超声波探伤技术在钢结构无损检测中的应用研究

2023-07-19陈彦龙

智能建筑与工程机械 2023年4期

陈彦龙

摘要：通过超声波探伤技术，可以检测到肉眼无法观测的结构内部情况，达到无损检测的要求，还能提高检测的准确性，对钢结构的应用具有较大的帮助。结合具体检测实践和工作经验，详细论述了钢结构无损检测中对超声波探伤技术的有效应用，重点归纳总结了钢结构无损探伤检测技术的应用要点，希望能够进一步提高相关技术的应用水平，为钢结构施工提供全面保障。

关键词：超声波探伤技术；钢结构；无损检测；应用

中图分类号：TG142 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2023）04-0085-03

0 引言

目前，钢结构已经被广泛应用于现代建筑领域，钢结构的质量与建筑工程的整体质量密切关联。若是钢结构质量有问题，在施工过程中未能及时发现，就会给工程建设留下巨大隐患。

超声波检测技术作为当前工程检测的主流技术，具有非常显著的应用优势，在钢结构检测中得到了广泛普及。但超声波探伤技术的应用也有着严格要求，如何全面把握应用要点，也是相关人员需要重点思考与实践的重点。

1 基本概述

超声波无损探伤技术的原理就是利用超声检测仪对被检测对象发射和透射超声波，频率范围通常在1～5 MHz，以此来对钢结构金属材料焊缝中的缺陷进行检测，如裂纹、未熔合、未焊透等，能够有效判定缺陷所处的位置。

超声波无损探伤技术具有设备简便、检测效率高、结果精准等优势，是当前自动化检测的代表性技术。另外，超声波无损探伤检测对检测对象的要求相对较低，在材料属性、制造工艺、规模大小等方面没有太多局限，所以被广泛应用于建筑无损检测领域。当然，超声波无损探伤技术也存在一定的局限，就是不适用于形状复杂、表面粗糙、粗晶材料的检测。

超声波无损探伤技术主要包括人工探伤和自动化探伤两类。因国内钢材生产企业对钢材坯料无损探伤重视度较低，所以在钢结构生产环节基本以人工探伤为主[1]。人工探伤具有可操作性强、适用范围广的优势，但也存在耗时较长、用工较多的缺点。为确保建筑工程质量，除了加强钢结构生产环节的检测把关外，还应该结合人工探伤与自动化探伤，对钢结构质量进行独立检测，最大程度地消除钢结构质量风险。目前，这种结合正在受到越来越多的关注，并开始应用于所有钢结构检测领域，有着十分广阔的发展前景。

2 钢结构无损检测中超声波探伤技术的应用范围

2.1 钢结构焊接检测

在钢结构焊接中，超声波无损探伤技术有着非常重要的应用价值，通过对焊接施工质量的检测，能够有效判定钢结构焊缝等级，进而为后续施工提供一定依据。

目前，我国已经出台了相应的焊缝等级分类标准和检测方法，施工企业只需根据相关标准实施检测，对钢结构焊接质量进行客观评估，并做好后续质量管理。

2.2 压力管道强度检测

超声波无损探伤技术在压力管道强度检测领域也有着重要的应用价值，通过检测能够全面了解压力管道的结构缺陷、焊接方法、受力状态等，进而判定其是否满足设计标准和施工要求。另外，还可以通过具体强度检测能够为后续强度施工提供可靠依据。

2.3 壓力容器厚度检测

超声波无损探伤技术还可以应用于压力容器厚度检测，即通过对检测对象材质结构、空间状态等信息的分析，准确把握压力容器厚度，进而明确相关部位的质量风险，提高施工质量[2]。

3 钢结构无损检测中超声波探伤技术的应用要点

3.1 做好准备工作

3.1.1 注重专业队伍建设

为了确保检测结果的精准性，要求检测人员必须具备足够的专业能力，持有专业证书，把握相关专业知识。只有在检测人员全面了解金属材料和焊接知识，熟练使用超声波检测设备，精准识别超声波形，了解相关标准和之后，才能确保检测技术高效应用。

