邢宇 孫志英 張學(xué)鋒 韓開鵬

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1 超聲探傷基本原理

超聲檢測(cè)（UT）利用高頻聲能進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)量。超聲波探傷可用于探傷I評(píng)價(jià)、尺寸測(cè)量、材料表征等。一個(gè)典型的UT檢測(cè)系統(tǒng)由幾個(gè)功能單元組成，如脈沖/接收器、傳感器和顯示設(shè)備。該換能器由脈沖發(fā)生器驅(qū)動(dòng)，利用石英、硫酸鋰或各種陶瓷材料，利用壓電技術(shù)產(chǎn)生高頻超聲能量。大多數(shù)檢查是在1至25兆赫的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行的。耦合器用于將超聲波從換能器傳輸?shù)皆嚰?；典型的耦合器是水、油、甘油和油脂。聲能以波的形式通過材料被引入和傳播，并從相對(duì)的表面反射出來。內(nèi)部缺陷，如裂紋或空洞，打斷了波的傳播，并反射回一部分超聲波。能量的振幅和返回所需的時(shí)間表明工件上有任何缺陷的存在和位置。超聲波探傷法作為一種實(shí)用、多功能的無損檢測(cè)方法，具有對(duì)表面和地下不連續(xù)面敏感、探傷或測(cè)量的穿透深度高、脈沖回波技術(shù)可單面獲取、反射器位置和尺寸及形狀估計(jì)精度高、零件準(zhǔn)備量小、電子設(shè)備的瞬時(shí)結(jié)果、自動(dòng)化系統(tǒng)的詳細(xì)成像、厚度測(cè)量等其他用途的可能性等優(yōu)點(diǎn)。

2 焊縫無損檢驗(yàn)其檢驗(yàn)的等級(jí)

“表面超聲波探傷方法和斷裂的結(jié)果分類”鋼焊接規(guī)定，焊縫的無損檢測(cè)檢驗(yàn)成績(jī)分為三個(gè)等級(jí)：A、B和c（1）類是一個(gè)測(cè)試方法的檢驗(yàn)檢測(cè)焊縫一側(cè)的一邊根據(jù)某一斜探頭，并檢驗(yàn)只能測(cè)試部分，可以掃描。這種試驗(yàn)不能用于橫截面。當(dāng)母材厚度大于50mm時(shí)，a級(jí)測(cè)試是絕對(duì)不可能的。（2）B類檢驗(yàn)是焊縫的單向雙向檢驗(yàn)，是根據(jù)一定角度的探頭進(jìn)行的。當(dāng)基材厚度大于100mm時(shí)進(jìn)行B類試驗(yàn)。由于在實(shí)際實(shí)施過程中可能會(huì)受到一些幾何約束，所以使用兩個(gè)角度探頭進(jìn)行檢測(cè)。如果有條件，那么最好做橫向缺陷測(cè)試。（3）c級(jí)檢測(cè)采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的角度探頭對(duì)焊縫進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)際上是對(duì)焊縫兩側(cè)的檢測(cè)。利用兩個(gè)探頭的夾角和兩個(gè)方向的掃描來檢測(cè)側(cè)向缺陷。當(dāng)基材厚度大于100mm時(shí)，選用雙面檢測(cè)方法。另外，有幾點(diǎn)需要特別注意：（1）對(duì)接焊縫兩側(cè)使用斜探頭檢測(cè)時(shí)，如果通過基體部分，需要直探頭檢測(cè)；（2）對(duì)接焊縫需要對(duì)high的其余部分進(jìn)行平滑操作，使探頭可以對(duì)焊縫的部分進(jìn)行平行探測(cè)；（3）當(dāng)窄間隙焊縫基材厚度大于或等于40mm，焊縫基材厚度大于或等于100mm時(shí)，通常是增加連續(xù)掃描方式。

3 對(duì)于焊縫缺陷等級(jí)的評(píng)定

在確定缺陷尺寸后，根據(jù)缺陷的性質(zhì)和指示的長(zhǎng)度，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)焊縫的質(zhì)量水平進(jìn)行評(píng)估。焊縫內(nèi)部缺陷超聲檢測(cè)分為I、II、III、IV類，其中I類質(zhì)量最高，IV類質(zhì)量最低。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試樣上繪制的距離幅值曲線，通過比較缺陷在焊縫中的最高回波位置和缺陷的性質(zhì)來判斷焊縫電平。對(duì)于距離幅值曲線中反射幅值最大不超過評(píng)價(jià)線的缺陷，評(píng)定為第I類；當(dāng)最大反射波幅值超過評(píng)價(jià)線的損傷線時(shí)，缺陷檢測(cè)儀判定為裂紋等危險(xiǎn)缺陷，無論其幅值和大小，均評(píng)定為第IV類；I區(qū)反射波幅值為I級(jí)的不開裂缺陷；反射波幅值為III區(qū)的缺陷，不論其長(zhǎng)度如何，均定為IV類缺陷。

