王建源

（婺源縣秋溪工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，江西上饒 333200）

0 引言

在鐵路貨車運(yùn)行中注重輪軸質(zhì)量控制工作，分析輪軸質(zhì)量影響因素，從輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、承受重量、使用環(huán)境和使用條件等方面，采取措施提高輪軸質(zhì)量。其中，超聲波探傷工藝屬于一種無損檢測(cè)技術(shù)，在輪軸損傷檢測(cè)中有重要的應(yīng)用價(jià)值，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)信息技術(shù)完善超聲波自動(dòng)化探傷系統(tǒng)，為鐵路貨運(yùn)車輛運(yùn)行安全性提升奠定良好基礎(chǔ)。

1 超聲波探傷的優(yōu)勢(shì)

超聲波在工作的過程中一般是通過各種探頭的工作判斷焊縫出現(xiàn)裂縫的位置，從而采取積極有效的補(bǔ)救措施。而對(duì)于建筑行業(yè)來講，由于建筑材料的特殊性能，要求超聲波根據(jù)建筑鋼材料的不同，使用不同種類的探頭。技術(shù)人員在檢測(cè)過程中也應(yīng)該采用不同的方法和角度進(jìn)行探測(cè)，這樣才能更準(zhǔn)確有效地判斷裂縫的位置[1]。由于超聲波通過不同介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的反應(yīng)，人們根據(jù)這樣的原理對(duì)超聲波返回的不同的信息進(jìn)行分析，以此來判斷鋼結(jié)構(gòu)體系可能出現(xiàn)的問題。超聲波探傷技術(shù)和其他技術(shù)不同點(diǎn)還在于其有著不受時(shí)間、光線等因素影響的特點(diǎn)，所以建筑行業(yè)利用它來檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)焊接縫在焊接過程中出現(xiàn)的問題，排除其他因素造成的可能性，準(zhǔn)確地判斷存在缺陷的位置。

2 鋼結(jié)構(gòu)所涉及標(biāo)準(zhǔn)

之前鋼結(jié)構(gòu)驗(yàn)收規(guī)范《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50205—2001）中規(guī)定：焊縫超聲波檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)按照《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)法》（GB/T 11345—1989）執(zhí)行，對(duì)于焊接球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架焊縫、螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架焊縫及圓管T、K、Y形節(jié)點(diǎn)相關(guān)線焊縫，其內(nèi)部缺陷分級(jí)及探傷方法應(yīng)分別符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)超聲波探傷及質(zhì)量分級(jí)法》（JG/T 203—2007）。兩本檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 11345—1989）中規(guī)定適用于母材厚度不小于8mm全熔透對(duì)接焊縫。而標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)超聲波探傷及質(zhì)量分級(jí)法》（JG/T 203—2007）中規(guī)定適用于母材厚度不小于4mm全熔透對(duì)接焊縫。其他關(guān)于檢測(cè)靈敏度的調(diào)節(jié)及缺陷波幅和缺陷長度判定基本一致?，F(xiàn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50205—2020）中規(guī)定：焊縫內(nèi)部缺陷的無損檢測(cè)應(yīng)符合下列規(guī)定：①采用超聲波檢測(cè)時(shí)，超聲波檢測(cè)設(shè)備、工藝要求及缺陷評(píng)定等級(jí)應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》（GB 50661—2011）的規(guī)定；②焊接球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架、螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架及圓管T、K、Y節(jié)點(diǎn)焊縫的超聲波探傷方法及缺陷分級(jí)應(yīng)符合國家和行業(yè)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)超聲波探傷及質(zhì)量分級(jí)法》（JG/T 203—2007）的有關(guān)規(guī)定。為了更準(zhǔn)確地對(duì)缺陷進(jìn)行判定，本文將上述三個(gè)常用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比。

3 鋼結(jié)構(gòu)常見的焊縫缺陷

在建筑鋼結(jié)構(gòu)中按被連接鋼材的方式上可分為對(duì)接、搭接、T型連接和角部連接四種。連接所采用的焊縫主要有對(duì)接焊縫和角焊縫。其中影響金屬材料焊接質(zhì)量的因素有很多，主要有金屬材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝措施、施焊的自然環(huán)境等四個(gè)方面。焊接質(zhì)量取決于母材材質(zhì)、焊接材料的金屬化學(xué)成分、構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式、焊接方法、焊接工藝等的綜合性能。這些因素均有可能在焊接的施工過程中在焊縫內(nèi)部產(chǎn)生不同類型的缺陷，常見的類型缺陷如夾渣、氣孔、裂紋、未焊透等，這些缺陷焊縫對(duì)強(qiáng)度有著不同程度的影響，使其在未來使用中存在重大的安全隱患。因此設(shè)計(jì)上要求的主要構(gòu)件位置在制作時(shí)需采用先進(jìn)、快速、有效的無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)焊縫進(jìn)行檢測(cè)，精準(zhǔn)快速地定位缺陷位置、判斷缺陷類型，從而督促焊接人員采取有效措施并確保重要節(jié)點(diǎn)的焊縫質(zhì)量及性能，保障建筑物質(zhì)量與安全[2]。

