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1、鋼結(jié)構(gòu) 年第 期第 卷總第 期 全熔透 形焊縫超聲波探傷在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用 顧正學(xué) 楊秀山 谷書平 孫公思 高中勤 （ 威海建新科技開發(fā)試驗(yàn)有限公司 ，山東威海 ； 威海奧華鋼結(jié)構(gòu)有限公司 ，山東威海 ； 威海光威精密機(jī)械有限公司 ，山東威海 ； 威海市環(huán)翠區(qū)質(zhì)檢站 ，山東威海 ） 摘 要 ：焊接連接在鋼結(jié)構(gòu)工程中是較為常見的連接形式 ，每個(gè)工程都需要對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接焊縫進(jìn)行 檢測(cè) ， 而 形接頭的焊縫最為普遍 ，在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接中有許多 形接頭焊縫為一 、二級(jí)結(jié)構(gòu)焊縫 。檢測(cè) 形接頭焊縫 時(shí) ，按照常規(guī)檢測(cè)方法容易出現(xiàn)焊接缺陷漏檢的現(xiàn)象 。經(jīng)過反復(fù)研究 ，分析不同的檢測(cè)結(jié)果 ，總結(jié)出斜探頭與直

2、探 頭并用的檢測(cè)方法 ，做到全截面掃查 ，避開雜波 。該方法檢測(cè)判斷容易 ，結(jié)果準(zhǔn)確 。 關(guān)鍵詞 ：形接頭 ；焊縫 ；雜波 ；探頭 （ ， ， ； ， ， ； ， ， ； ， ， ） ： ， ， ： ； ； ； 第一作者 ：顧正學(xué) ，男 ，年出生 ，工程師 。 ： 收稿日期 ： 鋼結(jié)構(gòu)中常采用 形接頭焊縫 ，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè) 非常重要 ，利用常規(guī)方法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)焊縫表面的干 擾雜波比較多 ，從而影響信號(hào)的判別 ，易造成漏檢和 誤判 ，直接影響缺陷的檢出率 。 在分析 形接頭焊縫中缺陷分布規(guī)律 ，就檢測(cè) 的可行性等一些實(shí)際問題進(jìn)行了試驗(yàn)和探討 ，結(jié)果 表明 ，只要合理地選擇探頭和檢測(cè)面 ，正確識(shí)別和利

3、 用幾何反射波 ，能夠很好地解決全熔透 形接頭焊 縫的檢測(cè) 。 形接頭焊縫中的缺陷 形接頭焊縫缺陷主要有 ：裂紋 、未熔合 、未焊 透 、夾渣 、氣孔和夾雜 。翼板側(cè)裂紋位于翼板的熔合 線附近 ，呈層狀撕裂 ，如圖 所示 。焊縫中裂紋位于 焊縫中心約與腹板呈 角 ，如圖 所示 。焊趾裂紋 位于焊縫近表面的腹板側(cè)的熔合線附近 ，見圖 。 未熔合分別位于翼板的熔合線附近 、腹板的坡口熔 合線附近 ，如圖 所示 。未焊透位于焊縫坡口的鈍 邊附近 ，如圖 所示 。夾渣 、氣孔和夾雜在焊縫任何 部位都有可能產(chǎn)生 ，如圖 所示 。 圖 層狀撕裂 檢測(cè)方法的選擇 檢測(cè)方法 ）對(duì)于焊縫中的裂紋 、未熔合 ，只

4、要探頭的 施工技術(shù) （ ）， ， 圖 未熔合 圖 未焊透 圖 焊縫夾渣 、氣孔 值選擇適當(dāng) ，采用直射法或一 、二次波反射波檢測(cè)即 可得到比較滿意的檢測(cè)結(jié)果 。 ）對(duì)于未焊透類缺陷 ，采用直探頭在翼板的外 側(cè)掃查 ，聲束垂直入射缺陷表面 ，可有利地檢測(cè)出未 焊透缺陷 。 ）對(duì)于夾渣 、氣孔類缺陷 ，由于夾雜其產(chǎn)生的隨 機(jī)性 ，無論檢測(cè)面在腹板還是在翼板 ，只要聲束能掃 查到整個(gè)焊縫的截面 ，可保證缺陷的檢出 。 ）對(duì)于焊縫中的橫向缺陷 ，采用斜探頭在翼板 上沿焊縫的長(zhǎng)度方向掃查 ，即可檢出 。 掃查方式 直探頭置于翼板的外側(cè)掃查 ，斜探頭置于腹板 ， 當(dāng)腹板厚度較大時(shí) ，斜探頭在腹板上用直射波

