钢结构无损检测中的超声探伤的应用

邢宇 孙志英 张学锋 韩开鹏

海洋石油工程股份有限公司海洋工程技术服务分公司 山东青岛 266500

1 超声探伤基本原理

超声检测（UT）利用高频声能进行检测和测量。超声波探伤可用于探伤I评价、尺寸测量、材料表征等。一个典型的UT检测系统由几个功能单元组成，如脉冲/接收器、传感器和显示设备。该换能器由脉冲发生器驱动，利用石英、硫酸锂或各种陶瓷材料，利用压电技术产生高频超声能量。大多数检查是在1至25兆赫的频率范围内进行的。耦合器用于将超声波从换能器传输到试件上；典型的耦合器是水、油、甘油和油脂。声能以波的形式通过材料被引入和传播，并从相对的表面反射出来。内部缺陷，如裂纹或空洞，打断了波的传播，并反射回一部分超声波。能量的振幅和返回所需的时间表明工件上有任何缺陷的存在和位置。超声波探伤法作为一种实用、多功能的无损检测方法，具有对表面和地下不连续面敏感、探伤或测量的穿透深度高、脉冲回波技术可单面获取、反射器位置和尺寸及形状估计精度高、零件准备量小、电子设备的瞬时结果、自动化系统的详细成像、厚度测量等其他用途的可能性等优点。

2 焊缝无损检验其检验的等级

“表面超声波探伤方法和断裂的结果分类”钢焊接规定，焊缝的无损检测检验成绩分为三个等级：A、B和c（1）类是一个测试方法的检验检测焊缝一侧的一边根据某一斜探头，并检验只能测试部分，可以扫描。这种试验不能用于横截面。当母材厚度大于50mm时，a级测试是绝对不可能的。（2）B类检验是焊缝的单向双向检验，是根据一定角度的探头进行的。当基材厚度大于100mm时进行B类试验。由于在实际实施过程中可能会受到一些几何约束，所以使用两个角度探头进行检测。如果有条件，那么最好做横向缺陷测试。（3）c级检测采用两个或两个以上的角度探头对焊缝进行检测，实际上是对焊缝两侧的检测。利用两个探头的夹角和两个方向的扫描来检测侧向缺陷。当基材厚度大于100mm时，选用双面检测方法。另外，有几点需要特别注意：（1）对接焊缝两侧使用斜探头检测时，如果通过基体部分，需要直探头检测；（2）对接焊缝需要对high的其余部分进行平滑操作，使探头可以对焊缝的部分进行平行探测；（3）当窄间隙焊缝基材厚度大于或等于40mm，焊缝基材厚度大于或等于100mm时，通常是增加连续扫描方式。

3 对于焊缝缺陷等级的评定

在确定缺陷尺寸后，根据缺陷的性质和指示的长度，结合相关标准，对焊缝的质量水平进行评估。焊缝内部缺陷超声检测分为I、II、III、IV类，其中I类质量最高，IV类质量最低。根据标准试样上绘制的距离幅值曲线，通过比较缺陷在焊缝中的最高回波位置和缺陷的性质来判断焊缝电平。对于距离幅值曲线中反射幅值最大不超过评价线的缺陷，评定为第I类；当最大反射波幅值超过评价线的损伤线时，缺陷检测仪判定为裂纹等危险缺陷，无论其幅值和大小，均评定为第IV类；I区反射波幅值为I级的不开裂缺陷；反射波幅值为III区的缺陷，不论其长度如何，均定为IV类缺陷。

4 对焊缝合格以及检测记数规则的评定

（1）焊缝内部缺陷无损检测的若干规定。一级焊缝探伤率为100%，即探伤总数；探伤率为20%，属于二级焊缝探伤。当在工厂焊接时，计算的比例是根据每一个焊缝的长度计算出来的。当缺陷长度不超过200mm时，需要对整个焊缝进行探伤。（2）焊缝计数方法。当工厂生产的焊缝长度不超过1000mm时，每个焊缝只有一个焊缝；当长度大于1000mm时，分为300mm焊接，现场安装。每个焊缝都是一个焊缝。

5 焊缝中常见缺陷的类型及其在超声探伤中的识别应用

5.1 气孔

焊接时，焊缝熔池在高温下吸收了过多的冶金和气体，冷却前未及时溢出，焊缝金属内部出现空洞，形状一般为椭圆形和球形。孔隙分为致密孔隙和单个孔隙。致密气孔实际上是一簇反射波，其波高受气孔大小的影响。单个通风口回波高度很低，波形相对稳定。具备全方位检测能力。

5.2 未熔合

所谓未熔融是指填充的金属层完全没有熔合在一起。此时，反射波具有以下特征：当探头两侧被探测时，反射振幅各不相同。当探头平移时，波形基本上是稳定的。

5.3 夹渣

夹渣是指焊缝金属焊接后残留的夹渣或非金属夹杂物，其夹渣表面不规则。矿渣被分成点和渣。点渣回波信号与点气孔相似。带渣回波信号多呈锯齿状。其反射率低，一般振幅不高，波形多为树枝状，主峰上有小峰。当探针被平移时，波的振幅发生变化，反射波的振幅在每个方向上都不同。

5.4 裂纹

裂纹是指焊缝或母材在焊接过程中或焊接后热影响区发生局部断裂的裂纹。一般来说，裂缝回波高度大，波宽宽，峰值多。当探针平移时，反射波连续出现，振幅发生变化。当探针旋转时，峰值有一个顶部和底部的位移。

5.5 没有焊透

未焊透是指焊接接头的金属未完全焊透的现象。一般位于焊缝的中心线上，有一定的长度。探头在探伤过程中平移时，非焊接波形相对稳定，焊缝两侧存在缺陷时，反射振幅相同。

6 结语

焊接是建筑钢结构工程中应用最广泛的连接方法。焊接质量是钢结构工程施工验收的重要组成部分。焊缝中常见的缺陷主要有气孔、夹渣、未焊透、未熔透和裂纹，其回波各有特点。钢结构的施工离不开焊缝的制造。超声波检测以其低成本、灵活、方便、高效的特点，决定了其在钢结构工程质量控制中的地位。保证钢结构的质量和制造，使钢结构发挥其应有的作用。根据《钢结构施工质量验收规范》（GB50205-2001），设计中需要完全贯通的一次焊缝和二次焊缝均需进行超声波检测。