资源描述:
钢结构 2 0 1 1年第2期第2 6卷总第1 4 3期 全熔透T形焊缝超声波探伤在钢结构中的应用 顾正学1 杨秀山2 谷书平3 孙公思4 高中勤2 (1.威海建新科技开发试验有限公司,山东威海 2 6 4 2 0 0;2. 威海奥华钢结构有限公司,山东威海 2 6 4 2 0 0; 3.威海光威精密机械有限公司,山东威海 2 6 4 2 0 0;4.威海市环翠区质检站,山东威海 2 6 4 2 0 0) 摘 要 焊接连接在钢结构工程中是较为常见的连接形式, 每个工程都需要对结构构件的连接焊缝进行UT检测, 而T形接头的焊缝最为普遍, 在钢结构构件连接中有许多T形接头焊缝为一、 二级结构焊缝。检测T形接头焊缝 时, 按照常规检测方法容易出现焊接缺陷漏检的现象。经过反复研究, 分析不同的检测结果, 总结出斜探头与直探 头并用的检测方法, 做到全截面扫查, 避开杂波。该方法检测判断容易, 结果准确。 关键词T形接头; 焊缝; 杂波; 探头 T H E A P P L I C A T I O N O F U L T R A S O N I C I N S P E C T I O N F O R F U L L ME L T-T H R O U G H T-WE L D I N T H E S T E E L S T R U C T U R E S G u Z h e n g x u e 1 Y a n g X i u s h a n 2 G u S h u p i n g3 S u n G o n g s i 4 G a o Z h o n g q i n2 (1. W e i h a i J i a n x i n S c i e n t i f i c a n d T e c h n o l o g i c a l D e v e l o p m e n t & E x p e r i m e n t C o . L t d,W e i h a i 2 6 4 2 0 0,C h i n a; 2. W e i h a i A o h u a S t e e l S t r u c t u r e C o . L t d,W e i h a i 2 6 4 2 0 0,C h i n a; 3. W e i h a i G u a n g w e i P r e c i s i o n M a c h i n e C o . L t d,W e i h a i 2 6 4 2 0 0,C h i n a; 4. Q u a l i t y M o n i t o r i n g S t a t i o n o f H u a n g c u i D i s t r i c t i n W e i h a i ,W e i h a i 2 6 4 2 0 0,C h i n a) A B S T R A C TW e l d i n g c o n n e c t i o n i s a c o mm o n f o r m i n t h e s t e e l s t r u c t u r e e n g i n e e r i n g. UT d e t e c t i o n i n t h e w e l d i n g o f s t r u c t u r a l m e m b e r s w i l l b e u s e d i n e a c h p r o j e c t . A n d T-j o i n t w e l d i s t h e m o s t c o mm o n o n e . I n t h e c o n n e c t i o n o f t h e s t e e l s t r u c t u r e c o m p o n e n t s,T-j o i n t w e l d i s u s u a l l y d i v i d e d i n t o t h e f i r s t-o r d e r a n d t h e s e c o n d a r y-o r d e r w e l d s.W e l d d e f e c t s a r e u s u a l l y f a i l e d t o c h e c k b y t h e c o n v e n t i o n a l t e s t i n g m e t h o d s . B y t h e r e p e a t