超声波无损检测在钢结构工程中的应用.pdf

科 学 之 友 F rie n d o f S c ie n c e A m a te u rs 2 0 0 8 年0 7 ,E J 2 1 囝 超声波无损检测在钢结构工程中的应用 霍志刚，吴海军，袁井祥 中铁六局集团太原铁路建设有限公司，山西太原0 3 0 0 1 3 摘要文章通过分析超声波无损检测在钢结构焊接工程 中的实际应用， 对内部缺陷性质 的估判以及缺陷产生的原因和防止措施进行了介绍，指出了超声波无损检测方法的方便 性和实用性。 关键词超声波无损检测； 钢结构． y - ．if ． ； 焊接质量 中图分类号 T U3 9 1 ． 0 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 8 1 3 6 2 0 0 8 2 1 0 0 3 0 0 2 在铁路站场改造中， 无站台柱雨棚大量使用轻钢结构， 如管 桁架、 张弦梁、 网架等结构， 钢结构的焊接质量十分重要， 无损检 测是保证钢结构焊接质量的重要检测方法之一。 无损检测的常规方法有直接用肉眼检查的宏观检测和用射 线照相检测、 超声波检测、 磁粉检测、 渗透检测、 涡流检测等仪器 检测。肉眼宏观检测可以不使用任何仪器和设备， 但肉眼不能穿 透工件来检查工件内部缺陷，而射线照相等方法则可以通过各 种各样的仪器或设备来进行检测，既可以检查肉眼不能检查的 工件内部缺陷， 也可以大大提高检测的准确性和可靠性。至于用 什么方法来进行无损检测，这需根据工件的情况和检测的目的 来确定。其中超声波检测是最方便实用的检测手段。 那么什么叫超声波呢声波频率超过人耳听觉 ，频率比 2 0 千赫兹高的声波叫超声波。用于检测 的超声波 ，频率为 0 ． 4 MH z ～ 2 5 MH z ， 其中用得最多的是 1 MH z ～ 5 MH z 。利用声波来检 测物体质量好坏， 这种方法早已被人们所采用。例如 用手拍拍 西瓜听听是否熟了； 医生听听病人的胸部 ， 检验心脏是否正常； 用手敲敲瓷碗， 看看瓷碗是否坏了等等。这些依靠人的听觉来判 断声响的检测法 ， 客观准确 ， 而且也 比较容易作出定性的分析。 由于超声波检测具有探测距离大、 检测装置体积小、 重量轻、 检 测速度快、 便于携带到现场等特点， 目前， 建筑钢结构工程中优 先采用此种方法进行检测。 1 超声波检测在实际工作中的应用 在检测前， 首先要了解设计对焊接质量的技术要求。目前钢 结构的验收标准是依据 G B 5 0 2 0 5 --2 0 0 1 钢结构工程施工质量 验收规范 来执行的。标准规定 对于设计要求焊缝焊接质量等 级为 I 级， 评定等级为Ⅱ级时， 规范规定要求做 1 0 0 ％超声波检 测；对于设计要求焊缝焊接质量等级为 Ⅱ级 ，评定等级为Ⅲ级 时， 规范规定要求做 2 0 ％超声波检测； 对于设计要求焊缝焊接质 量等级为Ⅲ级时不做超声波内部缺陷检查。 在此值得注意的是超声波检测用于全熔透焊缝， 其检测比例 按每条焊缝 ， 长度的百分数计算， 并且不小于2 0 0 mm 。对于局部 检测的焊缝， 如果发现有不允许的缺陷时 ①应该在该缺陷两端 的延伸部位增加检测长度 ， 增加长度不应小于该焊缝长度的1 0 ％ 且不应小于 2 0 0 m m，当仍有不允许的缺陷时，应对该焊缝进行 1 0 0 ％的检测检查； ②应该清楚检测时机 ， 碳素结构钢应在焊缝冷 却到环境温度后，低合金结构钢在焊接完成 2 4 h以后方可进行 焊缝检测检验； ③应该知道待测工件母材厚度、 接头型式及坡口 型式。截止到目前为止， 本人在实际工作中接触到的要求检测的 绝大多数焊缝都是中厚板对接焊缝的接头型式， 所以下面主要就 对焊缝检测 的操作做 针对性 的总结 。一般 的母 材厚度在 8 mm ～ 3 0 mm之间， 坡 口型式有 I 型、 单 V型、 X型等几种形式。 在弄清楚以上这些数据后才可以进行检测前的准备工作。 在每次检测操作前都必须利用标准试块 C S K I A、 C S K 一 ⅢA ， 校准仪器的综合性能及检测灵敏度、 校准面板曲线， 以保 证检测结果的准确性。 1 探测面的修整 应清除焊接工作表面飞溅物 、 氧化皮、 凹 坑及锈蚀等， 光洁度一般低于V4 。焊缝两侧检测面的修整宽度 一 般为 2 K T 5 0 m m， K 探头 K值 ， T 工件厚度 。一般的根据焊 件母材选择 K值为 2 ． 5 探头。 例如 待测工件母材厚度为 1 0 m m， 那么就应在焊缝两侧各修磨 1 0 0 m m，以保证探头有足够的移动 距离。 