高层钢结构焊缝超声波探伤分析

吕亮

（中铁六局集团太原铁路建设有限公司 山西省太原市 030013）

引言

在高层建筑中应用钢结构的时候，需要注意其焊缝中的各种问题，以免发生质量不过关的情况，从而对建筑造成不利影响。根据现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）有关要求，结合高层钢结构焊缝的特点做了一些超声波检测技术研究，对监督施工人员科学施工，保障建筑质量有着非常重要的意义。

1 工程概况

太原某工程位于城市最核心地段，其中写字楼是地标性建筑，以220m的海拔代言城市高度，是山西省在建项目第一高的国际5A级标准的总部经济概念办公场所，其支撑以H型钢，方钢全部采用Q345B，腹板、翼板厚度在20～40mm，焊接方式采用二氧化碳气体保护焊。

2 高层钢结构焊缝的类型及其缺陷

所谓焊缝，是将没有连在一起的钢结构通过加工连接到一起的时候产生的，以便使钢结构更具有优势，同时也能增强其造型美观、跨度大的特点，并实现其他材料不能实现的一些建筑任务。由于焊缝是人为焊接形成的，因此会存在一些质量上的缺陷，最终对钢结构工程的总体质量还有安全情况产生一定影响。在实际的焊接中存在着焊缝缺陷的问题，分别为内部缺陷和表面缺陷。表面缺陷是容易被发现的，包括烧穿、气孔等，能被人直观地感知到，但是内部缺陷，例如未焊透、裂纹、未熔合等都不容易被发觉，因此需要超声波检测技术来检测。

2.1 焊缝的类型和坡口型式

目前来说，高层钢结构相对应的焊缝类型就有T型焊缝以及对接焊缝。对接焊缝一般是在母材的边缘对齐基础上，沿着边缘来进行焊接，所以在外观上会有一条明显的焊缝。T型焊缝则是在母材呈T型放置之后再进行焊接，所以焊缝会呈现T型。另外，在处理坡口时，接头处坡口为了使焊缝看起来更加均匀美观，主要对应T型、薄板、厚板、中厚板对接等有K型、I型、X型、V型等坡口的类型，以满足不同需求。

2.2 常见的内部缺陷

因为工艺还有环境因素的影响，焊缝的内部缺陷主要是有未焊透、裂纹、未熔合、夹渣和气孔等，而在这些缺陷的性质上，点状夹渣和单个气孔都属于一般的缺陷，对焊缝整体的强度没有那么大影响，而不规则状的夹渣、未熔合、未焊透还有裂纹等都属于比较严重的缺陷，会对焊缝整体的强度造成不良影响，降低其性能。

3 超声波探伤检测技术

所谓超声波探伤检测技术，就是依靠超声波在经过不同介质时会产生反射这一特点进行的。因为焊缝存在的缺陷会影响构件中超声波的传播，在构件的表面附着耦合剂，就能使超声波在构件的内部顺利进行工作。而超声波一旦进入工作，那么通过显示屏就能观察波形以及损伤的位置情况，从而判断出焊缝问题，方便工作人员的处理。另外，超声波探伤检测仪器有很多种，比较常用的是A型脉冲反射式的探伤仪器。其依靠物体缺陷存在的声学特性来进行工作，工作频率是0.5～5MHz。

4 在高层钢结构焊缝中应用超声波探伤检测技术

由于超声波探伤检测技术的优势，如探测的灵敏度高、操作便捷、仪器携带方便等，其非常适用高层钢结构焊缝探伤，但对操作人员还有构件也有着较高的要求，所以应用时也需要注意。