e d i n v e s t i g a t i o n a n d a n a l y s i s o f d i f f e r e n t r e s u l t s,t h i s p a p e r s u mm a r i z e d t h e d e t e c t i o n m e t h o d i n w h i c h a n g l e p r o b e a n d n o r m a l p r o b e a r e u s e d t o g e t h e r s o t h a t t h e w h o l e c r o s s-s e c t i o n c a n b e s c a n n e d a n d t h e c l u t t e r a v o i d e d t o m a k e t h e a c c u r a t e e s t i m a t e . K E Y WO R D ST-j o i n t;w e l d;c l u t t e r;p r o b e 第一作者 顾正学, 男,1 9 6 5年出生, 工程师。 E m a i lh a i y a n g 8 8 8 8 8 9@1 6 3. c o m 收稿日期2 0 1 0-1 0-1 8 钢结构中常采用 T形接头焊缝, 对其进行检测 非常重要, 利用常规方法进行检测时焊缝表面的干 扰杂波比较多, 从而影响信号的判别, 易造成漏检和 误判, 直接影响缺陷的检出率。 在分析 T形接头焊缝中缺陷分布规律, 就检测 的可行性等一些实际问题进行了试验和探讨, 结果 表明, 只要合理地选择探头和检测面, 正确识别和利 用几何反射波, 能够很好地解决全熔透 T 形接头焊 缝的检测。 1 T形接头焊缝中的缺陷 T形接头焊缝缺陷主要有 裂纹、 未熔合、 未焊 透、 夹渣、 气孔和夹杂。翼板侧裂纹位于翼板的熔合 线附近, 呈层状撕裂, 如图1所示。焊缝中裂纹位于 焊缝中心约与腹板呈4 5 角, 如图2所示。焊趾裂纹 位于焊缝近表面的腹板侧的熔合线附近, 见图1。 未熔合分别位于翼板的熔合线附近、 腹板的坡口熔 合线附近, 如图2所示。未焊透位于焊缝坡口的钝 边附近, 如图3所示。夹渣、 气孔和夹杂在焊缝任何 部位都有可能产生, 如图4所示。 图1 层状撕裂 2 检测方法的选择 2 . 1 检测方法 1) 对于焊缝中的裂纹、 未熔合, 只要探头的K 86 施工技术 S t e e l C o n s t r u c t i o n . 2 0 1 1(2) ,V o l . 2 6,N o . 1 4 3 图2 未熔合 图3 未焊透 图4 焊缝夹渣、 气孔 值选择适当, 采用直射法或一、 二次波反射波检测即 可得到比较满意的检测结果。 2) 对于未焊透类缺陷, 采用直探头在翼板的外 侧扫查, 声束垂直入射缺陷表面, 可有利地检测出未 焊透缺陷。 3) 对于夹渣、 气孔类缺陷, 由于夹杂其产生的随 机性, 无论检测面在腹板还是在翼板, 只要声束能扫 查到整个焊缝的截面, 可保证缺陷的检出。 4) 对于焊缝中的横向缺陷, 采用斜探头在翼板 上沿焊缝的长度方向扫查, 即可检出。 2 . 2 扫查方式 直探头置于翼板的外侧扫查, 斜探头置于腹板, 当腹板厚度较大时, 斜探头在腹板上用直射波和一 次反射波扫查, 如图5所示。腹板厚度较小时, 斜探 头在腹板上用一次反射波和二波反射波扫查, 如图 6所示。 2 . 3 检测条件 1)直 探 头。a .频 率探 头 的 频 率 应 选 择 2 . 5MH z。b. 晶片尺寸 考虑到探头的近场区大小, 图5 直探头在翼板外侧扫查 图6 斜探头二次波扫查 应选用小直径探头, 一般选择小于 1 4直探头或双 晶探头。 2) 斜探头。a .K值(K值反映斜探头折射角) 钢结构T形接头的厚度范围较大, 常规腹板为6~ 2 0mm, 翼 板厚 度为1 0~5 0mm,J B/T 4 7 3 0 . 3 2 0 0 5 承压设备无损检测( 第三部分超声检测) 对 K值的选择推荐值按表1选择。 表1 K值的选择 板厚T/mm K值 6~2 5 3 . 0~2 . 0(6 0 ~7 2 ) >2 5~4 6 2 . 5~1 . 5(5 6 ~6 8 ) >4 6~1 2 0 2 . 0~1 . 0(4 5 ~6 0 ) >1 2 0~4 0 0 2 . 0~1 . 0(4 5 ~6 0 ) 根据缺陷分布规律及焊缝结构分析, 为了更有 效地检出焊缝中的缺陷, 选定K值为2 . 