5、和一 次反射波掃查 ，如圖 所示 。腹板厚度較小時(shí) ，斜探 頭在腹板上用一次反射波和二波反射波掃查 ，如圖 所示 。 檢測(cè)條件 ）直 探 頭 。 頻 率 ：探 頭 的 頻 率 應(yīng) 選 擇 。 晶片尺寸 ：考慮到探頭的近場(chǎng)區(qū)大小 ， 圖 直探頭在翼板外側(cè)掃查 圖 斜探頭二次波掃查 應(yīng)選用小直徑探頭 ，一般選擇小于 直探頭或雙 晶探頭 。 ）斜探頭 。 值 （ 值反映斜探頭折射角 ）： 鋼結(jié)構(gòu) 形接頭的厚度范圍較大 ，常規(guī)腹板為 ，翼 板 厚 度 為 ， 承壓設(shè)備無損檢測(cè) （第三部分超聲檢測(cè) ）對(duì) 值的選擇推薦值按表 選擇 。 表 值的選擇 板厚 值 （ ） （ ） （ ） （ ） 根據(jù)缺陷分布規(guī)

6、律及焊縫結(jié)構(gòu)分析 ，為了更有 效地檢出焊縫中的缺陷 ，選定 值為 的探頭 ， 同時(shí)增加 值為 的探頭 。若 值選擇過大 ，焊 縫漏檢區(qū)大 ； 值選擇過小 ，對(duì)腹板側(cè)的未熔合 、熱 影響區(qū)裂紋的檢出不利 ，對(duì)焊趾裂紋也易造成漏檢 或誤判 。 頻率 ：焊縫的干擾信號(hào)給判別缺陷帶來很大 困難 ，改善聲束的指向性是解決問題的關(guān)鍵 。由 （ ）（ ）得知 ，聲束都有一定 的擴(kuò)散角 ，從而引起干擾波多 ，要使 減小 ，聲束指 向性好 ，能量集中 ，可以增加晶片尺寸 ，但如果晶片 尺寸增大 ，探頭前沿距離及近場(chǎng)區(qū)增大 ，對(duì)探傷不 利 。另一個(gè)方法是提高探頭頻率 ，使探頭的其他參 數(shù)不變 ，可 使 減 小 。

7、通 過 多 次 試 驗(yàn) ，使 用 對(duì)比使用 的探頭 ，波型顯示清 晰 ，缺陷易辨 ，如圖 所示 。 顧正學(xué) ，等 ：全熔透 型焊縫超聲波探傷在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用 鋼結(jié)構(gòu) 年第 期第 卷總第 期 探頭的波形 ； 探頭的波形 圖 不同探頭頻率缺陷對(duì)比 晶片尺寸 ：以一次反射聲束掃查焊縫的鈍邊 根部為原則 ，如圖 所示 。 圖 一次波掃查鈍邊根部 則有 ： ， ，所以得 ： 槡 （ ） 式中 ： 為有效波源面積 ； 為實(shí)際波源面積 ； 為全跨距聲程 ； 為方晶片的邊長(zhǎng) ，當(dāng) 時(shí) ， 可得晶片的面積為 ； 為波長(zhǎng) ； 為縱 波入射角 ； 為橫波折射角 。 ）探頭前沿距離 。前沿距離的大小直接影響 缺陷的檢

8、出 ， 值大 ，焊縫的漏檢區(qū)大 ； 值小 ，聲 波在探頭楔塊內(nèi)將產(chǎn)生波 ，顯示在熒光屏上 ， 值 由 決 定 ， （ ） ； 要求 ，但要盡量小 ，如圖 所示 。 圖 探頭前沿距離 信號(hào)的判別 直探頭掃查 直探頭掃查時(shí) ，觀察區(qū)為焊縫的熱影區(qū) ，探頭在 焊縫中間掃查時(shí) ，反射波位于翼板側(cè)的焊縫表面時(shí) ， 缺陷信號(hào)在焊縫表面干擾波之前 ；遠(yuǎn)離翼板時(shí) ，缺陷 波與干擾波混雜一起 ，難以分辨 ，此時(shí)可利用斜探頭 檢測(cè)確認(rèn) 。探頭在焊縫中間掃查時(shí) ，在相應(yīng)翼板厚 度附近出現(xiàn)的反射波為未焊透類缺陷 ，缺陷面積較 大時(shí) ，會(huì)出現(xiàn)缺陷的多次反射波 。 斜探頭掃查 ）直射波 、二次反射波掃查 （腹板為探側(cè)面

