羅棋徽

（廣州市市政工程試驗(yàn)檢測有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

無損檢測技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用較為廣泛，對于鋼結(jié)構(gòu)檢測質(zhì)量檢測而言，選擇合適的無損檢測技術(shù)尤為重要。超聲波探傷技術(shù)具有檢測速度快、設(shè)備輕便的優(yōu)勢，可在確保檢測結(jié)果精確性的基礎(chǔ)上，為項(xiàng)目工程建設(shè)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。因此，為探究超聲波探傷檢測技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)檢測中的作用，需要挖掘超聲波探傷檢測技術(shù)的優(yōu)勢，使其應(yīng)用于工程項(xiàng)目檢測。

1 無損檢測技術(shù)的優(yōu)勢

運(yùn)用無損檢測能夠最大程度降低檢測技術(shù)對工程造成的損害，通常情況下，部分建筑工程都是由鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成，鋼結(jié)構(gòu)（圖1）獨(dú)特的優(yōu)勢特性保障了建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。但同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)在焊接過程中極易出現(xiàn)各種問題，為解決該類問題就需要運(yùn)用無損檢測技術(shù)。常見的無損探傷檢測技術(shù)主要包括超聲波探傷檢測、磁粉探傷檢測、射線探傷檢測和滲透探傷檢測。與傳統(tǒng)的檢測技術(shù)相比，無損檢測技術(shù)的檢測結(jié)果更加準(zhǔn)確，以最短速度檢測出缺陷位置，幫助檢測人員在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)工程中的問題。由于無損檢測技術(shù)的種類較多，在實(shí)際的應(yīng)用中需要結(jié)合工程的實(shí)際情況合理選擇，保障檢測結(jié)果的精確性。近年來，無損檢測技術(shù)水平不斷提升，檢測數(shù)據(jù)的處理效率也得到了一定的保障。無損檢測技術(shù)通過采取有針對性的措施確保工程質(zhì)量。比如，在某項(xiàng)工程項(xiàng)目中檢測人員運(yùn)用超聲波探傷技術(shù)進(jìn)行工程質(zhì)量的檢測，將超聲波探頭貼置物體表面即可迅速獲取檢測數(shù)據(jù)，對工程質(zhì)量予以準(zhǔn)確判定。現(xiàn)階段，無損檢測技術(shù)在建筑工程行業(yè)的應(yīng)用較為廣泛，及時(shí)探測到隱蔽性工程的質(zhì)量問題，為建筑行業(yè)的健康、穩(wěn)定發(fā)展提供支持。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)

2 無損檢測中超聲波探傷技術(shù)及其原理

作為新興技術(shù)，無損檢測中的超聲波探傷技術(shù)應(yīng)用相對廣泛。該項(xiàng)技術(shù)的有效應(yīng)用能夠以最快的速度識別鋼結(jié)構(gòu)焊縫中的氣孔、夾渣與裂紋，為保證鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。與此同時(shí)，超聲波探傷技術(shù)的安全性較好且應(yīng)用簡單、方便。超聲波探傷技術(shù)由超聲波探傷儀、探頭和耦合劑構(gòu)成，較為常見的超聲波波形包括橫波、縱波以及表面波等。利用探頭完成超聲波發(fā)射，在檢驗(yàn)過程中實(shí)現(xiàn)傳播。當(dāng)材料在檢測過程中出現(xiàn)氣孔、夾渣時(shí)，超聲波將被反射，超聲波接收器接收后將其顯示在屏幕中。工作人員以計(jì)算和分析回波的方式，充分了解和掌握材料的實(shí)際情況[1]。