5的探头, 同时增加K值为1 . 2的探头。若K值选择过大, 焊 缝漏检区大;K值选择过小, 对腹板侧的未熔合、 热 影响区裂纹的检出不利, 对焊趾裂纹也易造成漏检 或误判。 b. 频率 焊缝的干扰信号给判别缺陷带来很大 困难, 改善声束的指向性是解决问题的关键。由 θ=a r c s i n(K λ/D)(K=1 . 2 2)得知, 声束都有一定 的扩散角, 从而引起干扰波多, 要使θ减小, 声束指 向性好, 能量集中, 可以增加晶片尺寸, 但如果晶片 尺寸增大, 探头前沿距离及近场区增大, 对探伤不 利。另一个方法是提高探头频率, 使探头的其他参 数不变, 可 使θ减 小。通 过 多 次 试 验, 使 用f= 5MH z 对比使用f=2 . 5MH z的探头, 波型显示清 晰, 缺陷易辨, 如图7所示。 96 顾正学, 等 全熔透 T型焊缝超声波探伤在钢结构中的应用 钢结构 2 0 1 1年第2期第2 6卷总第1 4 3期 a -2 . 5MH z探头的波形;b-5MH z探头的波形 图7 不同探头频率缺陷对比 c .晶片尺寸 以一次反射声束扫查焊缝的钝边 根部为原则, 如图8所示。 图8 一次波扫查钝边根部 则有 6 8 S>A 1 π λ, A1=Αc o s β c o sα,所以得 b< 6 8 S π λc o s α c o s槡 β ( 1) 式中A1为有效波源面积;A为实际波源面积; S 为全跨距声程; b为方晶片的边长, 当b ≈8mm 时, 可得晶片的面积为8mm8mm;λ为波长;α为纵 波入射角; β为横波折射角。 3) 探头前沿距离L。前沿距离的大小直接影响 缺陷的检出,L值大,焊缝的漏检区大;L值小,声 波在探头楔块内将产生波,显示在荧光屏上,L值 由Lm i n决 定,Lm i n=O A= b/2 s i n(9 0 -α)= b/2 c o sα; 要求L>Lm i n,但要尽量小, 如图9所示。 图9 探头前沿距离 3 信号的判别 3 . 1 直探头扫查 直探头扫查时, 观察区为焊缝的热影区, 探头在 焊缝中间扫查时, 反射波位于翼板侧的焊缝表面时, 缺陷信号在焊缝表面干扰波之前; 远离翼板时, 缺陷 波与干扰波混杂一起, 难以分辨, 此时可利用斜探头 检测确认。探头在焊缝中间扫查时, 在相应翼板厚 度附近出现的反射波为未焊透类缺陷, 缺陷面积较 大时, 会出现缺陷的多次反射波。 3 . 2 斜探头扫查 1) 直射波、 二次反射波扫查( 腹板为探侧面) 。 反射信号出现在1~2次声程之内或3~4次声 程之内, 水平位置在焊缝或热影响区中, 为缺陷信 号。 反射信号出现在1 . 5~2次声程之内或3 . 5~ 4次声程之内, 其水平位置进入翼板, 则为翼板内侧 的未熔合, 热影响区裂纹或焊趾裂纹, 如图1 0所示。 图1 0 反射波、 二次反射波扫查 2) 一次反射波扫查( 腹板为探侧面) 。 反射信号出现在2~3次声程之内, 其水平位置 在焊缝或热影响区中, 为缺陷信号。 反射信号出现在2 . 5~3次声程之内, 其水平位 置进入翼板, 则为翼板内侧的未熔合, 热影响区裂纹 或焊趾裂纹, 如图1 1所示。 3) 翼板内侧的未熔合、 热影响区裂纹及焊趾裂 07 施工技术 S t e e l C o n s t r u c t i o n . 2 0 1 1(2) ,V o l . 2 6,N o . 1 4 3 图1 1 一次反射波扫查 纹的检测, 用直探头检测时( 检测面在翼板侧) , 底波 和缺陷波同时出现, 波型混杂, 难以分辨, 易漏检, 如 图1 2 所示。增加K=1 . 2斜探头扫查, 缺陷波型清 晰、 易辨, 如图1 3和表2所示。 图1 2 模拟缺陷 图1 3 扫查模拟缺陷 表2 模拟检测数据 mm 检测面波程缺陷深度缺陷声程缺陷水平距离 A面( 图1 4) 直射波 1 0 1 3 . 2 1 2 . 0 6 1 4 . 0 1 3 . 0 B面( 图1 5) 一次反射波1 0 3 1 . 8 3 0 . 2 6 3 3 . 4 3 2 . 2 图1 4 模拟缺陷A面 图1 5 模拟缺陷B面 4) 斜探头翼板为探测面的扫查。对靠近焊缝表 面翼板侧的未熔合及焊趾裂纹缺陷的检出率较高, 用直探头探测出的未焊透类缺陷, 可增加斜探头的 扫查; 如果斜探头扫查时波型较低, 此类缺陷为纯粹 的未焊透, 如果斜探头扫查时反射波幅也较高, 有可 能为未焊透与夹渣同时存在。 