4 影響超聲波探測(cè)的因素

雖然超聲波探傷技術(shù)相對(duì)于其他技術(shù)而言有一定的抗干擾性，但是其工作仍然會(huì)受到一些因素影響。主要有如下4方面。

（1）材料因素。需要探測(cè)的材料表面的光滑、干凈程度都能影響探測(cè)工作的開展，因?yàn)楦蓛艄饣牟牧媳砻娓欣谔綔y(cè)頭在上面工作。除此之外，超聲波在傳播的過程中還會(huì)受到空氣等的影響，空氣中的溫度、濕度、雜質(zhì)等會(huì)干擾到探頭信號(hào)及其方向的傳播。所以，在正式工作之前應(yīng)該模擬工作溫度和環(huán)境，并排除可能的影響因素。

（2）儀器因素。超聲波在工作過程中也對(duì)自身的水平程度、探頭角度等有嚴(yán)格的要求，如果探頭角度或者水平角度出現(xiàn)偏差，那么探測(cè)的結(jié)果會(huì)受到一定影響。

（3）方法因素。在選擇好材料、做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作之后，探測(cè)使用的方法也至關(guān)重要。在整個(gè)探測(cè)過程中，由于不同材料、不同質(zhì)量、不同厚度的差異，技術(shù)人員應(yīng)該選擇不同的探測(cè)方法，這樣才能夠具體問題具體分析，更好地探測(cè)出材料內(nèi)部可能出現(xiàn)裂痕和裂痕的長度。并且技術(shù)人員在使用探頭時(shí)也會(huì)采取不同的方式，都是影響超聲波探傷的重要原因。

（4）焊縫內(nèi)部缺陷的判定。超聲波檢測(cè)對(duì)焊縫內(nèi)部缺陷性質(zhì)還沒有較好的方式進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)判定性，檢測(cè)過程中，檢測(cè)人員應(yīng)需合焊接工藝、接頭坡口形式、缺陷所在的位置等實(shí)際情況，結(jié)合儀器上的缺陷波形的不同，對(duì)所檢測(cè)的焊縫進(jìn)行綜合估判。現(xiàn)就不同缺陷的類型估判作以下簡(jiǎn)單的描述。①氣孔多數(shù)呈圓形或橢圓形。單個(gè)氣孔，從焊縫各個(gè)方向進(jìn)行掃查探測(cè)，波形穩(wěn)定，反射回波高度低，探頭稍微移動(dòng)回波便消失。密集氣孔通常顯示為一簇反射回波，移動(dòng)探頭時(shí)其波幅高度隨氣孔大小變化而變化。②夾渣缺陷。分點(diǎn)狀和條狀，通常形狀不規(guī)則。兩者的回波相似。多呈鋸齒狀回波，波幅不高，回波主峰邊上有小峰，從各個(gè)方向進(jìn)行掃查探測(cè)，反射波幅各不相同。③未焊透缺陷。通常位于焊縫中間的根部上，對(duì)焊縫兩側(cè)探傷，其波形較為穩(wěn)定且大致相同。④未熔合缺陷。在焊縫兩側(cè)探測(cè)時(shí)，有時(shí)只有一側(cè)才可以探測(cè)到，反射波幅有所不同波形較為穩(wěn)定。⑤裂紋缺陷，檢測(cè)時(shí)儀器顯示回波波幅寬，波幅高度較高，通常出現(xiàn)多個(gè)波峰，移動(dòng)探頭時(shí)反射波連續(xù)出現(xiàn)且波幅會(huì)有變動(dòng)，回波的波峰會(huì)有上、下錯(cuò)動(dòng)。

5 超聲波探傷的具體使用

5.1 探傷檢測(cè)人員應(yīng)具有較高的專業(yè)技術(shù)能力

由于超聲波探傷主要是利用聲波反射原理實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果波形等信息反映在熒光屏（示波屏）上，要求探傷檢測(cè)人員據(jù)此判斷出鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷情況，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性高低與探傷檢測(cè)人員專業(yè)能力有著極為密切的聯(lián)系。因而要求探傷檢測(cè)人員應(yīng)具有較高專業(yè)能力，包括持有相應(yīng)等級(jí)資格證書以及具備豐富從業(yè)經(jīng)驗(yàn)等。此外需要注意的是，由于超聲波探傷等級(jí)資格證書一般分為3級(jí)，探傷檢測(cè)人員必須嚴(yán)格按照自己所取得等級(jí)資格證書開展相應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作，嚴(yán)禁越級(jí)作業(yè)[3]。

