探头进行检测，同时辅助斜探头探伤处理，以了解结构内部电渣焊内隔板与壁板间的熔透情况。操作方法如下图（见图1）所示。

图1 箱型柱结构内隔板熔透焊缝探伤检测示意图

在此基础之上，工作人员需要根据超声波工作探头以及检测仪器在被检测试块上的实测数据绘制与熔透焊缝相对应的距离-波幅曲线。距离-波幅曲线主要由判废线、定量线以及评定线这三个部分构成。本工程中采取级别B检验，各线灵敏度为:判废线（RL）灵敏度为 DAC-4 dB，定量线（SL）灵敏度为 DAC-10 dB，评定线（EL）灵敏度为 DAC-16 dB。其中的DAC是一φ3 mm标准反射体绘制的距离—波幅曲线——即DAC基准线。评定线以上至定量线以下为Ⅰ区（弱信号评定区）；定量线至判废线以下为Ⅱ区（长度评定区）；判废线及以上区域为Ⅲ区（判废区）。

在应用斜探头对熔透焊缝进行超声波检测的过程中，工作探头探伤灵敏度应当高于距离-波幅曲线中的评定线灵敏度要求。而对于直探头而言，在调整工作探头灵敏度的过程中，应采取的操作方法是:将直探头与CBⅡ-2平底孔试块平底孔对准，以第一次回波调整至满意刻度的50.0%作为超声波探伤基准灵敏度依据。检测过程中所采取耦合方式为直接接触法。检测过程中，超声波工作探头移动速度应当控制在150.0 mm/s范围内，两次相邻操作时工作探头的移动间隔应当确保重叠部分达到10.0%以上。

为提高超声波检测技术对熔透焊缝的检测准确性，在按照上述方法进行检测的基础之上，还必须考虑灵敏度补偿方案，一方面需要在对熔透焊缝检测以及缺陷定量环节中，补偿因钢结构材质表面粗糙度所致耦合损失，另一方面需要补偿因钢结构材质衰减所致检测灵敏度以及缺陷定量误差损失。

而在针对对接焊缝进行超声波检测的过程中，应当沿熔透焊缝中心线垂直方向将斜探头放置于检测面上，并操作工作探头以锯齿状式进行全面扫查。工作探头移动范围应当覆盖全部焊接结构截面区域，还应同步进行左右两侧旋转，旋转角度在10.0°～15.0°范围内。检测过程中可以采用前后扫查、左右扫查、转角扫查以及环绕扫查等多种方式，得到熔透焊缝缺陷动态波形，并对缺陷以及伪缺陷信号进行准确鉴别，以明确缺陷位置、形态以及方向信息。

5 检测结果评定与质量等级分类

根据质量要求检验等级分为A、B、C三级，检验的完善程度A级最低，B级一般，C级最高，检验工作的难度系数按A、B、C顺序逐渐级增高。应按照工件测材质、结构、焊接方法、使用条件及承受载荷的不同，合理的选用检验级别。检验等级应按产品技术条件和有关规定选择或经合同双方协商选定。

若超声波检测下结果超过距离-波幅曲线评定线信号，则应当特别注意判断熔透焊缝是否存在裂纹等缺陷特征，若疑似存在缺陷，则应当通过扩展探伤工作面以及调整工作探头K值的方式，对动态波形进行观察，并结合钢结构工艺特征进行评定。本工程中箱型柱内隔板区域直探头检测结果如下图 （见图2）所示。图2中，缺陷波1埋藏深度为25.0 mm，经判定为电渣焊靠近箱型柱结构壁板一侧未熔合缺陷，缺陷波2埋藏深度为40.0 mm，经判定为电渣焊靠近箱型柱结构内隔板一侧未熔合缺陷。

图2 箱型柱内隔板区域直探头检测结果示意图

6 总结

在高层建筑钢结构中，一些重要结构构件虽然采用部分熔透的焊接工艺，但考虑到结构使用条件相对特殊，因此在结构设计中常常将熔透焊缝作为二级焊缝，需应用超声波技术进行探伤检测，以确保焊缝质量满足施工要求。文章上述分析中结合某高层建筑钢结构实例，就熔透焊缝超声波检测技术的应用要点进行逐一分析，望能够引起同行人员的重视。

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