全熔透T形焊缝超声波探伤在钢结构中的应用.pdf

钢结构２０１１年第２期第２６卷总第１４３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２６４２００；２．威海奥华钢结构有限公司，山东威海２６４２００；３．威海光威精密机械有限公司，山东威海２６４２００；４．威海市环翠区质检站，山东威海２６４２００）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ＴＨＥＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＯＦＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＩＮＳＰＥＣＴＩＯＮＦＯＲＦＵＬＬＭＥＬＴ－ＴＨＲＯＵＧＨＴ－ＷＥＬＤＩＮＴＨＥＳＴＥＥＬＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳＧｕＺｈｅｎｇｘｕｅ１ＹａｎｇＸｉｕｓｈａｎ２ＧｕＳｈｕｐｉｎｇ３ＳｕｎＧｏｎｇｓｉ４ＧａｏＺｈｏｎｇｑｉｎ２（１．ＷｅｉｈａｉＪｉａｎｘｉｎＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＣｏ．Ｌｔｄ，Ｗｅｉｈａｉ２６４２００，Ｃｈｉｎａ；２．ＷｅｉｈａｉＡｏｈｕａＳｔｅｅｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅＣｏ．Ｌｔｄ，Ｗｅｉｈａｉ２６４２００，Ｃｈｉｎａ；３．ＷｅｉｈａｉＧｕａｎｇｗｅｉＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭａｃｈｉｎｅＣｏ．Ｌｔｄ，Ｗｅｉｈａｉ２６４２００，Ｃｈｉｎａ；４．ＱｕａｌｉｔｙＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｔａｔｉｏｎｏｆＨｕａｎｇｃｕｉＤｉｓｔｒｉｃｔｉｎＷｅｉｈａｉ，Ｗｅｉｈａｉ２６４２００，Ｃｈｉｎａ）ＡＢＳＴＲＡＣＴＷｅｌｄｉｎｇｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｉｓａｃｏｍｍｏｎｆｏｒｍｉｎｔｈｅｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ＵＴｄｅｔｅｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｍｅｍｂｅｒｓｗｉｌｌｂｅｕｓｅｄｉｎｅａｃｈｐｒｏｊｅｃｔ．ＡｎｄＴ－ｊｏｉｎｔｗｅｌｄｉｓｔｈｅｍｏｓｔｃｏｍｍｏｎｏｎｅ．Ｉｎｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，Ｔ－ｊｏｉｎｔｗｅｌｄｉｓｕｓｕａｌｌｙｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｈｅｆｉｒｓｔ－ｏｒｄｅｒａｎｄｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙ－ｏｒｄｅｒｗｅｌｄｓ．Ｗｅｌｄｄｅｆｅｃｔｓａｒｅｕｓｕａｌｌｙｆａｉｌｅｄｔｏｃｈｅｃｋｂｙｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ．Ｂｙｔｈｅｒｅｐｅａｔｅｄｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｎｗｈｉｃｈａｎｇｌｅｐｒｏｂｅａｎｄｎｏｒｍａｌｐｒｏｂｅａｒｅｕｓｅｄｔｏｇｅｔｈｅｒｓｏｔｈａｔｔｈｅｗｈｏｌｅｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｃａｎｂｅｓｃａｎｎｅｄａｎｄｔｈｅｃｌｕｔｔｅｒａｖｏｉｄｅｄｔｏｍａｋｅｔｈｅａｃｃｕｒａｔｅｅｓｔｉｍａｔｅ．ＫＥＹＷＯＲＤＳＴ－ｊｏｉｎｔ；ｗｅｌｄ；ｃｌｕｔｔｅｒ；ｐｒｏｂｅ第一作者顾正学，男，１９６５年出生，工程师。Ｅｍａｉｌｈａｉｙａｎｇ８８８８８９＠１６３．ｃｏｍ收稿日期２０１０－１０－１８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。１Ｔ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４５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Ｋ８６施工技术ＳｔｅｅｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２０１１（２），Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．１４３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２．５ＭＨｚ。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 １４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６～２０ｍｍ，翼板厚度为１０～５０ｍｍ，ＪＢ／Ｔ４７３０．３２００５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１Ｋ值的选择板厚Ｔ／ｍｍＫ值６～２５３．０～２．０（６０～７２）＞２５～４６２．５～１．５（５６～６８）＞４６～１２０２．０～１．０（４５～６０）＞１２０～４００２．０～１．０（４５～６０）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＝ａｒｃｓｉｎ（Ｋ λ／Ｄ）（Ｋ＝１．２２）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＝５ＭＨｚ对比使用ｆ＝２．５ＭＨｚ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２０１１年第２期第２６卷总第１４３期ａ－２．５ＭＨｚ探头的波形；ｂ－５ＭＨｚ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６８Ｓ＞Ａ１ π λ，Ａ１＝Αｃｏｓ β ｃｏｓα，所以得ｂ＜６８Ｓ π λｃｏｓ α ｃｏｓ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Ｌｍｉｎ决定，Ｌｍｉｎ＝ＯＡ＝ｂ／２ｓｉｎ（９０－α）＝ｂ／２ｃｏｓα；要求Ｌ＞Ｌｍｉｎ，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１０所示。图１０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１１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ＳｔｅｅｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２０１１（２），Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．１４３图１１一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１２所示。增加Ｋ＝１．２斜探头扫查，缺陷波型清晰、易辨，如图１３和表２所示。图１２模拟缺陷图１３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１４）直射波１０１３．２１２．０６１４．０１３．０Ｂ面（图１５）一次反射波１０３１．８３０．２６３３．４３２．２图１４模拟缺陷Ａ面图１５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１６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１６焊缝形状引起的迟到信号５结论采用２．５ＭＨｚ １０～ １４的直探头与５ＭＨｚ、Ｋ＝１．２、８ｍｍ８ｍｍ（短前沿）和５ＭＨｚ、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７５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ＳｔｅｅｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２０１１（２），Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．１４３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８ａ、图８ｂ）。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８ａ、图８ｃ）。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，２００８，３６（６）７０６－７１１．［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，２００６，２８（２）７９－８２．［３］甄睿勇．大型钢结构防腐浅谈［Ｊ］．广东建材，２００９（３）１１３－１１５．［４］王振尧．酸雨对涂漆钢腐蚀的影响［Ｊ］．全面腐蚀控制，１１（３）２２－２４．［５］何泽能，高阳华，谭炳全，等．重庆市主城区１５年来酸雨变化趋势分析［Ｊ］．高原山地气象研究，２００９，２９（１）  ６０－６２．（上接第７１页）参考文献［１］ＧＢ１１３４５－８９钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结构分级［Ｓ］．［２］ＪＧＪ８１－２００２建筑钢结构焊接技术规程［Ｓ］．［３］ＪＢ／Ｔ４７３０．３－２００５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，１９９５．［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，２００７，２２（１０）７３－７４．５７朱捷健，等模拟酸雨对涂漆钢构件的腐蚀影响

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