超聲波探傷論文

1、超聲波無(wú)損檢測(cè)在鄭州黃河公鐵兩用橋鋼管拱制作工程中的應(yīng)用太原鐵建鋼結(jié)構(gòu)分公司 毛磊摘 要：本文通過(guò)超聲波檢測(cè)在鄭州黃河公鐵兩用橋鋼管拱制作工程中的實(shí)際應(yīng)用，總結(jié)了超聲波無(wú)損檢測(cè)在工程中的應(yīng)用方法、檢測(cè)依據(jù)、檢測(cè)等級(jí)、儀器的調(diào)試及對(duì)焊縫中缺陷大小的定量和對(duì)缺陷性質(zhì)判斷的一些方法，對(duì)超聲波無(wú)損檢測(cè)在實(shí)際工程中的推廣應(yīng)用具有一定的意義。關(guān)鍵詞：鋼管拱 超聲波 無(wú)損檢測(cè) 焊接一、前言隨著當(dāng)代建筑技術(shù)日新月異的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)體系的種類(lèi)不斷的朝輕質(zhì)、高強(qiáng)度的方向發(fā)展，各種結(jié)構(gòu)形式的鋼結(jié)構(gòu)以及鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的應(yīng)用率越來(lái)越高，尤其是今年來(lái)在高速鐵路的橋梁中，鋼管系桿拱橋、鋼箱梁橋等結(jié)構(gòu)形式的鋼結(jié)構(gòu)

2、得以大量的應(yīng)用。而焊接作為鋼結(jié)構(gòu)的主要連接方式之一，直接影響鋼結(jié)構(gòu)的整體施工質(zhì)量，采用無(wú)損檢測(cè)的方法對(duì)焊縫進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)是確保鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)之一。鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)包括超聲波檢測(cè)（UT）、射線檢測(cè)（RT）、磁粉檢測(cè)（MT）、滲透檢測(cè)（PT）和渦流檢測(cè)（ET）等五種檢測(cè)方法。其中以超聲波無(wú)損檢測(cè)最為方便快捷，主要特點(diǎn)是探測(cè)距離大，檢測(cè)裝置體積小，重量輕，便于攜帶到現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，檢測(cè)速度快，而且檢測(cè)中只消耗耦合劑和磨損探頭，總的檢測(cè)費(fèi)用較低，因此在鋼結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量檢測(cè)中被廣泛應(yīng)用。二、工程概況鄭州黃河公鐵兩用橋是京廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線及河南省規(guī)劃的中原黃河公路大橋跨越黃河的共用橋梁，橋梁全長(zhǎng)14886.

3、687米，上層公路橋面寬32.5米，下層為鐵路橋面雙線客運(yùn)專(zhuān)線，線間距為7米，主橋全長(zhǎng)1684米。我公司承建的分建段鐵路引橋南、北岸跨大堤拱橋?yàn)樘峄@式鋼管混凝土系桿拱，跨度92.0米，矢高18.4米，其上下弦間距在全橋范圍內(nèi)漸變，拱腳處最大，拱頂處最小。上下弦間兩端由腹桿連接；在跨中由腹板連接；兩片拱肋間由3道橫撐連接構(gòu)成。三、檢測(cè)依據(jù)、檢測(cè)方法及焊縫等級(jí)要求1檢測(cè)依據(jù)該工程中的對(duì)接焊縫和熔透角焊縫的質(zhì)量要求高，應(yīng)達(dá)到鐵路鋼橋制造規(guī)范（TB10212-98）中I級(jí)焊縫要求。對(duì)坡口角焊縫、相貫線焊縫、T型角焊縫超聲波檢測(cè)達(dá)到鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)（GB11345-1989）中級(jí)要