4 焊缝形状引起的迟到信号 由图1 6可见, 当声束到达a点时, 一部分直接返 回探头, 另一部分经a点反射至b点( 翼板厚度大于 腹板厚度) 然后返回探头, 这两个信号往往同时出现、 同时消失, 且随探头的移动而游动, 但游动范围较小。 图1 6 焊缝形状引起的迟到信号 5 结 论 采用2 . 5MH z 1 0~ 1 4的直探头与5 MH z、 K=1 . 2、8 mm8 mm( 短前沿) 和 5 MH z、K= 2 . 5、8mm8mm( 短前沿) 斜探头联合探测钢结 构 T形焊缝, 可保证对焊缝整个截面的扫查, 同时 可避开焊缝表面的干扰杂波、 波形清晰易辨, 利用几 何反射波能明显判断出翼板内侧的未熔合, 热影响 区裂纹及焊趾裂纹, 避免了常规易漏检和误判的缺 点, 提高了检测质量。 ( 下转第7 5页) 17 顾正学, 等 全熔透 T型焊缝超声波探伤在钢结构中的应用 S t e e l C o n s t r u c t i o n . 2 0 1 1(2) ,V o l . 2 6,N o . 1 4 3 弱环节开始, 如边缘、 拐角处( 图3) 。对比第1组与 第2组可知, 在相同的试验条件下, 丙烯酸面漆与硝 基类喷漆的防腐效果相差不多, 都能起到有效的防 腐作用( 图4) 。对比第3组与第4组可知, 云铁环 氧中间漆能起到良好的防腐效果, 而环氧富锌底漆 在单独防腐时效果较差( 图5) 。对比第4组与第5 组可知, 油漆防腐效果与漆膜厚度紧密相关, 油漆层 数越多, 防腐效果越好( 图6) 。对比第1组与第6 组可知, 溶液的酸性增加会促进丙烯酸面漆的剥落 与开裂( 图7) 。 3 . 2 刮痕后 图8为构件表面进行刮痕处理后的试验现象。 图8 第一、 二、 六组构件刮痕后的腐蚀情况 对比有刮痕后的第1组与第2组可知, 硝基类 喷漆与云铁环氧中间漆的粘结效果比丙烯酸面漆与 云铁环氧中间漆的粘结效果好, 未出现分层现象( 如 图8 a 、 图 8 b) 。对比第1组与第6组可知, 构件在表 面出现刮痕后, 溶液的酸性越强, 油漆表层的破坏越 迅速( 如图8 a 、 图 8 c) 。 4 结 论 1)面漆( 硝基类喷漆、 丙烯酸面漆) 并非只起到 普遍认为的装饰作用, 而且具有较好的耐酸雨性能。 2)防腐效果与漆膜厚度紧密相关, 漆膜越厚, 防腐效果越好。 3)观察发现所有构件的腐蚀总是从薄弱区域 开始, 如拐角、 边缘处, 这些部位不易涂刷均匀, 在施 工中应加以注意。 4)不同油漆层之间的粘结效果对于防腐有重 要意义, 粘结效果差会大大降低整体的防腐效果, 试 验表明, 硝基类喷漆与云铁环氧中间漆的结合效果 较好, 适合搭配; 丙烯酸面漆与云铁环氧中间漆的粘 结效果差, 不适合工程中的搭配运用。 5)油漆受到刮损以后的防腐效果明显变差, 并 可能出现分层脱落现象, 失去保护效果, 因此, 施工 中应尽量避免表面油漆的刮损。 参考文献 [1] 何泽能, 谭炳全, 高阳华, 等.重庆市酸雨分布特征[J].气象科 技,2 0 0 8, 3 6(6) 7 0 6-7 1 1. [2] 周志明, 林勇, 李晓红, 等.模拟酸雨对三峡库区黄壤理化性质 的影响[J]. 重庆建筑大学学报, 2 0 0 6,2 8(2) 7 9-8 2. [3] 甄睿勇.大型钢结构防腐浅谈[J].广东建材,2 0 0 9(3) 1 1 3- 1 1 5. [4] 王振尧.酸雨对涂漆钢腐蚀的影响[J].全面腐蚀控制,1 1(3) 2 2-2 4. [5] 何泽能 , 高阳华 , 谭炳全, 等. 重庆市主城区1 5年来酸雨变化 趋势分析[J]. 高原山地气象研究, 2 0 0 9,2 9(1) 6 0-6 2. ( 上接第7 1页) 参考文献 [1] G B 1 1 3 4 5-8 9 钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结构分级 [S]. [2] J G J 8 1-2 0 0 2 建筑钢结构焊接技术规程[S]. [3] J B/T 4 7 3 0 . 3-2 0 0 5 承压设备无损检测( 第三部分超声检 测) [S]. [4] 全国锅炉压力容器无损检测人员资格考核委员会.超声波探 伤[M].北京 中国锅炉压力容器安全杂志社, 1 9 9 5. [5] 卓高柱,刘桐,王帅, 等.钢构架中H型钢梁柱刚性接头设计 探讨[J].钢结构, 2 0 0 7,2 2(1 0) 7 3-7 4. 57 朱捷健, 等 模拟酸雨对涂漆钢构件的腐蚀影响
展开阅读全文