2 耦合剂的选择应考虑到黏度性、 流动性、 附着力， 对工件 表面无腐蚀、 易清洗、 且经济， 综合以上因素选择浆糊作为耦合 剂。 3 当母材厚度较薄因此探测方向采用单面双侧进行。 4 当板厚小于 3 0 m m， 采用水平定位法或深度定位法来调 节仪器的扫描速度。 The GGM Gr o ut M a t e r i a l ’ S Ap pl i c a t i o n i n Re c o ns t r u c t i ng Ex t e nd i n g a nd Re i n f o r c e me nt W o r k Da i Ya h u i Ab s t r a c t Th e a r t i c l e a d o p t e s GGM g r o u t ma t e r i a l h a s s o l v e d a n d r e c o n s t r u c t e d e x t e n d i n g a n d r e i n f o r c e me n t wo r k i n t h e b u i l d i n g c o n - s t r u c t i o n s t r u c t ur e ，h a s g u a r a n t e e d t h e c o n c r e t e po u r s q ua l i t y ． Ke y w o r d s G G M g r o u t m a t e r i a l ； r e c o n s tr u c t a n d e x t e n s i o n p r o j e c t ； r e i nf o r c e m e n t 一 3 0 维普资讯 科 学 之 友 F n e n d o f S c ie n c e A m a te u rs 2 0 0 8 - 0 7 JEJ 2 1 国 5 在榆测操作过程中一般采用粗检测和精检测。为 了大概 了解缺陷的有无和分布状态 、 定量 、 定位就是粗检测。使用锯齿 形扫查、 左右扫查、 前后扫查、 转角扫查、 环绕扫查等几种扫查方 式 ，以便于发现各种不 同的缺陷并且判断缺陷性质是 精检测 。 6 对检测结果进行记 录 ， 如发现内部 缺陷对其 进行 评定 分 析 。焊接接头内部缺陷分级应符 合现行 国家标准 G B 1 l 3 4 5 8 9 钢焊缝 手T超声波检测方法 和检测结 果分级 的规定 ， 来评 判 该焊缝是否合格和评定级别 。如果发现有超标缺陷 ， 向作业人员 下达返修通知书， 令其返修后进行复验直至合格。 一 般的焊缝I I| 常见的缺陷有 气孑 L 、 夹渣、 未焊透、 未熔合和 裂纹等。到目前为止， 还没有一个成熟的方法对缺陷的性质进行 准确 的评判 ，只是根据荧光屏上得到 的缺 陷波 的形状和反射波 高度的变化结合缺陷的位置和焊接工艺对缺陷进行综合估判 。 2 缺陷的原因及防止措施 2 ． 1 气 子 L 单个气孔回波高度低， 波形为单缝， 较稳定。从各个方向探 测 ， 反射波 大体相 同 ， 但稍一动探头就 消失 ， 密集气孑 L 会 出现一 簇反射波 ， 波高随气孑 L 大小而不同， 当探头作定点转动时， 会出 现此起彼落的现象。 产生这类缺 陷的原 因主要是 焊材未按规定温度烘 干， 焊条 药皮变质脱落、 焊芯锈蚀 、 焊丝清理不干净， 手工焊时电流过大、 电弧过长； 埋弧焊时电压过高或网络电压波动太大； 气体保护焊 时保护气体纯度低等。如果焊缝中存在着气孑 L ， 既破坏了焊缝金 属的致密性 ， 又使得焊缝有效 截面面积减少 ， 降低 了机 械性 能 ， 特别是存链状气孑 L 时 ， 弯 曲和冲击韧性会有 比较 明显的降低 。 防止措施 不使用药皮开裂 、 剥落 、 变质及焊芯锈蚀 的焊条 ， 生锈 的焊丝必须除锈后 才能使用 。所用焊接材 料应按规定温 度 烘干 ， 坡 口及其两侧清理干净 ， 并要选用合适 的焊接 电流 、 电弧 电压和焊接速度等 。 2 _ 2 夹渣 点状灾渣 回波信号与点状气孑 L 相似 ，条状夹渣 匝 I 波信 号多 呈锯齿状波幅不高 ， 波形多呈树枝状 ， 主峰边上有 小峰 ， 探头平 移波 幅有变动 ， 从各个方向探测时 ， 反射波幅不相 同。 这类缺陷产生的原凶有 焊接电流过小 、 速度过快、 熔渣来 不及浮起， 被焊边缘和各层焊缝清理不干净、 母材金属和焊接材 料化学成分不 当， 含硫 、 磷较高等。 防止措施 正确选用焊接电流，焊接件的坡口角度不要太 小 ， 焊前必须把坡 口清理 干净 ， 多层 焊时必须层层 清除焊渣 最 好用磨光机打磨清理焊道 ； 并合理选择运条角度 、 焊接速度等。 