钢结构在现代建筑工程中的运用越来越广泛，而钢结构的构件在制作和安装过程中主要通过焊接来完成，那么在建筑工程中就可以采用无损探伤的技术手段来详细对钢结构的焊接质量进行全方面检验，这样才能够有效确保了建筑工程的整体性质量。在本文中笔者就主要针对在建设工程中运用超声探伤技术进行的钢结构无损检测进行分析，并对其中关键部分作出详细介绍。关键词：建筑物钢结构：质量检测；钢结构焊缝；超声波探伤技术中图分类号：TU391 文献标识码：B 文章编号：1673-0038（2013）30-0135-03引言伴随目前建筑物结构体系的分类不断朝着轻重量、高强度的方向不断发展，型钢混凝土结构、钢管材料的混凝土结构、钢 结构在现阶段建筑工程中使用率也是逐渐升高了。特别是在一些厂房建设以及设备安装的过程中更是非常大量地运用了钢结构。在钢结构的施工过程中焊接技术就作为钢结构构件制作和安装的主要连接手段，这将直接影响了建筑物中钢结构的施工质量好坏，而采用无损探伤技术手段对钢结构中焊缝进行的质量检验，这将能够有效地确保钢结构工程质量。1 钢结构无损探伤技术应用概况钢结构无损探伤技术主要包括了超声波检测技术（UT）、射线检测技术（RT）、磁粉检测技术（MT）、渗透检测技术（PT）以及涡流检测技术（ET）等5种主要的检测技术手段。钢结构焊缝的内部缺陷一般可用超声波探伤和射线探伤。射线探伤虽然具有直观性、一 致 性 、检测 结果能永久保存等优点，但是射线探伤成本高、操作复杂、检测周期长、有辐射影响，尤其是钢结构中大多为T型接头和角接头，射线探伤检测效果差，且射线探伤对裂纹、未熔合等危害性缺陷的检出率低。超声波探伤则正好相反，操作程序简单、检测周期短、成本低、灵活方便、效率高、对人体无害，对各种接头形式的适应性好，对 裂 纹 、未 熔 合 的 检 测 灵 敏度高，因此世界上很多国家对钢结构焊缝内部质量的控制一般都采用超声波探伤，只有当超声波探伤不能对缺陷做出判断时才采用射线探伤。超声波探伤是利用超声能透入金属材料内部，并由 一截面 进入 另 一 截 面 时 ，在界面边缘发生反射的特点来检查金属材料内部缺陷的一种方法，当超声波束自材料表面由探头入射至金属材料内部，遇到缺陷与金属材料底面时就分别产生反射波，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形和 显示参数来判断缺陷位置和大小。超声波探伤虽然具有操作程序简单、检测周期短、成本低、灵活方便、效率高等优点，但是超声波探伤也有其局限性，超声波探伤对缺陷的显示不直观，探伤结果不便保存，探伤技术难度大，对材料检测表面要求较高，对粗糙、形状不规则、小、薄或非均质材料难以检查，对所发现缺陷作十分准确的定性、定量表征仍有困难，容易受到主、客观因素的影响等。因此超声波探伤对操作者的技术、经验、专业知识要求很高。检测人员不仅要具备熟练的超声波探伤技术，还应了解有关的钢结构焊接基本知识、焊接工艺等。2 钢结构焊接加工基本知识钢结构焊缝的缺陷是在焊接加工时产生的，焊接工艺设计不合理，焊接操作不按工艺和焊接规范要求都有可能产生缺陷。因此超声波探伤检测人员在检测之前先了解钢结构焊接基本知识，如焊接方法、焊缝接头形式、坡口形式等，对检测过程中判定缺陷是极其重要的。2.1 焊接方法钢结构焊接方法主要有手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊、电渣焊等。焊接过程实际上是一个冶炼和铸造过程，首先利用电能或其它能量产生高温熔化金属，形成熔池，熔融金属在熔池中经冶金反应后冷却，将两母材牢固的结合在一起。为防止有害气体渗入，手工电弧焊是利用外层药皮高温时分解产生的气体形成保护。埋弧焊和电渣焊是利用固体或液体焊剂作为保护层。气体保护焊是利用氩气或二氧化碳气（惰性气体）作保护层。2.2 接头形式钢结构构件制作和安装过程中常用的焊缝接头形式有对接接头、角接接头、T型接头，各种接头形式示意图见图1。3 坡口形式为保证两母材焊接时能完全熔合，焊前将母材加工成一定的坡口形状，使其有利于焊接实施，坡口形式一般分为I型、V型、U型、X型、K型，坡口形状和各部名称及其作用如图2所示。图1图2坡口目的-保证全熔透，减少填充量。钝边目的-保证全熔透，防止咬边。间隙目的-保证全熔透，控制内凹、未焊透。