建筑鋼結構焊縫超聲波檢測問題解析

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摘要：鋼結構具有自重輕、施工快、質量高、能耗低等顯著優點，被廣泛應用于工業與民用建筑。焊接是鋼結構制作、安裝的主要連接方式，焊縫的質量直接關系到建筑物結構的安全。文章對建筑鋼結構焊縫超聲波探傷檢測中的幾個常見問題進行了梳理和分析，為建筑鋼結構的設計、施工、檢測、驗收等提供了有效參考。

關鍵詞：鋼結構；焊縫；超聲波檢測；缺欠評定

焊縫質量控制是鋼結構質量控制中的主要內容，準確、有效地檢測焊縫是實現焊縫質量控制的關鍵。目前，常用的焊縫無損檢測方法主要有：射線檢測法（RT）、磁粉檢測法（MT）、滲透檢測法（PT）和超聲波檢測法（UT）等。其中，超聲波檢測法具有被檢對象范圍廣、檢測深度大、缺陷定位準確、檢測靈敏度高、成本低、使用簡單方便、檢測速度快等優點，是應用最廣泛且現場反饋最好的檢測方法之一。近年來，由于超聲波檢測相關標準的變化較大，而且對檢測人員的技術經驗要求較高，因此，對超聲波檢測的重點和難點問題進行梳理很有必要。

1檢測標準的選用

在建筑鋼結構焊縫超聲波檢測中，超聲波檢測方法的應用、檢測結果的評定與檢測標準的選用有直接關系，相關標準主要有國際標準（ISO）、國家標準（GB）和行業標準（JB）等。以2014年6月1日為界，我國建筑鋼結構檢測形成新舊兩個系列標準，舊系列標準為：《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）、《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB50205-2001）、《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》（GB/T11345-89）和《鋼結構焊接規范》（GB50661-2011），這些標準分別確定了焊縫的質量等級、驗收方法和檢測方法。2014年6月1日后，為了使國家標準與歐盟標準接軌，標準化管委會廢除了GB/T11345-89，建筑鋼結構工程焊縫檢測形成了新系列標準，分別依據《鋼的弧焊接頭缺陷質量分級指南》（GB/T19418-2003）、《焊縫無損檢測、超聲檢測技術、檢測等級和評定》（GB/T11345-2013）和《焊縫無損檢測超聲檢測驗收等級》（GB/T29712-2013）來確定焊縫的質量等級、檢測方法和驗收方法。兩個系列標準的主要差異見表1。從表1可以看出，兩個系列標準之間最主要的差異是關于焊縫質量等級的規定。在新系列標準中，焊縫的質量由GB/T19418-2003分為B、C、D三個等級，但焊縫質量等級的確定方法并沒有規定；而GB50017-2003較詳細地規定了焊縫質量等級的確定方法。但這兩個標準規定的焊縫質量等級之間沒有對應關系。因此，在鋼結構設計中，只能根據GB50017-2003來確定焊縫質量等級，而其相應的超聲波檢測方法標準GB11345-89已經廢止，現行的GB/T11345-2013采用了GB/T19418-2003規定的焊縫質量等級。鑒于以上問題的存在，在建筑鋼結構超聲波檢測中，各檢測單位使用的標準不一，一些檢測單位考慮到新系列標準與設計、施工、驗收標準不能銜接等問題，仍沿用舊系列標準進行檢測；而還有些檢測單位雖然采用新系列標準進行檢測，但直接將GB/T19418-2003中的焊縫質量等級B、C級等同于舊系列標準中的一、二級，將GB/T11345-2013中的2、3級等同于GB11345-89中的Ⅱ、Ⅲ級。很明顯，這兩種檢測方法都是不正確的。要解決以上問題，最好的辦法是盡快對新系列標準進行修編，使之與設計、施工標準相銜接。

2檢測儀器及探頭的要求

2.1檢測儀器要求

檢測儀器應由具備計量檢驗資質的機構檢驗合格后方可使用。檢測儀器的兩項重要指標是水平線性和垂直線性，其中水平線性會影響缺欠的定位，垂直線性會影響缺欠的定量。GB/T11345-2013中規定的水平線性偏差和垂直線性偏差分別為：小于等于全屏寬度的±2%和小于等于±3%。每次檢測前，應對斜探頭的入射點和折射角進行測試，入射點的偏差不得大于±1mm，折射角的偏差不得大于±2°。

