浅谈超声波探伤技术在钢结构焊接中的应用

所谓超声波，主要指超声振动通过介质进行传播，实际上就是在弹性介质中，以波动形式进行的机械振动，其振动频率大于20KHz。通过应用超声波探伤技术，可检测厚度大的钢结构材料，其检测速度快、成本低，可准确定位、定量缺陷，对人体不会产生任何危害，同时提高大面积缺陷的检测效率。因此，当前超声波探伤技术已成为无损检测的主要途径，在钢结构生产实践中广泛应用。超声波探伤技术在钢结构焊接中的应用，具体特点分析如下：

①当超声波处于介质中，一旦遇到界面拦截，就会产生反射;

②超声波的传播力度较大，对钢结构产生较强的穿透力;

③超声波的振动频率越高，指向性就越好;

④超声波的衰减、声速、阻抗等特征，给超声波的运用提供了更多信息。

2、超声波探伤技术的应用范围

当前，超声波探伤技术的应用广泛，尤其在工业无损检测中发挥重要作用。超声波探伤技术，可应用于各种钢结构的轧制件、锻件、铸件、焊缝等;(以及)机械零件、电站设备、锅炉、船体、结构件等，也可应用超声波探伤技术。超声波探伤技术既可采取自动化方式，也可采取手动方式。以物理性能检验角度来看，利用超声波探伤技术，可检测材料的厚度、硬度、深度、液位、流量、晶粒度等参数。

二、钢结构焊缝的评定与检验

在钢结构的钢板中，一般要求应用超声波对全焊透的一级焊缝、二级焊缝进行探伤。如果应用超声波探伤难以做出准确判断，则采取射线探伤方式。实际上，超声波探伤并不是钢结构焊缝的唯一检验办法，如果难以确定缺陷，也可借助更多辅助探伤方法。

对于一级焊缝与二级焊缝，应用超声波探伤时，需先确定其评定等级和检验等级。一级焊缝的评定等级是Ⅱ级，二级焊缝的评定等级是Ⅲ级;一级焊缝的检验等级是B级，二级焊缝的检验等级也是B级。在实际进行超声波探伤检测过程中，其检验等级则分为A、B、C三个等级，一般钢结构中的焊缝超声波探伤采取B级检验。以下将对B级检验进行重点分析：

对于B级检验来说，原则上从某一角度，将探头在焊缝的单面实行双侧探测，同时检测整个焊缝的截面。如果钢材的厚度>0.1m，则采取双面双侧检验方式;由于受到几何条件的影响，可以在钢结构焊缝的双面单侧，采取分别两个角度的探头探伤;条件允许情况下，可以检验横向缺陷。一级焊缝的探伤比例是100%，二级焊缝的探伤比例是20%。有关探伤比例的具体计算方法为：工厂制作的钢结构焊缝，按照每条焊缝计算百分比，同时保持探伤长度>200mm;如果焊缝长度不足200mm，则需要整条焊缝探伤处理。现场制作的钢结构焊缝，应根据类型的不同而决定。相同施焊条件下，计算焊缝条数的百分比，探伤长度应200mm，且不少于一条焊缝;应该注意的是，在实际钢结构焊接的探伤应用中，很多检测人员经常出现失误。应该对工厂制作的焊缝进行逐一检测，可以按照每条焊缝长度的20%实行探伤，同时满足探伤长度的要求。对于在现场制作的钢结构焊缝，可以根据焊缝条数来计算准确的探伤比例，但也要满足探伤条数与长度的相关要求。

三、钢结构焊接缺陷的识别

对于焊缝中常见的几种缺陷，回波特性有所不同，现具体分析如下：

1、气孔

在钢结构焊接过程中，由于焊接池中的高温，吸收了大量的气体;或者由于冶金而产生的气体，在彻底凝固之前没有溢出，而是残留在焊缝金属中，产生空穴现象，多以椭球形或者球形呈现。钢结构的气孔可以分为密集气孔与单个气孔两种形式;密集气孔产生的超声波为一簇反射波形式，波高会随着气孔的大小而有所不同，当探头进行定点转动时，就会产生“此起彼落”的现象;单个气孔产生的超声波较为稳定，回波较低，无论从哪个方向进行探测，反射波基本相同，一旦探头发生移动，则反射波立刻消失。

2、裂纹

钢结构中的裂纹，主要是在焊接过程中或者焊接之后，在母材、焊缝等位置出现破裂而产生的缝隙。如果超声波遇到裂纹，则波幅较宽、回波高度大，同时出现多峰现象;当平行移动探头时，会出现反射波，波幅发生变动;而转动探头时，会出现波峰上下错动的现象。

3、夹渣

钢结构焊接中的夹渣问题，主要是残留在金属中的熔渣或者非金属夹杂物，夹渣表面呈现不规则状态。夹渣可分为条状夹渣与点状夹渣。条状夹渣的回波信号以锯齿状为主，这种方式的反射率较低、波幅较低，波形以树枝状为主;当平行移动探头时，波幅就会出现变动，从不同方向进行探测，反射波幅有所不同;点状夹渣的回波信号则同点状气孔基本类似。

4、未熔合

未熔合主要是母材和填充金属之间没能熔合，或者金属层之间没能熔合。未熔合现象的反射波特征如下：进行两侧探测时，反射波的波幅有所不同，有时仅能从单侧探测;当探头平行移动时，波形则较为稳定。

5、未焊透

未焊透主要指钢结构的焊接部分，金属没有完全熔透。一般未焊透现象出现在焊缝的中心线位置，长度较长。在超声波探伤过程中，平行移动探头，未焊透的波形较为稳定;而从两侧进行焊缝探伤时，则可获得基本一致的反射波幅。

四、非焊接缺陷的识别

在应用超声波探伤技术过程中，一些较为明显的反射回波来自非焊缝缺陷，具体分析如下：

1、加强层

当采用超声波探伤技术探测到加强层时，会出现变形反射回波或者反射回波。具体识别方法为：利用蘸有化学糨糊或者机油的毛刷，反复拍打反射回波位置，此时仪器显示屏上的脉冲信号就会出现上下跳动，进而进行判断。

2、错边

在钢结构焊缝两侧，由于工件的厚度差异或者装配失误等，容易出现错位现象。如果超声波到达错边的位置，就会产生边角反射回波。当通过焊缝的单面实行两侧探测时，就可在一侧获得较强的反射回波信号，而另一侧的反射回波信号则明显降低。

3、焊瘤

在正常钢结构焊接中，多余的部分即焊瘤。当探头从焊瘤的两侧进行分别检测，都可能出现反射回波，一般对于焊瘤的超声波探伤，反射波出现在底面反射回波之后。