4 對(duì)焊縫合格以及檢測(cè)記數(shù)規(guī)則的評(píng)定

（1）焊縫內(nèi)部缺陷無損檢測(cè)的若干規(guī)定。一級(jí)焊縫探傷率為100%，即探傷總數(shù)；探傷率為20%，屬于二級(jí)焊縫探傷。當(dāng)在工廠焊接時(shí)，計(jì)算的比例是根據(jù)每一個(gè)焊縫的長(zhǎng)度計(jì)算出來的。當(dāng)缺陷長(zhǎng)度不超過200mm時(shí)，需要對(duì)整個(gè)焊縫進(jìn)行探傷。（2）焊縫計(jì)數(shù)方法。當(dāng)工廠生產(chǎn)的焊縫長(zhǎng)度不超過1000mm時(shí)，每個(gè)焊縫只有一個(gè)焊縫；當(dāng)長(zhǎng)度大于1000mm時(shí)，分為300mm焊接，現(xiàn)場(chǎng)安裝。每個(gè)焊縫都是一個(gè)焊縫。

5 焊縫中常見缺陷的類型及其在超聲探傷中的識(shí)別應(yīng)用

5.1 氣孔

焊接時(shí)，焊縫熔池在高溫下吸收了過多的冶金和氣體，冷卻前未及時(shí)溢出，焊縫金屬內(nèi)部出現(xiàn)空洞，形狀一般為橢圓形和球形?？紫斗譃橹旅芸紫逗蛦蝹€(gè)孔隙。致密氣孔實(shí)際上是一簇反射波，其波高受氣孔大小的影響。單個(gè)通風(fēng)口回波高度很低，波形相對(duì)穩(wěn)定。具備全方位檢測(cè)能力。

5.2 未熔合

所謂未熔融是指填充的金屬層完全沒有熔合在一起。此時(shí)，反射波具有以下特征：當(dāng)探頭兩側(cè)被探測(cè)時(shí)，反射振幅各不相同。當(dāng)探頭平移時(shí)，波形基本上是穩(wěn)定的。

5.3 夾渣

夾渣是指焊縫金屬焊接后殘留的夾渣或非金屬夾雜物，其夾渣表面不規(guī)則。礦渣被分成點(diǎn)和渣。點(diǎn)渣回波信號(hào)與點(diǎn)氣孔相似。帶渣回波信號(hào)多呈鋸齒狀。其反射率低，一般振幅不高，波形多為樹枝狀，主峰上有小峰。當(dāng)探針被平移時(shí)，波的振幅發(fā)生變化，反射波的振幅在每個(gè)方向上都不同。

5.4 裂紋

裂紋是指焊縫或母材在焊接過程中或焊接后熱影響區(qū)發(fā)生局部斷裂的裂紋。一般來說，裂縫回波高度大，波寬寬，峰值多。當(dāng)探針平移時(shí)，反射波連續(xù)出現(xiàn)，振幅發(fā)生變化。當(dāng)探針旋轉(zhuǎn)時(shí)，峰值有一個(gè)頂部和底部的位移。

5.5 沒有焊透

未焊透是指焊接接頭的金屬未完全焊透的現(xiàn)象。一般位于焊縫的中心線上，有一定的長(zhǎng)度。探頭在探傷過程中平移時(shí)，非焊接波形相對(duì)穩(wěn)定，焊縫兩側(cè)存在缺陷時(shí)，反射振幅相同。

6 結(jié)語(yǔ)

焊接是建筑鋼結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用最廣泛的連接方法。焊接質(zhì)量是鋼結(jié)構(gòu)工程施工驗(yàn)收的重要組成部分。焊縫中常見的缺陷主要有氣孔、夾渣、未焊透、未熔透和裂紋，其回波各有特點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)的施工離不開焊縫的制造。超聲波檢測(cè)以其低成本、靈活、方便、高效的特點(diǎn)，決定了其在鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量控制中的地位。保證鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和制造，使鋼結(jié)構(gòu)發(fā)揮其應(yīng)有的作用。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205-2001），設(shè)計(jì)中需要完全貫通的一次焊縫和二次焊縫均需進(jìn)行超聲波檢測(cè)。