钢结构桥梁焊缝超声波无损检测质量控制研究

钢结构桥梁焊缝超声波无损检测质量控制研究
许云山
摘要：焊缝超声波无损检测，对于钢结构桥梁的质量控制起到一个很重要的作用，但如若控制不好，则会在检测过程中出现漏检或者误判，本文针对可能造成漏检和误判的因素进行分析研究。
关键字：钢结构; 桥梁焊缝；质量控制；漏检；误判

0 前言
超声波无损检测适用于金属、非金属等多种材料制作的无损评价，穿透能力强，可对较大厚度范围的试件内部缺陷进行检测；灵敏度高，可比较准确的测定缺陷的深度位置。对于大多数超声技术应用来说，因其具有设备轻便，对人体及环境无害等众多优点，所以被广泛应用于工程当中。
对于钢结构桥梁整体质量，焊缝超声波无损检测无疑是质量控制的一个重要环节，其质量影响因素有较多，如果控制不好，必定会留下安全隐患，对桥梁的安全使用造成威胁，因此，本文针对可能造成钢结构桥梁焊缝检测质量的控制因素进行分析研究。
1 选用试块不标准
与工程测量一样，为了保证检测结果的重复性、准确性与比较性，必须用一个具有已知固定特性的试件对检测系统进行校准，因此需要超声检测试块。超声检测用试块通常分为两种类型，即标准试块（校准试块）和对比试块（参考试块）。
标准试块是由权威机构制定的试块，试块的材料、热处理状态、表面粗糙度、外形和尺寸要求都有权威部门统一规定，材料应易于加工，不易变形和腐蚀，具有良好的声学性质。尺寸允许公差一般在±0.1mm以内。检测面的表面粗糙度一般应优于Ra1.6μm。JB/T4730.3-2005标准采用的试块：钢板用标准试块CBⅠ、CBⅡ；锻件用标准试块CSⅠ、CSⅡ、CSⅢ；焊缝用标准试块CSK-ⅠA、CSK-ⅡA、CSK-ⅢA、CSK-ⅣA。根据规范和经验，桥梁焊缝一般采用的标准试块为CSK-ⅠA和CSK-ⅢA，其中CSK-ⅠA校准零偏和K值、CSK-ⅢA测定DAC曲线。标准试块的合理选用，对检测结果的影响很大，如CSK-ⅢA试块的缺陷孔是φ1，若选用其他直径为φ3的试块，则直径在φ3以下的缺陷不能被检测出来，从而导致缺陷的漏检。
对比试块是以特定方法检测特定试块时所用的试块，它与受检件或材料声学特性相似，含有意义明确的参考反射体，用以调节超声检测设备的状态，保证扫查灵敏度足以发现所要求尺寸与取向的缺陷，以及将所检出缺陷反射信号与已知反射体所产生的信号比较。桥梁焊缝检测过程中很少应用对比试块，因此这里不做过多解释。
试块就像一把尺子，如果尺子不准确，那么量测出来的数据也不会准确。因此，为了保证试块的标准应该对试块进行维护。
1）、试块应在适当部位编号，以防混淆。
2）、在使用和搬运中要注意保护，防止碰撞、敲打、划伤。
3）、使用试块时应注意清除反射体内的油污和锈蚀。常用蘸油布将锈蚀部位抛光，或用合适的去锈剂处理。平底孔在清洗干燥后用尼龙布塞或胶合剂封口。
4）、使用时要清除反射体内的油污和锈蚀，以免影响检测灵敏度。
5）、注意防止试块变形，如避免火烤，平板试块应尽可能立放防止重压。
2 探头移动区打磨不到位
工件表面的制备，焊接工件表面应平整光滑，其表面粗糙度一般不超过6.3μm。如焊接工件表面有飞溅物、氧化皮、凹坑及锈蚀等应予以清除，以保证良好的耦合。焊接过程当中，不可避免会有飞溅物，如果清理不彻底，将会导致探头与探测区域无法耦合，造成漏检。焊缝两侧工件的修整宽度P一般根据母材厚度决定。厚度为8~46mm的焊缝采用二次波检测，探测面修整宽度为
P1≥2KT+50mm （1）
厚度大于46mm的焊缝采用一次波检测，探测面修整宽度为
P2≥KT+50mm （2）
式中，K为探头K值，即折射角的正切值。
3 探头选择不合理
探头分为接触式纵波直探头、接触式斜探头（纵波斜探头、横波斜探头、表面波探头）、双晶探头、水浸平探头与聚焦探头。其中桥梁焊缝常用的探头是接触式斜探头—横波斜探头，横波斜探头是入射角在第一临界角与第二临界角之间且折射波为纯横波的探头。适宜探测与检测面成一定角度的缺陷，因此广泛用于焊缝检测中。
探头由压电晶片、阻尼块和吸声材料、保护膜、斜楔、电缆线和外壳组成。
其中保护膜的作用是保护压电晶片不致磨损或损坏。保护膜分为硬、软保护膜。硬保护膜适用于粗糙度较高的工件检测。软保护膜可用于表面粗糙度较低的工作检测。保护膜会使始波宽度增大，分辨力变差，灵敏度降低。在这方面，硬保护膜比软保护膜更严重。在使用过程中，保护膜必定会被磨损，通常探头前端磨损较严重，这样会使K值变小，因此探头在使用一段时间后，要及时校准探头，以免造成误判。表1列出桥梁常用不同厚度钢板所选用探头K值。