3 鋼結(jié)構(gòu)缺陷

鋼結(jié)構(gòu)是應(yīng)用廣泛、成本較低的一種材料，在實(shí)際應(yīng)用過程中獨(dú)特性也較強(qiáng)。但并不意味著鋼結(jié)構(gòu)材料是完美的，相反，鋼結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過程中還存在一定的缺陷問題。主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)缺陷、材質(zhì)缺陷以及連接缺陷等。其中，設(shè)計(jì)缺陷表現(xiàn)在工作人員缺乏經(jīng)驗(yàn)且人員較少，在設(shè)計(jì)階段涉及的數(shù)據(jù)內(nèi)容較多，由于無法準(zhǔn)確對數(shù)據(jù)予以有效把控，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的可靠性受損，使得人為因素成為造成設(shè)計(jì)缺陷的主要原因。材質(zhì)的缺陷表現(xiàn)在由于鋼結(jié)構(gòu)材料種類較多，不同元素較多，對鋼結(jié)構(gòu)的材料性能造成了一定的影響。正式開展冶煉鋼工作前，通常需要強(qiáng)化材料的選擇。受到工藝設(shè)備的影響，鋼材料的軋制和冶煉過程容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，鋼材料裂紋較為嚴(yán)重。為解決上述問題，只有加強(qiáng)材料的監(jiān)督與審核工作。對建筑物來說，鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要是由種類不同的鋼產(chǎn)品組合而成，焊接方式也隨著鋼結(jié)構(gòu)接連發(fā)生改變，在節(jié)省空間、降低成本、確保剛性連接有效性方面有著重要的意義。但同時(shí)，受到焊接環(huán)境和焊接工藝水平的影響，鋼內(nèi)部結(jié)構(gòu)容易受損，一旦鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)氣孔（圖2）或夾渣等，鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差。

圖2 焊縫氣孔

4 鋼結(jié)構(gòu)中超聲波無損探傷技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

4.1 工程概況

以某排澇站為例。該排澇站的作用主要有灌溉、內(nèi)澇排洪等。排澇站的建設(shè)時(shí)間較長，部分位置已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重滲漏問題、排污柵甚至發(fā)生位移和變形，安全隱患突出。與此同時(shí)，該排澇站建設(shè)時(shí)期的閘體和閘基礎(chǔ)的施工技術(shù)較為落后，造成排澇站已無法滿足現(xiàn)代排澇、灌溉需求。所以，相關(guān)部門決定對該排澇站展開重建工作。由于排澇站的出口閘位置的鋼閘門以預(yù)裝拼接工藝為主，為此，決定在拼接定位、尺寸檢查方面進(jìn)行加固。以中間到四周對稱焊接原則，焊縫以T 字形為主。該工程的鋼閘門焊接在施工前對外觀進(jìn)行了全面的分析和檢查，只有外觀檢查合格后才能夠依據(jù)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對鋼閘門焊縫采取超聲波無損探傷檢測。

4.2 焊縫質(zhì)量缺陷

由于該水利工程采用的是T 型焊縫，該種焊縫類型較為常見。由腹板和翼緣板共同組成，組合焊縫和角縫是較為常見的類型。依據(jù)焊縫的位置以及所承受壓力的形式可將T 型焊縫劃分為不同的等級。T 型焊縫在水利工程中具有重要的作用，由于該種焊接施工的工藝較為復(fù)雜且施工難度較高，所以對施工人員的專業(yè)能力和綜合素質(zhì)有較高的要求。一旦施工人員的專業(yè)水平不高或者未能嚴(yán)格依據(jù)焊接技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)展開焊縫施工作業(yè)，極易出現(xiàn)焊縫缺陷。較為常見的質(zhì)量缺陷有焊接熔合不良，出現(xiàn)漏焊或未熔合問題，其原因在于焊接電壓、電流以及預(yù)熱規(guī)范不標(biāo)準(zhǔn)，焊接坡口角度過小、鈍邊縫隙小等操作問題。除此之外，極易出現(xiàn)焊接裂紋、焊接空洞等。氣孔缺陷的形成原因與焊接時(shí)保護(hù)氣未在熔池結(jié)晶，卻在焊縫金屬中殘留有關(guān)[2]。