4、求，焊縫超聲波檢測(cè)范圍和檢驗(yàn)等級(jí)詳見(jiàn)表1。構(gòu)件棱角焊縫、坡口部分熔透角焊縫的檢測(cè)的最小熔深應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。表1 焊縫無(wú)損檢測(cè)范圍質(zhì)量等級(jí)及檢驗(yàn)等級(jí)焊縫部位質(zhì)量等級(jí)探傷方法探傷比例檢驗(yàn)等級(jí)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)拱肋弦桿、腹桿、橫撐卷管縱向?qū)雍缚p級(jí)超聲波100%BTB10212-98GB11345-89弦桿、腹桿、橫撐橫向?qū)迎h(huán)焊縫級(jí)超聲波100%B拱肋與拱腳底板連接焊縫級(jí)超聲波100%B分段拱體局部接頭焊縫級(jí)超聲波100%B拱肋與腹桿、橫撐對(duì)接焊縫級(jí)超聲波20%B橫撐弦桿與腹桿對(duì)接焊縫級(jí)超聲波20%B上下弦連接板與拱肋連接角焊縫級(jí)超聲波20%B導(dǎo)索管與錨墊板角焊縫級(jí)超聲波20%B環(huán)肋板對(duì)接焊縫級(jí)超聲波20%

5、B一般角焊縫級(jí)超聲波20%B2檢測(cè)方法超聲波無(wú)損檢測(cè)又分為反射法和穿透法。穿透法的靈敏度不如反射法，因此在工程實(shí)際應(yīng)用中采用了反射法來(lái)進(jìn)行焊縫探傷，即根據(jù)缺陷反射波的高低來(lái)判斷缺陷的大小。3焊縫質(zhì)量等級(jí)評(píng)定焊縫超聲波檢測(cè)的距離波幅曲線靈敏度及缺陷等級(jí)評(píng)定應(yīng)分別符合表2及表3的規(guī)定。超聲波檢測(cè)判斷為裂紋、未熔合、未焊透（對(duì)接焊縫)等危害性缺陷者，應(yīng)判斷為不合格。表2 超聲波檢測(cè)距離波幅曲線靈敏度焊縫質(zhì)量等級(jí)板厚（mm）判廢線定量線評(píng)定線對(duì)接焊縫、級(jí)10463×40-6dB3×40-14dB3×40-20dB>46503×40-2dB3×40

6、-10dB3×40-16dB角焊縫級(jí)10251×21×2-6dB1×2-12dB>25501×2+4dB1×2-4dB1×1-10dB表3 超聲波檢測(cè)缺陷等級(jí)評(píng)定評(píng)定等級(jí)板厚（mm）單個(gè)缺陷指示長(zhǎng)度多個(gè)缺陷的累計(jì)指示長(zhǎng)度對(duì)接焊縫級(jí)1050t/4，最小可為8在任意9t焊縫長(zhǎng)度范圍不超過(guò)t對(duì)接焊縫級(jí)1050t/2，最小可為10在任意4.5t焊縫長(zhǎng)度范圍不超過(guò)t角焊縫級(jí)1050t/2，最小可為10注： 1.t為板厚，母材板厚不同時(shí)，按較薄板評(píng)定； 2.缺陷指示長(zhǎng)度小于2mm時(shí)，按5mm計(jì)。四、超聲波無(wú)損檢測(cè)的相關(guān)準(zhǔn)備工作1探

7、頭的選擇探頭K值（角度）的選擇斜探頭的K值（角度）選取原則：1）斜探頭的聲速能掃查到整個(gè)檢測(cè)區(qū)的截面；2）斜探頭的聲速中心線應(yīng)盡量與該焊縫可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)性缺陷垂直；3）盡量使用一次波判別缺陷，減少誤判并保證有足夠的檢測(cè)靈敏度。經(jīng)總結(jié)得到公式：Ka+b+l0/T 式中：a 上焊縫寬度的一半，mm b 下焊縫寬度的一半，mm l0 探頭的前沿長(zhǎng)度，mm T 焊縫母材厚度，mm K 斜探頭K值對(duì)單面焊焊縫，b可忽略不記，此時(shí)Ka+l0/T本工程使用的板厚為8、12、16、20、24mm，根據(jù)上述公式計(jì)算選用K2、K3探頭結(jié)合使用。探頭頻率和晶片大小的選擇1）探頭頻率的選擇很大程度上決定了超聲波無(wú)損檢