质检·研究·135·与建材 装饰 2013年10月4 钢结构焊缝可能出现的缺陷及其识别方法4.1 钢结构焊缝的内部缺陷主要有：气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹等。4.1.1 气孔焊缝中的气孔是由高温金属中吸收的过多气体或焊接过程中产生的气体未能及时排除而形成的空穴，气孔的形状通常都是椭圆形和球形。气孔分类主要有密集形气孔和单个气孔两种形式。产生气孔的主要是焊条焊剂烘干不够；坡口油污不干净；防风不利导致电弧偏吹；保护气体作用失效等。4.1.2 未熔合钢结构焊缝中的未熔合，是 指填充 在各个金属层之间的相没有融合到一起。产生未熔合的主要原因是坡口不干净；焊接电流小；焊接速度过快；焊条角度不当（焊偏）等原因所至。4.1.3 夹渣焊缝中的夹渣是指残留在焊缝内的溶渣或非金属夹杂物，可分为条状夹渣和点状夹渣两种类型。产生夹渣的主要原是坡口不干净；层间清渣不净；焊接电流过小；焊接速度过快；熔池冷却过快，熔渣及夹杂物来不及浮起等。4.1.4 未焊透未焊透是指焊缝中部分金属未完全熔透的现象。产生未熔透主要原因是焊接电流小；焊速过快；坡口角度小；间隙小；坡口加工不规范；焊偏；钝边过大等。4.1.5 裂纹裂纹是焊缝在焊接后或焊接过程中，钢结构母材和焊缝热影响区域发生的缝隙，有热裂纹、冷裂纹等，对焊缝的危害较大。裂纹产生的主要原因是焊缝中存在低熔点共晶体，偏析或者由于焊接工艺不当所至。4.2 缺陷类型识别缺陷类型识别不仅可利用缺陷反射波幅变化测定（静态波形），还可观察其动态波形的变化推定，采用多种声束方向作多种扫查，如前后、左右、环绕、转动扫查，通过对各种超声信息综合评定进行识别。4.2.1 点状缺陷回波特征（气孔、小夹渣等体积性缺陷）回波幅度较小，波形较稳定，探头前后、左右，转动扫查时波幅平滑，由零上升到最大值，又平滑的下降至零。环绕扫查时回波高度基本相同。4.2.2 线性缺陷回波特征（线性条状夹渣、未焊 透、未熔合等）有明显的指示长度，但不易测出其断面尺寸。探头前后移动，回波类似点状波形变化。左右移动时，开始波幅平滑的由零上升到峰值，探头继续移动，波幅基本不变，或在依4dB的范围内变化，最后又平稳的下降到零。（如图4）4.2.3 体积状缺陷回波特征（不规则大夹渣）有可测长度和明显断面尺寸。左右扫查类似线性条状波形变化，静态波形不圆滑；探头前后、左右移动时，回波幅度起伏不规则。这种缺陷在多方向或多种声束角度探头探测时，仍能探测到，回波高度呈不规则变化。4.2.4 平面状缺陷回波特征（裂纹、面状未熔合、面状未焊透）有长度，自身高度和明显的方向性。表面既有光滑的，也有粗糙的。探头在不同位置检测时，荧光屏上均呈现一个参差不齐的回波。前后、左右扫查时，回波类似条状或体积性缺陷。对表面光滑缺陷的作转动和环绕扫查时，与 缺陷平面相垂直时，两侧回波高度迅速下降。对表面粗糙缺陷，环绕扫查两侧回波高度的变化不规则。4.2.5 多重缺陷回波特征（密集气孔等）前后、左右扫查时，在时 基线 上出现 位置 不同，次序也不规则的缺陷回波。探头移动时，信号时起时伏，每个信号单独呈点状缺陷特征。5 钢结构焊缝探伤伪缺陷波的判别钢结构焊缝超声波探伤中，显示屏上除了出现缺陷回波以外，还会出现伪缺陷波。所谓伪缺陷波是指显示屏上出现的并非由焊缝中缺陷引起的反射信号。此类伪缺陷波如果不注意识别的话会造成误判，因此超声波探伤中分析与识别伪缺陷波对探伤结论的准确性极为重要。钢结构焊缝探伤过程中常见的伪缺陷主要有以下几种：5.1 仪器杂波仪器杂波是由于仪器本身性能不良，在不接探头的情况下，探伤灵敏度调节过高时，显示屏上出现的波形，接上探头工作时，此波在显示屏上的位置固定不变，一般情况下，降低灵敏度后就会消失。5.2 探头杂波仪器接上探头后，在显示屏 上出现波 幅很高、脉冲很宽 的图 3 点 反射体回波动态波形图4 接近垂直入射时光滑大平面反射体的回波动态波形图5 接近垂直入射时不规则大反射体的回波动态波形图6 倾斜入射时不规则大反射体的回波动态波形质检·研究·136·与建材 装饰2013年10月信号，无论探头是否接触工作都会存在，且位 置不 随 探 头 移 动而移动。此种伪缺陷波容易识别，产生的原因主要是探头吸收块的作用降低或失灵，探头卡子位置装配部合适，探头磨损过大等。5.3 耦合剂反射这种情况多出现在薄板焊缝探伤中，探头折射角较大，而探伤灵敏度又调节较高，则有一部分能量转换成表面波，这种表面波传播到焊缝边缘时将产生很强的反射信号。