表1 桥梁常用不同厚度钢板所选用探头K值
编号钢板厚度探头尺寸 K值
1 6—8mm 8×8 K3
2 9—10mm 9×9 K3
3 11—12mm 9×9 K2.5
4 13—16mm 9×9 K2
5 17—25mm 13×13 K2
6 26—30mm 13×13 K2.5
7 31—46mm 13×13 K1.5
8 47—120mm 13×13 K2—K1
4 探头磨弧不到位
对于桥梁焊缝，通常钢管混凝土拱桥的钢管是有弧度的，有时为了检测要求，需要把探头表面磨成与钢管相吻合的弧度，以便探头与被检测面接触良好，避免造成漏检。
5 余高尺寸过高、过宽
《GB11345-89》中的C级检验、《JB4730-94》标准（压力容器无损检测标准）等都对焊缝余高在检测前的磨平做出了要求。但没有对磨平的程度做出说明，即根据现场实际需要将余高磨平以方便检测验收。
毋庸置疑，对焊缝余高的消除，是有利于表面、近表面缺陷出现漏检的有效预防措施之一，但是，焊缝余高的打磨程度与加工方法的联系较为紧密。对于验收来说，不但要对余高进行砂轮打磨，还必须对焊缝表面进行必要的细加工，最大程度的消除焊缝表面引起的轮廓反射波。依据实践经验，焊缝表面轮廓反射波此时最好不超过该处的测长线，有困难时可适当放宽，不可以达到定量线，否则很可能影响到表面和近表面缺陷的检出。
超声波检测经常会遇到余高过宽的焊缝，对于余高过宽的焊缝，应进行修磨，如不修磨就进行检测，则会造成检测盲区，过宽尺寸越大，漏检区域越大。尤其是对返修焊口的复检，如果返修后焊缝余高过宽，就无法检测原缺陷位置的返修质量，导致复检失去检测意义。
余高过高的焊缝会出现顶部盲区，如果焊缝余高过高，可采用一次反射波进行检测，焊缝单面检测时，克服顶部盲区的办法是减小探头角度。
焊缝余高干扰波在超声检测中比较常见，尤其是在表面修磨处理后的手工焊焊缝和双面自动焊焊缝中更为常见。检测中余高干扰波出现在液晶屏上一次波之后的二次波检测区域内，与缺陷的二次回波很相似，如果不能正确判断，则会造成漏检和误判。
6 DAC曲线校核不准确
DAC曲线（距离波幅曲线）是一种描述反射点至波源的距离、回波高度及当量大小之间相互关系的曲线。尺寸大小相同的缺陷由于距离不同，回波高度也不相同。因此，DAC曲线对缺陷的定量非常有用。DAC曲线的调试成功的前提是探头前沿和K值必须准确，因此需要检测人员耐心细致的调试，通常曲线的调试最少需要选择三个缺陷深度10mm、30mm、50mm，或者20mm、40mm、60mm取值，成等差数列，这样有利于减小误差。曲线需要反复耐心的调试才能达到真实效果，如若曲线调试不准确，则可能造成误判。
7 波形分析不细致
波形是评定焊缝质量等级最直接、最有效的数据。对检测时出现的波形分析不细致，将缺陷波当作几何源反射引起的非缺陷波形对待，或者把几何源引起的反射波误认为是缺陷波，忽略密集性缺陷的波形特征，都会造成误判。这是一个工作态度问题，在探测过程中应细心谨慎，对待每一个波形都要认真分析。
8 检测人员技术水平不足
在人、机、料三个因素中，人是决定检测质量的首要因素。尤其是对于无损检测的有效性和准确性，很大程度上取决于检测人员的能力和责任心，对能力的认可是通过人员资格鉴定与认证来保证的。
作为一名合格的检测人员，不仅要了解焊缝材料的性质、焊接结构的受力特点，还应对各种焊接工艺有比较全面的认识和理解，从根本上了解缺陷产生的的原因，并且，检测人员必须有多年从业经历，在工作中摸索、对比、验证以快速、准确的掌握定性的方法。同时无损检测人员还应不断加强学习，努力提高能力与素质，执行有关标准、规范、与工艺卡，深化质量意识，遵守职业道德，认真做好无损检测工作。
9 结论
超声波无损检测技术已发展了几十年，在钢结构桥梁上应用的技术和经验也比较成熟，但仍有一些焊缝质量漏检及误判问题，本文涉及到影响其质量控制的因素大多是主观因素，无损检测人员应具备较强的责任心，认真对待每条焊缝质量，做出公平合理的评价，以保证桥梁的安全使用。
参考文献
［1］史亦韦.超声检测/《国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证培训教材》编审委员会编.[M]北京：机械工业出版社，2005.7
［2］李以闪刘德镇.焊接结构检测技术[M].北京：化学工业出版社，2009.09
［3］徐生东戴敬东张鹏林.焊缝余高对超声波探伤的影响[J] .无损检测，2010.08
［4］莫学愚.小径管焊缝超声探伤的缺陷检出及漏检误判[J].华北电力技术，1996.08