3.1.2 保证仪器设备质量

超声检测仪和试块必须符合相关标准，即JB/T10061-1999《A型脉冲反射式超声波探伤仪通用技术条件》、GB/T23905-2009《无损检测超声检测用试块》以及JB/T9214-2010《无损检测A型脉冲反射式超声检测系统工作性能测试方法》，做好仪器性能与系统性能的测试，确保测试结果符合相关标准[3]。

3.1.3 合理选用耦合剂

耦合剂作为重要的填充剂，不仅能够提高超声波透射率，还能够起到润滑作用，提高探讨移动效率，降低磨损率。在超声无损探伤检测中，要尽量选择具有较强流动性、透声性，且价格低廉、安全性高的耦合剂，如机油、化学浆糊等。

3.1.4 做好焊缝准备

在实施超声波无损探伤检测前，要对被检测对象进行全面清理，必要时要进行打磨处理，以确保钢结构焊缝两侧探头移动区宽度1.25p范围内表面粗糙度在0.5 mm以下。同时考虑焊缝与试块声能性能存在的差异，一般通过提高4dB的方法实施表面补偿，或根据GB/T11345-2013《焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定》附录F，对声能传输损失差值进行有效测定[4]。另外，还要保证焊缝检测时的温度与试块调节仪上的温度差值不要超过15℃，确保耦合剂的统一。

3.1.5 合理调节仪器设备

在对钢结构实施检测前，要对检测设备实施合理调节。

首先，在CSK-IA试块上获取直径50 mm、100 mm弧面的最高反射回波作基线调节，对声速、零偏和探头前沿进行全面测定。

其次，在CSK-IA试块上获取φ50 mm圆孔的最高反射回波，对探头折射角度进行测定。在RB试块上获取三个及以上的φ3 mm×40 mm横孔反射体的最高反射回波，并依此制定DAC曲线，同时要保证最深反射体深度大于两倍母材厚度。

最后，结合检测标准中规定的检测灵敏度标准，分别将评定线、定量线和判废线分别设为-14dB、-6dB和0dB。

3.2 做好焊缝内部缺陷的全面扫查

当钢结构焊缝外观检测合格、焊接时间达标后，对钢结构焊缝内部结构进行全面检测，具体可以分为初步扫查、精细扫查和复核扫查。

扫查要根据B级检测等级相关标准实施，借助斜探头在焊缝单面双侧实施检测。当条件不够时，可以采用两个斜探头进行单面、单侧的逐一检测。

3.2.1 初步扫查

在确保探头灵敏度的基础上，将斜探头放在焊缝一侧，与焊缝长度走向垂直进行锯齿状的反复检测，以实现单面双侧的初步扫查。扫查宽度要在1.25p以上，检测速度要适中，避免出现扫查遗漏区域，在反复检测的时候要重叠10%的探头宽度。

在检测过程中还要观察屏显，若是发现高于评定线的回波信号，要及时标记，为后续精细扫查提供可靠依据。锯齿状检测是为了检测出内部纵向存在的缺陷，而横向检测就要实施平行或斜平行扫查。

3.2.2 精细扫查

在对钢结构焊缝进行精细扫查的时候，需要依据初步扫查环节的标记信号展开。对标记位置进行多角度、多方向、多层次的全面扫查，并结合焊缝结构尺寸信息进行真假判定。在排除所有伪显示后，找出欠缺最高反射回波，并对其幅度、位置进行记录。采用6dB法或端点峰值法对所标记长度进行测量，同时做好记录。重复上述流程对所有初步扫查环节的标记实施检测。

3.2.3 复核扫查

通常来讲，初步扫查和精细扫查已经能够较为全面、精准地獲得检测结果，但对于个别异常或疑难反射回波，则需要进行复核扫查。

复核扫查要更换检测人员、丰富探头角度、转变扫查面等，对内部缺陷进一步验证。如果在复核扫查后还不能解决相关疑难信息，就要采用射线检测的方法实施验证，以确保检测结果的精准性[5]。

3.3 超声检测结果客观评级与判定

根据缺欠最高反射回波幅度高低与指示长度长短信息及GB50661-2011《钢结构焊接规范》，可将钢结构焊缝超声无损探伤结果按照质量由高到底的排序划分成4个级别，分别是I、Ⅱ、Ⅲ、IV级。将检测结果与既定标准进行对照，能够客观合理地对钢结构质量进行判定。