有时探头前沿耦合剂也产生反射。遇到这种信号，只要探头固定不动，用手擦掉探头前面的耦合剂，信号就会消失。5.4 咬边反射一般情况下此种反射波的位置分别出现在一次、二次波前边。将探头移动到最高反射信号出固定探头，适当降低仪器灵敏度，用手指沾点耦合剂轻敲 焊缝边缘咬边处，观察反射信号是否有明显的跳动现象。若信号跳动，则证明是咬边反射信号。5.5 错边反射错边在钢结构制作和安装过程中经常出现，焊缝两边母材一边高一边低，将探头放在较低的一侧探伤时，焊角反射波很像焊缝内部的缺陷波。将探头移至较高一侧探伤测时，在一 次波前 没有 反射 波，则 说明是 焊缝 错边。6 钢结构焊缝质量等级及检测要求根据钢结构的承载情况不同，现行国家标准将钢结构焊缝分为三个等级，即一级焊缝、二级焊缝、三级焊缝。一级焊缝质量要求最高，三级最低，各个等级的焊缝检测要求都不一样。按目前实施的《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）的要求，全焊透的一级焊缝的探伤比例为100豫，评定等级为现行国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结构分级》（GB11345）中的域级；二级焊缝的检验为抽样检验，检测比例为20豫，评定等级为现行国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结构分级》（GB11345）中的芋级。值得注意的是二级焊缝探伤分为工厂制作焊缝和现场安装焊缝两种类型，他们的探伤比例的计数方法是不一样的。钢结构构件在工厂制作过程中，一般焊缝长度都较长，为有利于保证每条焊缝的质量，对工厂制作焊缝按每条焊缝长度的20%的比例进行探伤，且探伤长度不小于200mm，当焊缝长度不足200mm时，应对整条焊缝进行探伤。而钢结构现场安装焊缝一般都不长，大部分焊缝为钢梁和钢柱的连接焊缝，因此对现场安装焊缝，按同一类型、同一施焊条件的焊缝条数计算百分比，探伤长度应不小于200，并不 小于 1 条焊 缝。在 《 钢 焊 缝 手 工 超声波探伤方法和探伤结果分级》（GB11345）中，把焊缝超声波探伤中的检验等级分为A、B、C的三个等级。钢结构焊缝质量的超声波探伤检验等级应根据工件的材质、结构、焊接方法、受力状态选择，当结构设计和施工上无特别规定时，钢结构焊缝质量的超声波探伤检验等级应选用B级。B级检验原则上采用一种角度探头在焊缝的单面双侧进行检验，对整个焊缝截面进行探测。当母材厚度大于100mm时，采用双面双侧检验。受几何条件的限制可在焊缝的双面单侧采用两种角度的探头进行探伤。条件允许时应作横向缺陷的检验。7 钢结构焊缝缺陷等级评定在按标准和规范的要求探伤后，应该根据焊缝缺陷的反射当量、指示长度、性质和母材厚度等来评定焊缝缺陷等级。（1）最大反射波幅不超过评定线（未达到玉区）的缺陷均评为玉级。（2）最大反射波幅超过评定线，但低于定量线的非裂纹类缺陷均评为玉级。（3）最大反射波幅超过评定线的缺陷，检测人员判定为裂纹等危害性缺陷时，无论其波幅和尺寸如何均评定为郁级。（4）除了非危险性的点状缺陷，最大反射波幅位于芋区的缺陷，无论其指示长度如何，均评定为郁级。（5）最大反射波幅位于域区的非危险性缺陷，根据缺陷指示长度按照标准规定进行评级。8 结束语随着现代科技快速发展，技术进步，超声波探伤仪器数字化，探头品种类型增加，使得超声波检测工艺可以更加完善，检测技术更为成熟。但是超声波探伤中人为因素对检测结果影响甚大，工艺性强，因此对超声波检测人员的素质要求高，检测人员不仅要具备熟练的超声波探伤技术，还应了解有关的焊接基本知识，如焊接接头形式、坡口形式、焊接方法和可能产生的缺陷方向、性质及出现时机等，从而获得正确的检测结果，确保钢结构工程质量。参考文献[1]陈文革，魏劲松.超声无损检测的应用研究与发展[J].无损探伤，2001（4）：1~3援[2]吴朝晖.超声无损检测的应用与讨论[J].宁波工程学院学报，2005，17（2）：22~24援收稿日期：2013-9-28作者简介：何政秀（1983-），男，中级工程师，主要从事工程质量检测工作。质检·研究·137·
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