2.2探頭要求

探頭的基本參數包括探頭的頻率、折射角、晶片尺寸。（1）超聲波探傷儀的探頭頻率一般在2~5MHz之間選擇，在滿足檢測要求的情況下，應盡量選擇較低的探頭頻率，因為同種介質探頭頻率越低，其波長越高，有利于發現缺欠。（2）探頭折射角應按照下列原則進行選擇：確保聲束覆蓋整個檢測區域；聲束與工件底面法線的夾角應在35°~70°之間；使用多個探頭檢測時，探頭之間的折射角度差值應不小于10°，必須至少有一個探頭符合前一項要求，至少有一個探頭的聲束與焊縫熔合面近似垂直。（3）當檢測面為曲面時，應充分考慮探頭與工件的耦合。GB/T11345-2013中規定，對于有效的檢測，接觸面和檢測面之間的間隙不得大于0.5mm。（4）探頭晶片尺寸的選擇與頻率和聲程有關。厚度較小的工件適合選用晶片尺寸較小的探頭（直徑6~12mm或等效面積的矩形晶片），厚度較大的工件應選擇晶片尺寸較大的探頭（直徑12~24mm或等效面積的矩形晶片）。

3焊縫缺欠顯示的評定（采用GB/T11345-2013和GB/T29712-2013標準）

GB/T11345-2013標準列出了4種設定參考靈敏度的技術，在常規鋼結構焊縫檢測中最常用的是技術1：以直徑為Ф3mm的橫孔作為標準反射體，制作DAC曲線（距離—波幅曲線）。GB/T29712-2013標準中，缺欠顯示的評定是一個難點，因為缺欠回波波幅基準并非固定值，整個評價過程也不是一步到位的，除了要評定單個缺欠的顯示，還要考慮群顯示，若是對曲線的理解和應用有所欠缺，就很容易對焊縫質量誤判。所以，要想掌握缺欠顯示的評價方法，就要對評價步驟和規則進行詳細的梳理和分析。（1）要弄清楚幾個等級的概念。參考等級——通過GB/T11345-2013標準中的技術1制作出的DAC曲線，用字母H0表示；驗收等級——對應于焊縫的質量等級，驗收等級2級與一級焊縫對應，驗收等級3級與二級焊縫對應；記錄等級——其回波幅度值由相關的驗收等級-4dB引出；評定等級——檢測靈敏度，確定驗收等級后，其與參考等級之間的差值是一個固定值，當驗收等級為2級時，其回波幅度值為H0-14dB，當驗收等級為3級時，其回波幅度值為H0-10dB。（2）測出缺欠的顯示長度。確定焊縫驗收等級后，即可得到評定等級的回波幅度值（H0-14dB或H0-10dB），以此作為測長基準線，運用固定回波技術測出缺欠的顯示長度。具體操作方法是：在發現超過評定等級的波形顯示后，分別向左右移動，使波幅降低至與評定等級同高，分別記錄其位置，兩個位置之間的水平距離即為缺欠的顯示長度。（3）通過缺欠的顯示長度與母材厚度的比值，以及之前確定的驗收等級（2級或3級）和母材厚度這3個參數，就可通過表2查到對應的驗收等級的相對回波幅度值，其回波幅度值-4dB即為對應的記錄等級回波幅度值。通過上述步驟，我們確定了驗收等級和記錄等級兩條基準線，這兩條線將回波顯示評定區在豎直方向上分成了3個區域（見圖1）：記錄等級以下的區域為合格區、記錄等級和驗收等級之間的區域為待定區、驗收等級以上的區域為判廢區。如果回波幅度處于合格區或判廢區的缺欠顯示，則可直接判定是否合格；如果處于待定區的缺欠顯示，符合規范中能夠組成群顯示的要求，則需要計算缺欠的組合長度，將其中的波幅最高值作為群顯示的代表波幅。處于待定區的所有群顯示及未入群顯示的單個顯示，其顯示長度都將計入累積長度，并根據規范要求進行驗收（此時只考慮任意給定焊縫長度內顯示的累積長度，不考慮顯示的回波幅度）。

4結語

超聲波檢測的操作看似簡單，實則需要足夠的經驗。同時，需要掌握一定的材料、焊接、聲學等方面的知識，深入了解相關規范和標準，并能靈活運用，以保證檢測結論的準確性和可靠性。

作者:陳從榮 單位:福州市建筑工程檢測中心有限公司