8、測(cè)的探測(cè)能力。高頻率探頭聲速窄，波長(zhǎng)短，擴(kuò)散角小而能量集中，發(fā)現(xiàn)小缺陷的能力強(qiáng)，但穿透力差，在材料中衰減大，不利于中厚板的檢測(cè)，因此在實(shí)際工程中選用2.5MHZ的探頭。2）由于拱管有弧度且表面檢測(cè)面不平，為了較好的耦合，選用的晶片尺寸不易過(guò)大，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)該工程選用的是9*9和6*8的晶片。2試塊的選擇 該工程選用標(biāo)準(zhǔn)試塊CSKIB和對(duì)比試塊RB相結(jié)合對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)校。3儀器的調(diào)節(jié)該工程使用的儀器是HS610e，下面就以HS610e儀器舉例說(shuō)明調(diào)校儀器，測(cè)定探頭入射點(diǎn)，確定前沿距離L0將探頭置于CSKIB試塊上，測(cè)R100和R50圓弧界面的最大反射波，找到最高波后，按自動(dòng)調(diào)校，完畢后測(cè)量此時(shí)探頭

9、最前端到邊界距離L1，則前沿距離為L(zhǎng)0=100L1，實(shí)測(cè)三次取平均值。測(cè)定探頭折射角，即K值將探頭置于CSKIB試塊上，對(duì)準(zhǔn)50孔來(lái)回移動(dòng)探頭找到最高波后按確定，此時(shí)測(cè)得K值即為探頭實(shí)際K值，同樣測(cè)三次取平均值。DAC曲線繪制將探頭置于RB試塊上，先測(cè)深度為10的3孔來(lái)回移動(dòng)探頭找到最高波后調(diào)節(jié)增益使波高達(dá)到80%，做第一點(diǎn)，然后依次測(cè)深度為20、40、60、80的最高波，做第2、3、4、5點(diǎn)，然后將這些點(diǎn)連成曲線即為DAC曲線。4配置耦合劑采用甲基纖維素的漿糊做為耦合劑。配置耦合劑時(shí)，要注意不能調(diào)配的太稠，在刷涂管子表面時(shí)要薄而均勻。五、無(wú)損檢測(cè)的實(shí)施步驟1探測(cè)面的處理用磨光機(jī)清理表面的的焊

10、渣、飛濺和氧化皮，然后用鋼絲刷和抹布除去浮銹并擦凈。打磨寬度至少為2TK（T為板材厚度，K為探頭折射角的正切值）。2探測(cè)方式由于該工程要求的是B級(jí)檢測(cè)，因此根據(jù)JB4730.3-2005中規(guī)定，應(yīng)采用直射波法和一次反射波法在對(duì)接焊接接頭的單面雙側(cè)進(jìn)行檢測(cè)。在探測(cè)過(guò)程中以垂直于焊縫前后移動(dòng)和周向移動(dòng)為主，探頭周向移動(dòng)掃查間距小于3mm。3缺陷位置及大小的確定找出缺陷最高波，利用示波屏讀出缺陷所在深度、水平距離找出最大缺陷在焊縫寬度方向上的實(shí)際位置。垂直于探頭前端的中心線于焊縫交點(diǎn)就是最大缺陷在焊縫圓周方向上的位置。條狀缺陷采用6dB法側(cè)長(zhǎng)，當(dāng)缺陷發(fā)射波信號(hào)起伏變化有多個(gè)高點(diǎn)時(shí)，采用端點(diǎn)峰值法測(cè)長(zhǎng)