4.1 超声波探伤检测技术应用的要求

首先就是选择探测面。因为构件工艺、验收级别、缺陷状况等情况的不同，选择的探测面也是不同的，这就要工作人员结合实际情况来分析。其次，就是选择K值或折射角β。所谓K值，就是探头频率，钢结构厚度的不同，选择的K值也是不同，通常情况下的厚板构件需要的K值不高但要有着较强的穿透能力，而薄板则情况相反。另外，钢结构焊缝在检测时需要选择2.5MHz和5MHz的探头，同时薄壁构件焊缝以及网架杆件都需要选择5MHz。至于折射角，其是一个重要参数，需要工作人员结合实际情况以及工作经验来选择，一般情况下的钢结构都推荐选择K2.5（β68）或者是K2.0（β60）。最后就是耦合剂的选择。想要超声波能顺利地进入构件中，就需要选择那些取材便利又具有较强流动性的耦合剂。

4.2 在焊缝的内部缺陷中进行超声波探伤技术的应用

4.2.1 探伤检测的工艺流程

首先就是要编制工艺卡，然后对检测器材进行调试，并选择合适的试块。之后再进行焊缝表面的检查与超声波检测。在完成这些之后，就是判断缺陷，并且审核返修复探、签发检测的报告等。

4.2.2 焊缝检测面

如果是选择一次反射法进行检测的时候，因为焊缝本身就是检测区域的宽度，同时焊缝两侧只有母材厚度一半不到的区域，所以探头移动区域需要比1.25P（P=2KT）大。但如果是选择直射法进行探测的话，探头移动的区域就需要比0.75大。一般情况下，在箱型柱、支撑作用的内隔板之中，主要选择的就是直探头为主要、斜探头为辅助的检测方法，这种方法主要的目的就是查看电渣焊内隔板和壁板间有没有发生熔透的情况。

4.2.3 校准和复核仪器的程序

①就是仪器校准。一般情况下，每隔半年就需要对仪器的垂直线性还有水平线性进行一次全面的测定；②在正式检测之前，需要测定仪器还有探头系统。尤其是使用斜探头的话，检测前要对斜探头的扫查灵敏度、主声束偏离、K值、前沿距离还有调节或者复核扫描的量程等进行仔细的检测，只有这样才能继续相关检测工作；③在实际检测的过程中，需要对仪器还有探头系统进行复核。如果改变了校准的探头、仪器调节旋钮还有耦合剂，扫查灵敏度或者扫描量程发生了变化的情况时，必须对系统进行复核，另外连续工作四个小时及以上或者工作全部完成了的时候，在结束时也需要进行复核；④在检测工作结束之前，必须要对仪器还有探头系统进行相关复核工作，并且不管是什么时候，只要检测工作结束前，必须要对扫描量程进行复核。

4.2.4 绘制距离-波幅曲线

在进行曲线的绘制工作时，需要结合所使用的仪器还有探头在实体上进行实测得来的数据进行，这种曲线族组成部分一般包括定量线、判废线还有评定线。对于这种工程来说，在进行距离-波幅曲线灵敏度的选择时，需要根据B级检验的标准进行。

4.2.5 超声波探伤检测的方法

①对于斜探头灵敏度来说，其要比评定线灵敏度更大一点。②耦合的方式应该选择直接接触方法。③就是要在确保探头移动速度比150mm/s小的同时，保证每相邻的两次探头移动间距最少要重叠探头宽度的1/10。另外，就是灵敏度补偿的工作，耦合补偿是指在检测或者定量缺陷时，需要对那些因为表面的粗糙度而导致的耦合损失采取补偿措施，而衰减补偿是因为材质的衰减导致缺陷定量以及检测灵敏度的误差而进行的补偿，而补偿数值要根据对比试验得出的数据进行调整。

5 结束语

综上所述，目前我国建筑行业正在蓬勃发展，但是也面临着挑战，想要在激烈的市场竞争中脱颖而出，必须要做好各方面的工作。尤其是高层建筑，焊缝的质量直接影响着整个工程的质量和安全，其钢结构焊缝缺陷如果不能及时被发现，那么会对整个工程造成质量隐患甚至发生事故，必须引起建筑企业的重视。而采取超声波探伤检测的技术，对于发觉焊缝内部缺陷十分有利，如果能善于利用，对解决钢结构焊缝的相关问题有着非常重要的作用。只有这样，才能确保钢结构质量，从而保证整个工程的安全和质量，最终推动建筑行业的进一步发展。