4.3 無損探傷應(yīng)用

4.3.1 初步探傷

超聲波探傷檢測的深度較大、距離長且體積較小，為此，檢測速度也較快。在具體應(yīng)用過程中無須給出準(zhǔn)確的缺陷性質(zhì)，即可依據(jù)聲波了解波線之間的差異性，再從焊接材料類型、焊接結(jié)構(gòu)類型的角度了解缺陷損傷的嚴(yán)重程度。在受到探傷任務(wù)后，一方面需要了解圖紙中對焊接質(zhì)量技術(shù)的要求，依據(jù)驗(yàn)收鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)展開各項(xiàng)檢測工作，防止盲目操作導(dǎo)致探測數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。與此同時(shí)，全面掌握專業(yè)技術(shù)知識，明確超聲波探傷技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)。另一方面，初步探傷工作完成后應(yīng)對波屏上的回波信號予以全面分析和掌握，只要回波超出評定線，需要及時(shí)記錄，為后續(xù)的定量缺陷檢測奠定良好的基礎(chǔ)。

4.3.2 精確探傷

精確探傷的應(yīng)用要點(diǎn)在于有助于提升探傷的準(zhǔn)確程度，在應(yīng)用過程中，首先，需要減少操作，對探傷的過程予以充分把握，嚴(yán)禁出現(xiàn)漏測問題。其次，在第一次檢測過程中出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)缺陷問題時(shí)，第二次要再次檢測，明確缺陷位置的最高回波束，將信息準(zhǔn)確記錄。該種方式有助于改進(jìn)缺陷問題。最后，運(yùn)用超聲波探傷技術(shù)過程中應(yīng)注重焊縫長度的計(jì)算，得出探傷比例后以局部探傷的方式對焊縫進(jìn)行全面探傷。當(dāng)焊縫屬于允許存在的范圍內(nèi)，則在缺陷兩端位置增加探傷的長度，確保探傷的長度高于12%。需要注意的是，鋼材結(jié)構(gòu)特征是準(zhǔn)確判斷缺陷的依據(jù)[3]。

4.3.3 鋼閘門焊縫探傷

在進(jìn)行鋼閘門焊縫探傷時(shí)，主要是利用直探頭對翼緣板外側(cè)采取全面檢測，可實(shí)現(xiàn)腹板和翼緣板焊縫的系統(tǒng)性檢測，得出是否存在焊接熔斷等不良缺陷以及翼緣板側(cè)焊縫是否有焊接裂縫缺陷問題。完成上述位置的超聲波探傷時(shí)，一般選擇探頭頻率為2.5MHz 的斜探頭。與此同時(shí)，根據(jù)翼緣板厚度明確探頭晶片的尺寸，在確保穿透力的基礎(chǔ)上選擇合適的小尺寸晶片，降低近區(qū)的長度。超聲波探傷時(shí)還要對分底波與缺陷波予以明確區(qū)分，確保無損檢測技術(shù)的精確性和可靠性。斜探頭作為較為常見的超聲波探傷檢測設(shè)備，可將其應(yīng)用于腹板和翼緣板之間焊縫是否存在未熔合、未焊透問題，設(shè)備的探測頻率在5.0MHz 以內(nèi)，依據(jù)腹板厚度合理選擇斜探頭K 值，具體參照值如表1 所示。

表1 斜探頭K 值參照

當(dāng)斜探頭探傷對翼緣板外側(cè)進(jìn)行波次檢測時(shí)，翼緣板外側(cè)1 次波檢測的探傷精確度要高于翼緣板內(nèi)側(cè)2 次波檢測，同時(shí)能夠以最快的速度檢測到焊縫質(zhì)量問題。需要注意的是，如果采用翼緣板外側(cè)探傷檢測，則應(yīng)在檢測前明確并標(biāo)準(zhǔn)腹板中心線和焊縫位置。通常情況下，直探頭探傷設(shè)備要和斜探頭設(shè)備同時(shí)使用，才能達(dá)到最佳檢測效果。該工程通過采取兩種設(shè)備同時(shí)進(jìn)行鋼閘門焊縫探傷，不僅快速獲得焊縫質(zhì)量缺陷問題，同時(shí)保證了焊縫檢查精確程度。