11、。4幾種主要缺陷性質(zhì)的的估判以及缺陷的產(chǎn)生的原因氣孔： 氣孔分單個(gè)氣孔和密集型氣孔，單個(gè)氣孔回波高度低，波形為單縫，較穩(wěn)定。從各個(gè)方向探測(cè)，反射波高度大體相同，但稍一動(dòng)探頭就消失，密集氣孔會(huì)出現(xiàn)一簇反射波，波高隨氣孔大小而不同，當(dāng)探頭作定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)此起彼落的現(xiàn)象。 產(chǎn)生這類(lèi)缺陷的原因主要是焊材未按規(guī)定溫度烘干，焊條藥皮變質(zhì)脫落、焊芯銹蝕，焊絲清理不干凈，手工焊時(shí)電流過(guò)大，電弧過(guò)長(zhǎng)；埋弧焊時(shí)電壓過(guò)高或網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)太大；氣體保護(hù)焊時(shí)保護(hù)氣體純度低等。夾渣： 點(diǎn)狀?yuàn)A渣回波信號(hào)與點(diǎn)狀氣孔相似，條狀?yuàn)A渣回波信號(hào)多呈鋸齒狀波幅不高，波形多呈樹(shù)枝狀，主峰邊上有小峰，探頭平移波幅有變動(dòng)，從各個(gè)方向探測(cè)時(shí)

12、反射波幅不相同。 這類(lèi)缺陷產(chǎn)生的原因有：焊接電流過(guò)小，速度過(guò)快，熔渣來(lái)不及浮起，被焊邊緣和各層焊縫清理不干凈，其本金屬和焊接材料化學(xué)成分不當(dāng)，含硫、磷較多等。 未焊透： 反射率高，波幅也較高，探頭平移時(shí)，波形較穩(wěn)定，在焊縫兩側(cè)探傷時(shí)均能得到大致相同的反射波幅。 其產(chǎn)生原因一般是：坡口純邊間隙太小，焊接電流太小或運(yùn)條速度過(guò)快，坡口角度小，運(yùn)條角度不對(duì)以及電弧偏吹等。 未熔合： 探頭平移時(shí)，波形較穩(wěn)定，兩側(cè)探測(cè)時(shí)，反射波幅不同，有時(shí)只能從一側(cè)探到。 其產(chǎn)生的原因：坡口打磨不干凈，焊速太快，電流過(guò)小或過(guò)大，焊條角度不對(duì)，電弧產(chǎn)生磁偏吹等。 裂紋： 回波高度較大，波幅寬，會(huì)出現(xiàn)多峰，探頭平移時(shí)反射波連

13、續(xù)出現(xiàn)波幅有變動(dòng)，探頭轉(zhuǎn)時(shí)，波峰有上下錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。裂紋分為熱裂紋、冷裂紋和再熱裂紋三種。 熱裂紋產(chǎn)生的原因是：焊接時(shí)熔池的冷卻速度很快，造成偏析；焊縫受熱不均勻產(chǎn)生拉應(yīng)力。 冷裂紋產(chǎn)生的原因：被焊材料淬透性較大在冷卻過(guò)程中受到焊接拉力作用時(shí)易裂開(kāi)；焊接時(shí)冷卻速度很快氫來(lái)不及逸出而殘留在焊縫中，氫原子結(jié)合成氫分子，以氣體狀態(tài)進(jìn)到金屬的細(xì)微孔隙中，并造成很大的壓力，使局部金屬產(chǎn)生很大的壓力而形成冷裂紋；焊接應(yīng)力拉應(yīng)力并與氫的析集中和淬火脆化同時(shí)發(fā)生時(shí)易形成冷裂紋。再熱裂紋產(chǎn)生的原因：焊后再次加熱到 500700時(shí)，在熱影響區(qū)的過(guò)熱區(qū)內(nèi),由于特殊碳化物析出引起的晶內(nèi)二次強(qiáng)化，一些弱化晶界的微量元素的析出，使焊接應(yīng)力松弛時(shí)的附加變形集中于晶界，而導(dǎo)致沿晶開(kāi)裂。六、結(jié)論 通過(guò)超聲波無(wú)損檢測(cè)在本工程的應(yīng)用，不斷積累無(wú)損檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)，加深無(wú)損檢測(cè)理論的研究，使得該項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)能更好地應(yīng)用于工程實(shí)踐中，尤其是超聲波無(wú)損檢測(cè)對(duì)焊縫的裂紋、未焊透、未熔合等高危險(xiǎn)性缺陷有比較高的靈敏度，對(duì)嚴(yán)格控制焊縫接