5.2 超聲波探測(cè)的過程

超聲波探傷一般分為初探、精探兩個(gè)過程。初探的過程較快，是對(duì)探測(cè)角度、方位的確定，在初探過程中首先應(yīng)該確定鋼結(jié)構(gòu)焊縫中有無質(zhì)量缺陷，并提前判斷應(yīng)該使用哪幾種方法才能更好地進(jìn)行探測(cè)。精探則相比初探來講速度較慢，在初探的基礎(chǔ)上改變之前不合適的探測(cè)方式和探測(cè)角度，記錄下收回的聲波信息進(jìn)行細(xì)致分析，與之前的信息進(jìn)行比較，最后做出準(zhǔn)確的判斷。

5.3 無損檢測(cè)技術(shù)的分類及在建筑鋼結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用

對(duì)于焊縫內(nèi)部質(zhì)量的缺陷，無損檢測(cè)通常有兩種檢測(cè)方法，分別為超聲波探傷檢測(cè)和射線探傷檢測(cè)。射線探傷檢測(cè)其主要優(yōu)點(diǎn)是被測(cè)結(jié)果可以在膠片上直觀顯示，檢測(cè)所使用的射線膠片可以長期保存，適用于各種材料的檢測(cè)，金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料的檢測(cè)，最適合檢驗(yàn)體積型缺陷，即具有一定空間分布、一定厚度的缺陷，但其缺點(diǎn)是操作程序較為復(fù)雜，成本投入較大，對(duì)裂紋類型缺陷有方向性的限制。尤其在建筑鋼結(jié)構(gòu)中構(gòu)件接頭形式多為T型接頭的情況下，射線探傷對(duì)這種形式的焊接接頭檢測(cè)效果差，且對(duì)此類焊縫的裂紋、未熔合的缺陷檢出率比較低。在建筑鋼結(jié)構(gòu)中射線探傷只在特殊情況下作為內(nèi)部缺陷檢驗(yàn)的一種補(bǔ)充手段。然而超聲波探傷與其則恰恰相反，超聲波檢測(cè)在操作程序上探傷速度快，效率高，穿透能力強(qiáng)，檢測(cè)靈敏度高，可發(fā)現(xiàn)與直徑十分之幾毫米的空隙反射能力相當(dāng)?shù)姆瓷潴w，能準(zhǔn)確判定反射體的位置、深度、大小。儀器操作簡(jiǎn)單，設(shè)備輕巧，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)高空檢測(cè)更為實(shí)用。對(duì)于建筑鋼結(jié)構(gòu)中的各種形式焊縫接頭都非常適用，世界上許多國家都是采用超聲波探傷檢測(cè)這一無損檢測(cè)方法。焊縫表面檢測(cè)在實(shí)際中也是作為外觀檢查的一種補(bǔ)充手段，其檢驗(yàn)方法也有兩種：①磁粉探傷；②滲透檢測(cè)。對(duì)比兩種檢驗(yàn)方法，就靈敏度而言，磁粉探傷要高于滲透探傷。特別在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，因?yàn)樾柰庥^檢測(cè)的焊縫大部分為角焊縫，此類焊縫的位置清渣困難，所以使用滲透探傷的效果要比磁粉探傷的效果差。磁粉探傷可以檢測(cè)近表面的缺陷。因此，在建筑鋼結(jié)構(gòu)中為了提高表面缺陷的檢出率，人們都會(huì)采用磁粉檢測(cè)方法。當(dāng)受到構(gòu)件形狀等原因影響時(shí)，如檢測(cè)空間太小的情況下，不能采用磁粉探傷時(shí)，才會(huì)使用滲透探傷檢測(cè)。

5.4 焊縫質(zhì)量缺陷分析

一般情況下超聲波是無法對(duì)焊縫質(zhì)量缺陷做出準(zhǔn)確無誤的判斷的，只有專業(yè)技術(shù)人員通過超聲波傳來的聲波信息才能分析出焊縫是否出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，再結(jié)合實(shí)際的焊接技術(shù)、鋼結(jié)構(gòu)材料的厚度等因素，判斷焊縫缺陷的具體位置。鋼結(jié)構(gòu)探傷在檢測(cè)中使用較多的探傷技術(shù)就是超聲波探傷技術(shù)，這種技術(shù)不僅能夠保證及時(shí)全面地探測(cè)出材料焊縫中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，而且能夠?yàn)榧夹g(shù)人員采取措施提供一定的信息。