4.3.4 識別氣孔夾渣

如果鋼結(jié)構(gòu)在實(shí)際焊接過程中出現(xiàn)焊接溫度過高問題的情況下，此時(shí)的氣體將發(fā)生迅速反應(yīng)，在吸收過程中產(chǎn)生相應(yīng)的氣孔，產(chǎn)生的氣孔將對鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成不良影響。焊接冷卻凝固前氣體還未放出時(shí)，將形成孔洞?？锥捶譃閱慰缀图煽锥磧煞N。借助超聲波探傷技術(shù)可準(zhǔn)確識別出鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生氣孔的原因。通常情況下，普通密集氣孔反射波呈現(xiàn)的是簇狀型，因此，運(yùn)用超聲波探傷技術(shù)在實(shí)際的檢測過程中能夠準(zhǔn)確識別回波的高度，再依據(jù)氣孔大小以及位置判斷氣孔形狀。得出的波形也相對穩(wěn)定。但同時(shí)，檢測的難度也較大，需要在檢測過程中不同方向的探測確保整個(gè)氣孔能夠全部被挖掘出來，需要注意的是，探測過程中需要找到最大的回波。除此之外，夾渣也是鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中較為常見的問題之一。在鋼結(jié)構(gòu)最終的焊接階段，容易出現(xiàn)金屬以及非金屬殘留現(xiàn)象以及殘?jiān)?，?dāng)溫度較高時(shí)，熔渣將隨著溫度的升高而出現(xiàn)鋼鐵表面變形，對鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成極大的影響，甚至發(fā)生振動(dòng)以及壓力提高斷裂的可能性。

借助超聲波探傷技術(shù)可準(zhǔn)確得知焊縫出現(xiàn)裂紋的具體位置，裂紋位置的回波高度較高，隨著探測頭平行移動(dòng)，波浮將發(fā)生較大的改變。當(dāng)接連出現(xiàn)反射波時(shí)，則證明裂紋較為嚴(yán)重，當(dāng)超聲波探頭轉(zhuǎn)動(dòng)變化不明顯的情況下，例如，僅出現(xiàn)上下錯(cuò)動(dòng)變化，則證明裂紋較小。裂紋作為焊縫類型中重要的危險(xiǎn)因素，為此，在一級和二級焊縫中嚴(yán)禁出現(xiàn)裂紋。對整體鋼結(jié)構(gòu)的影響并不大。通常情況下，如果在焊接期間缺乏對焊接點(diǎn)融合性的重視而發(fā)生未熔合問題，則證明焊縫未能與其他金屬材料進(jìn)行有效融合。為避免上述問題發(fā)生，就需要對超聲波探傷設(shè)備所反射的特征予以全面分析，以平行移動(dòng)的方式直到波形穩(wěn)定，即可說明達(dá)到融合點(diǎn)的要求[4]。

4.4 超聲波探傷評定

在超聲波探傷結(jié)果評定階段，需要依據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對焊縫質(zhì)量分級。該水利工程鋼閘門焊縫質(zhì)量的要求并非為全熔透，只需要調(diào)整焊角高度的方式將焊縫中心位置全熔透，確保鋼閘門能夠滿足焊縫施工要求。因此，該工程在檢測鋼閘門焊縫質(zhì)量后，監(jiān)理單位對其施工進(jìn)行了系統(tǒng)、全面的驗(yàn)收，最終得出該工程滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，其質(zhì)量符合工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[5]。

5 結(jié)語

總而言之，無損檢測技術(shù)在各行各業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，合理、科學(xué)應(yīng)用無損檢測技術(shù)有助于提升工作效率，保障工作質(zhì)量。其中，超聲波探傷技術(shù)作為無損檢測技術(shù)重要的組成部分，在鋼結(jié)構(gòu)檢測中發(fā)揮了重要的作用。運(yùn)用超聲波探傷技術(shù)可對鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中的缺陷問題予以全面分析，提升建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。因此，施工企業(yè)應(yīng)重視超聲波探傷檢測技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用。不斷創(chuàng)新檢測技術(shù)，提升超聲波探傷檢測技術(shù)應(yīng)用效率和水平。有助于建筑企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化的同時(shí)，為行業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出相應(yīng)的貢獻(xiàn)。