2 ． 3 未焊透 反射率高 、 波幅也较高 ， 探头平移时 ， 波形较稳定 ， 在焊缝两 侧检测时均能得到大致相同的反射波幅。这类缺陷不仅降低 了 焊接接头的机械性能 ，而且在未焊透处 的缺 口和端部形成应力 集中点， 承载后往往会引起裂纹， 是一种危险性缺陷。 其产生原 因一般是 坡 口钝 边间隙太小 、 焊接 电流太小或运 条速度过快、 坡口角度小、 运条角度不对以及电弧偏吹等。 防止措施有 合理选用坡 口型式 、 装配间隙和采用正确的焊 接工艺等 。 2 ． 4 未熔合 探头平移时， 波形较稳定， 两侧探测时， 反射波幅不同， 有时 只能从一侧探到。缺陷大多出现在焊缝两侧 ， 有时甚至出现在焊 缝以外 。 其产生 的原 因 坡 口不干净 、 焊速太快 、 电流过小或过大 、 焊 条角度不对、 电弧偏吹等。 防止措施 正确选用坡口和电流、 正确操作， 防止焊道形成 中间高两侧低的现象， 坡口清理干净， 不留焊缝死角等。 2 ． 5 ；裂纹 回波高度较大、 波幅宽， 会出现多峰， 探头平移时， 反射波连 续出现波幅有变动； 探头转时， 波峰有上下错动现象。裂纹是一 种危险性最大的缺陷， 它除降低焊接接头的强度外， 还因裂纹的 末端呈尖销的缺口， 焊件承载后， 引起应力集中， 成为结构断裂 的起源 。 裂纹分 为热裂纹 、 冷裂纹 和再热裂纹 3 种 。 热裂纹产生的原 因是 焊接时熔池的冷却速度很快 ， 造成偏 析； 焊缝受热不均匀产生拉应力。 防止措施 限制母材 和焊接材料中易偏 析元 素和有 害杂质 的含量 ， 主要 限制硫含量 、 提高锰含量 ； 提高焊条或焊剂的碱度 ， 以降低杂质含量， 改善偏析程度； 改进焊接结构形式， 采用合理 的焊接顺序 ， 提高焊缝收缩时的自由度。 冷裂纹产生的原因 被焊材料淬透性较大， 在冷却过程巾受 到人的焊接拉力作用时易裂开； 焊接时冷却速度很快， 氢来不及 逸出而残留在焊缝 中 ， 氢原子结合成氢分子 ， 以气体状态进到金 属的细微孑 L 隙r { 1 ， 并造成很大的压力， 使局部金属产生很大的压 力而形成冷 裂纹 ；焊接拉应力 与氢析集 中和淬火脆化 同时发生 时易形成冷裂纹 。 防止措施 焊前预热 ， 焊后缓慢 冷却 ， 使热影响 区的奥氏体 分解 能在足够 的温度 区问 内进行 ， 避免 淬硬组织 的产 生 ， 同时有 减少焊接应力的作用 ； 焊接后及时进行低温退火， 去氢处理， 消 除焊接 时产生 的应力 ， 并使氢及 时扩散 到外界去 ； 选用低氢型焊 条和碱性焊剂或奥氏体不锈钢焊条焊丝等， 焊材按规定烘干， 并 严格清理坡 口； 加强 焊接 时的保护 和被焊处表面 的清理 ， 避免氢 的侵入； 选用合理的焊接规范 ， 采用合理的装焊顺序 ， 以改善焊 件 的应力状 态。 以上所总结的几个方面还不够全面 ，有待于在实际工作 中 不断地总结和完善， 为企业的产品把好质量关。 Ap p l i c a t i o n o f U l t r a s o n i c N D T i n S t e e l P r o j e c t H u o Z h i g a n g ， Wu H a ij u n ，Y u a n J i n g x i a n g A b s t r a c t T h i s p a p e r a n a l y s i s o f u l t r a s o n i c N D T i n s t e e l p r o j e c t ，i n t r o d u c e d t h e n a t u r e o f i n t e r n a l d e f e c t s g u e s s i n g ， d e f e c t s a n d p r e v e nt i o n me a s ur e s ，t h a t t h e ul t r a s o ni c no nde s t r u c t i v e t e s t i n g me t h o ds o f c o n v e n i e n c e a nd a pp l i c a bi l i t y ． Ke y w o r d s u l t r a s o n i c N D T ； j u s t s t r u c t u r a l e n g i n e e r i n g ；w e l d i n g q u a l i t y 一31 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载