6 超聲波探傷自動(dòng)化發(fā)展

結(jié)合鐵路貨車輪軸超聲波探傷工藝探究能夠了解到，此項(xiàng)技術(shù)還需進(jìn)一步地完善與創(chuàng)新。應(yīng)用新技術(shù)、新設(shè)備，構(gòu)建輪軸超聲波自動(dòng)探傷系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中開展各項(xiàng)探傷工作，詳細(xì)記錄各項(xiàng)工作環(huán)節(jié)產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)，為制定探傷方案提供重要參數(shù)，提高貨車輪軸檢測(cè)效率與技術(shù)水平。采用穩(wěn)定的通過門式結(jié)構(gòu)橫跨在鋼軌上，控制系統(tǒng)控制超聲波探頭移動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，整個(gè)設(shè)備的外觀比較簡(jiǎn)潔，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不混亂，依據(jù)檢測(cè)工作要求可對(duì)其合理化操作，均可實(shí)現(xiàn)預(yù)期檢測(cè)目的。探傷機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括探測(cè)頭、控制卡和由伺服器帶動(dòng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)。借助小角度探頭對(duì)輪座底部探測(cè)，調(diào)整適合的運(yùn)動(dòng)速度，能實(shí)現(xiàn)對(duì)輪軸缺陷從粗查到精細(xì)排查。在整個(gè)排查過程中產(chǎn)生大量的信息數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)在各項(xiàng)工作開展時(shí)把所產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，利用超聲卡采集到的超聲波信息數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確掌握輪軸探傷情況與具體位置，明確輪軸缺陷位置，并有報(bào)警、打印報(bào)表等功能。在鐵路貨車輪軸超聲波探傷自動(dòng)化發(fā)展過程中要求探傷機(jī)具有較強(qiáng)的自檢功能，才可確保輪軸超聲波探傷效率與質(zhì)量。我國鐵路企業(yè)快速發(fā)展對(duì)超聲波探傷新工藝提出更高要求，使探傷向自動(dòng)化、系統(tǒng)化、數(shù)字化等方向發(fā)展。①應(yīng)用現(xiàn)代化科技手段，解決舊工藝的技術(shù)問題，如車輪缺陷大小、形狀等，依據(jù)檢測(cè)中所獲取的信息數(shù)據(jù)，利用成像技術(shù)突出展示其缺陷，為新工藝創(chuàng)新發(fā)展提供有利條件；②對(duì)比超聲波新工藝與舊工藝，應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)能解決人力、物力、財(cái)力等分配不均問題，注重各項(xiàng)資源的合理應(yīng)用，使超聲波探測(cè)儀器向智能化發(fā)展；③在超聲波舊工藝與新工藝轉(zhuǎn)化過程中，考慮到超聲波新工藝質(zhì)量與效率，能在實(shí)際應(yīng)用過程中借助現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，提高整體自動(dòng)化技術(shù)水平，明確超聲波新工藝檢測(cè)內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)，以《鐵路貨車輪軸組裝、檢修及管理規(guī)則》政策內(nèi)容為主要依據(jù)，使鐵路貨車輪軸損傷檢測(cè)工作順利開展，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果制定相應(yīng)的解決措施與方案，為鐵路企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展帶來積極影響；④注重超聲波與斷裂力學(xué)結(jié)合應(yīng)用，分析鐵路貨車輪軸部件重要作用，通過開展鐵路貨車輪軸損傷檢測(cè)工作，準(zhǔn)確掌握鐵路貨車輪軸使用情況，注重新工藝的質(zhì)量控制，可對(duì)鐵路貨車輪軸使用壽命延長帶來積極影響，為鐵路貨車輪軸運(yùn)行安全提供良好的基礎(chǔ)保障，提高貨車運(yùn)行安全性，為鐵路企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

7 結(jié)語

綜上所述，對(duì)建筑行業(yè)而言，鋼結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用對(duì)建筑行業(yè)質(zhì)量的提升產(chǎn)生了重要的影響。因此，鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的高低嚴(yán)重影響整個(gè)建筑物的質(zhì)量，其中最重要的問題就是鋼結(jié)構(gòu)中的焊接問題，焊接是鋼結(jié)構(gòu)材料拼接在一起的關(guān)鍵技術(shù)。但是由于焊接技術(shù)容易受到環(huán)境、溫度、技術(shù)等因素的影響，導(dǎo)致焊接縫的質(zhì)量成為建筑行業(yè)關(guān)注的重要問題之一。而超聲波探傷技術(shù)正好可以利用抗干擾能力強(qiáng)，定位準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)來探測(cè)鋼結(jié)構(gòu)中的焊縫質(zhì)量缺陷，更好地保證建筑工程質(zhì)量。