9、）。 反射信號(hào)出現(xiàn)在 次聲程之內(nèi)或 次聲 程之內(nèi) ，水平位置在焊縫或熱影響區(qū)中 ，為缺陷信 號(hào) 。 反射信號(hào)出現(xiàn)在 次聲程之內(nèi)或 次聲程之內(nèi) ，其水平位置進(jìn)入翼板 ，則為翼板內(nèi)側(cè) 的未熔合 ，熱影響區(qū)裂紋或焊趾裂紋 ，如圖 所示 。 圖 反射波 、二次反射波掃查 ）一次反射波掃查 （腹板為探側(cè)面 ）。 反射信號(hào)出現(xiàn)在 次聲程之內(nèi) ，其水平位置 在焊縫或熱影響區(qū)中 ，為缺陷信號(hào) 。 反射信號(hào)出現(xiàn)在 次聲程之內(nèi) ，其水平位 置進(jìn)入翼板 ，則為翼板內(nèi)側(cè)的未熔合 ，熱影響區(qū)裂紋 或焊趾裂紋 ，如圖 所示 。 ）翼板內(nèi)側(cè)的未熔合 、熱影響區(qū)裂紋及焊趾裂 施工技術(shù) （ ）， ， 圖 一次反射波掃查 紋的檢

10、測(cè) ，用直探頭檢測(cè)時(shí) （檢測(cè)面在翼板側(cè) ），底波 和缺陷波同時(shí)出現(xiàn) ，波型混雜 ，難以分辨 ，易漏檢 ，如 圖 所示 。增加 斜探頭掃查 ，缺陷波型清 晰 、易辨 ，如圖 和表 所示 。 圖 模擬缺陷 圖 掃查模擬缺陷 表 模擬檢測(cè)數(shù)據(jù) 檢測(cè)面 波程 缺陷深度 缺陷聲程 缺陷水平距離 面 （圖 ） 直射波 面 （圖 ） 一次反射波 圖 模擬缺陷 面 圖 模擬缺陷 面 ）斜探頭翼板為探測(cè)面的掃查 。對(duì)靠近焊縫表 面翼板側(cè)的未熔合及焊趾裂紋缺陷的檢出率較高 ， 用直探頭探測(cè)出的未焊透類缺陷 ，可增加斜探頭的 掃查 ；如果斜探頭掃查時(shí)波型較低 ，此類缺陷為純粹 的未焊透 ，如果斜探頭掃查時(shí)反射波幅也

11、較高 ，有可 能為未焊透與夾渣同時(shí)存在 。 焊縫形狀引起的遲到信號(hào) 由圖 可見 ，當(dāng)聲束到達(dá) 點(diǎn)時(shí) ，一部分直接返 回探頭 ，另一部分經(jīng) 點(diǎn)反射至 點(diǎn) （翼板厚度大于 腹板厚度 ）然后返回探頭 ，這兩個(gè)信號(hào)往往同時(shí)出現(xiàn) 、 同時(shí)消失 ，且隨探頭的移動(dòng)而游動(dòng) ，但游動(dòng)范圍較小 。 圖 焊縫形狀引起的遲到信號(hào) 結(jié) 論 采用 的直探頭與 、 、 （短前沿 ）和 、 、 （短前沿 ）斜探頭聯(lián)合探測(cè)鋼結(jié) 構(gòu) 形焊縫 ，可保證對(duì)焊縫整個(gè)截面的掃查 ，同時(shí) 可避開焊縫表面的干擾雜波 、波形清晰易辨 ，利用幾 何反射波能明顯判斷出翼板內(nèi)側(cè)的未熔合 ，熱影響 區(qū)裂紋及焊趾裂紋 ，避免了常規(guī)易漏檢和誤判的缺 點(diǎn)