根据GB50205-2020《钢结构工程施工质量验收标准》：一级钢结构质量检测结果评级为I级或II级时就属于质量合格，III级或IV级则属于质量不合格。二级钢结构质量检测结果评级为I级、II级或III级时属于质量合格，评级为IV级时属于质量不合格。

一旦检测结果判定为不合格，就需要更换或返修，并根据原检测标准和流程实施复检。若是采取的是抽样检验，那么还要结合GB50661-2011《钢结构焊接规范》相关规定，对检验批实施结果判定。

4 超声波探伤技术在钢结构无损检测过程中的应用

4.1 超声波探伤技术在钢结构未熔合问题中的应用

未熔合问题一般表现在钢结构各种金属填充物并未严格遵照预期结果进行融合，致使结构存有很大的缺陷。导致这种问题可能的原因有焊接中坡口问题处理不佳、电流太小、焊接操作太过粗糙等[6]。

在未融合问题的检测中，片状分布问题和裂纹的反馈波长都颇为相似，声波图变化较为明显，声波上下波动的幅度十分显著，在特定条件下，可能产生多个峰值。当检测设备在检测物质上水平缓慢移动时，在设备界面中看到声波呈现平稳的走势；当设备转向时，声波浮动就会呈现出不规律。在进行未融合问题的监测时，若是没有特定结果，检测设备会出现有时两边都可探测到问题，有时会在一边发现问题，但这两种检测结果呈现的波形图并不相同。

4.2 超声波探伤技术在钢结构未焊透问题中的应用

钢结构的焊接时很容易出现未焊透的问题，这是因为一些金属构造在强力焊接中依旧未实现完美融合。若是钢结构焊接没有焊透，设备的机械性能就会遭受很大影响。

钢结构焊接没有焊透可能的影响因素有：①焊接操作中电压过小致使电流强度不佳；②焊接操作过于看中速度，缺少细致性；③坡口设置的角度缺少合理性；④焊接角度与正方向等发生偏离。所以，检测人员需严谨对待检测工作，防止出现问题。

在探伤技术使用中，倘若其反馈的声波频率很大，波动较为明显，此时就需要平行且缓慢地移动探测设备进行检测，这样显示屏中的波动趋势就会变得十分平稳，不会产生强烈波动的波段[7]。在检测到问题时，其两侧就会发生聚集应力点，严重影响钢结构投入使用，很可能会导致钢产品表面产生裂开的纹路。

若想防止出现钢结构未焊透的问题，相关人员需严格掌控焊接过程，规避未焊透问题，为钢产品的安全使用提供保障。

4.3 超声波探伤技术在钢结构气孔问题中的应用

钢结构未处在真空状态中，会致使高温状态下金属层吸收大量气体，却不能通过其他的途径得以排放，导致钢结构内部出现主要以椭圆、球形为主的空隙，这些空隙被称为气孔。另外，钢结构的零件没有根据标准要求烘干、坡口拥有大量的杂质或者气体维护效果差，都可能引发气孔。

气孔通常分为密集型或是稀疏型两个形态。气孔问题的检测也是超声波探伤技术常见的检测内容。在检测结果的界面中，簇状的反馈波长代表其气孔形态作为密集型气孔。气孔的形状及规模将会对波形和波动频率存有直接影响。

另外，移动探测设备显示屏中上下浮动波形图，可能是因为焊条材料保护不佳而产生气孔，导致药皮脱落或是材料遭受严重腐蚀造成的，或者是焊接模式导致的气孔问题。所以，钢结构焊接中应进行实时监控，焊接人员需严格操作，可有效规避此类问题[8]。

5 结语

钢结构的应用能够满足建筑领域高空间、大跨度的要求，因此钢结构的可靠性以及质量是非常关键的。所以，超声波无损探伤技术在钢结构质量检测中有着非常重要的应用价值，其具有精准性强、操作简单、成本较低等优势，能够给钢结构项目的质量与安全带来相关的技术保证。

参考文献