12、，提高了檢測(cè)質(zhì)量 。 （下轉(zhuǎn)第 頁 ） 顧正學(xué) ，等 ：全熔透 型焊縫超聲波探傷在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用 （ ）， ， 弱環(huán)節(jié)開始 ，如邊緣 、拐角處 （圖 ）。對(duì)比第 組與 第 組可知 ，在相同的試驗(yàn)條件下 ，丙烯酸面漆與硝 基類噴漆的防腐效果相差不多 ，都能起到有效的防 腐作用 （圖 ）。對(duì)比第 組與第 組可知 ，云鐵環(huán) 氧中間漆能起到良好的防腐效果 ，而環(huán)氧富鋅底漆 在單獨(dú)防腐時(shí)效果較差 （圖 ）。對(duì)比第 組與第 組可知 ，油漆防腐效果與漆膜厚度緊密相關(guān) ，油漆層 數(shù)越多 ，防腐效果越好 （圖 ）。對(duì)比第 組與第 組可知 ，溶液的酸性增加會(huì)促進(jìn)丙烯酸面漆的剝落 與開裂 （圖 ）。 刮痕后 圖 為

13、構(gòu)件表面進(jìn)行刮痕處理后的試驗(yàn)現(xiàn)象 。 圖 第一 、二 、六組構(gòu)件刮痕后的腐蝕情況 對(duì)比有刮痕后的第 組與第 組可知 ，硝基類 噴漆與云鐵環(huán)氧中間漆的粘結(jié)效果比丙烯酸面漆與 云鐵環(huán)氧中間漆的粘結(jié)效果好 ，未出現(xiàn)分層現(xiàn)象 （如 圖 、圖 ）。對(duì)比第 組與第 組可知 ，構(gòu)件在表 面出現(xiàn)刮痕后 ，溶液的酸性越強(qiáng) ，油漆表層的破壞越 迅速 （如圖 、圖 ）。 結(jié) 論 ）面漆 （硝基類噴漆 、丙烯酸面漆 ）并非只起到 普遍認(rèn)為的裝飾作用 ，而且具有較好的耐酸雨性能 。 ）防腐效果與漆膜厚度緊密相關(guān) ，漆膜越厚 ， 防腐效果越好 。 ）觀察發(fā)現(xiàn)所有構(gòu)件的腐蝕總是從薄弱區(qū)域 開始 ，如拐角 、邊緣處 ，這些部

14、位不易涂刷均勻 ，在施 工中應(yīng)加以注意 。 ）不同油漆層之間的粘結(jié)效果對(duì)于防腐有重 要意義 ，粘結(jié)效果差會(huì)大大降低整體的防腐效果 ，試 驗(yàn)表明 ，硝基類噴漆與云鐵環(huán)氧中間漆的結(jié)合效果 較好 ，適合搭配 ；丙烯酸面漆與云鐵環(huán)氧中間漆的粘 結(jié)效果差 ，不適合工程中的搭配運(yùn)用 。 ）油漆受到刮損以后的防腐效果明顯變差 ，并 可能出現(xiàn)分層脫落現(xiàn)象 ，失去保護(hù)效果 ，因此 ，施工 中應(yīng)盡量避免表面油漆的刮損 。 參考文獻(xiàn) 何澤能 ，譚炳全 ，高陽華 ，等 重慶市酸雨分布特征 氣象科 技 ，（）： 周志明 ，林勇 ，李曉紅 ，等 模擬酸雨對(duì)三峽庫(kù)區(qū)黃壤理化性質(zhì) 的影響 重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào) ，（）： 甄睿勇 大型鋼結(jié)構(gòu)防腐淺談 廣東建材 ，（）： 王振堯 酸雨對(duì)涂漆鋼腐蝕的影響 全面腐蝕控制 ，（）： 何澤能 ，高陽華 ，譚炳全 ，等 重慶市主城區(qū) 年來酸雨變化 趨勢(shì)分析 高原山地氣象研究 ，（）： （上接第 頁 ） 參考文獻(xiàn) 鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)構(gòu)分級(jí) 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程 承壓設(shè)備無損檢測(cè) （第三部分超聲檢 測(cè) ） 全國(guó)鍋爐壓力容器無損檢測(cè)人員資格考核委員會(huì) 超聲波探 傷 北京 ：中國(guó)鍋爐壓力容器安全雜志社 ， 卓高柱 ，劉桐 ，王帥 ，等 鋼構(gòu)架中 型鋼梁柱剛性接頭設(shè)計(jì) 探討 鋼結(jié)構(gòu) ，（）： 朱捷健 ，等 ：模擬酸雨對(duì)涂漆鋼構(gòu)件的腐蝕影響