鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中鋼管焊縫的超聲波檢測

1、.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中鋼管焊縫的超聲波檢測第25卷第5期2003年5月無損檢測NDTVo1.25No.5Mav2003鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中鋼管焊縫的超聲波檢測,李寧,李利群(南京工業(yè)大學(xué),南京210009)I瓜As0INICINsPE(肌oNoFT腿WELDsoFT腿SIEEL,I-I刪Es.INCONCRETESTRUCFURF_SLINing,LILi_q岫(NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009,China)中圖分類號:1Gll5.28文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1000-6656(2003)05-0269-03近年來建筑業(yè)發(fā)展迅猛,鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中

2、應(yīng)用越來越廣泛,鋼結(jié)構(gòu)中的焊縫探傷也日益受到人們重視.焊縫探傷方法有多種,如超聲,射線及表面探傷等.其中超聲探傷具有準(zhǔn)確率高,操作方便和適用范圍廣等特點(diǎn),已成為焊縫無損檢測的重要手段之一.我國現(xiàn)行的鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范要求對鋼結(jié)構(gòu)工程中的焊縫進(jìn)行超聲探傷,作為工程驗(yàn)收的依據(jù)之一.超聲探傷方法簡單,但技術(shù)要求高,在工程中應(yīng)用不當(dāng),易造成缺陷的漏判或錯判.為此,筆者通過一工程實(shí)例,探討焊縫超聲檢測技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用.1工程概況某業(yè)務(wù)綜合樓建筑面積約8萬m,共41層(含地下室三層),主體為框架一筒體結(jié)梅,其中框架柱采用鋼管混凝土.鋼管直徑為1200mm,管內(nèi)灌注C60混凝土,十層以下鋼管壁厚

3、為25mm,十層以上為20mm.鋼管預(yù)先在工廠采用鋼板卷制和焊接而成,加工后運(yùn)至工程現(xiàn)場安裝就位并焊接,然后在鋼管內(nèi)澆注混凝土.一根鋼管柱長3.84.5m,工廠制作鋼管的焊接工藝如圖1所示,大部分鋼管有兩道縱向焊縫和一道環(huán)向焊縫,鋼管的材質(zhì)為Q345B,焊接坡口形式為X型,坡口角度55.,根部間隙約46mm,上下對接,雙面施焊,采用結(jié)507收稿日期:2002-0122圖1口,lO圖2型堿性焊條,所有焊縫內(nèi)側(cè)均采用手工電弧焊,外側(cè)采用埋弧自動焊.鋼管運(yùn)至現(xiàn)場就位后,采用單面施焊,坡口形式為單V形,無鈍邊,坡口角度35.,鋼管內(nèi)側(cè)施焊部位焊有襯板,襯板厚度為4mm,根部間隙810mm,焊接方法為手

4、工電弧焊,焊接工藝如圖2所示.2鋼管焊縫超聲探傷原理及方法超聲探傷基本原理是探頭發(fā)射超聲波到被檢工件內(nèi),根據(jù)超聲波的傳播時間和反射波的幅度來判斷工件中缺陷位置和大小.該工程采用CTS-23型和CTS-26型金屬超聲波探傷儀,探傷依據(jù)鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范和GB1l3451989鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級等標(biāo)準(zhǔn),焊縫李寧等:鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中鋼管焊縫的超聲速檢驗(yàn)等級為B級,評定等級為級.鋼管制作中焊縫探傷比例為100,現(xiàn)場安裝的對接焊縫探傷比例為焊縫長度的20.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn),采用斜探頭對焊縫的單面雙側(cè)進(jìn)行檢驗(yàn),必要時作橫向缺陷檢測.超聲探傷一般在施焊24h經(jīng)外觀檢查合格后進(jìn)行,按照標(biāo)準(zhǔn),

5、探頭K值一般選用2.O3.0,為避免在近場區(qū)探傷,提高定位定量精度,工程選用K3探頭;由于焊縫大部分采用手工電弧焊,焊條為結(jié)507堿性焊條,焊接力學(xué)性能好,但易產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷1,焊接母材是Q345B,晶粒細(xì),衰減小,采用5.0MHz頻率有利于提高缺陷分辨力和探傷靈敏度;采用CSK-IA型標(biāo)準(zhǔn)試塊及RB-1型參考試塊;耦合劑采用便于清洗的化學(xué)纖維素;探傷前,焊接表面需清除飛濺物,焊瘤,氧化皮和銹蝕,并用砂皮打磨處理,焊縫兩側(cè)的修整寬度180mm,表面粗糙度R6.3nm探傷的掃描速度按深度2:1調(diào)節(jié),檢測靈敏度為3mmX4Omm一16dB,耦合補(bǔ)償4dB,并依此作出探傷距離一波幅曲線.3焊縫

6、缺陷的判定技術(shù)試件缺陷主要根據(jù)反射波的情況來判定.缺陷定位根據(jù)示波屏上缺陷波的水平刻度值與掃描速度來確定.GB11345標(biāo)準(zhǔn)沒有對非平行表面工件的缺陷定位作說明,工程中鋼管的曲率半徑為600mm,當(dāng)橫波探頭探測環(huán)縫時,缺陷定位與平行表面的缺陷定位相同;探測縱縫時,缺陷定位與平行表面的缺陷有差別,應(yīng)進(jìn)行曲率修正.3.1曲率半徑對缺陷定位的影響及修正根據(jù)超聲探傷原理,對曲率半徑為R的工件,若儀器顯示的缺陷深度為d/2(為顯示屏的讀數(shù)),實(shí)際的缺陷深度為H,可以推導(dǎo)出下列公式2HR/()+(R一萼)(1)當(dāng)K=3,R_-600mm時,d與H的對應(yīng)關(guān)系如表1所示.可以看出,缺陷的實(shí)際深度H比探傷儀顯示

7、的表lTI1rI1d/2Hd/2Hd/2d/2H55141322183O23881614242O32241O91816262112112O172822深度d/2要小,并且兩者的差值隨d/2值的增大而增大.若直接以d/2定位,將會導(dǎo)致定位錯誤,造成缺陷的漏檢和誤判,影響探傷的準(zhǔn)確性和可靠性.因此,實(shí)際檢測時,應(yīng)根據(jù)表1或式(1),求出實(shí)際的缺陷深度.當(dāng)板厚a一20mm時,48mm或板厚a-24mm時,d64mm時應(yīng)按二次波檢驗(yàn)法確定缺陷的深度.3.2缺陷的現(xiàn)場判定現(xiàn)場檢測以一根鋼管為一工件,每一條焊縫為一檢測單元按比例抽檢.缺陷回波超過判廢線時,可直接判定該焊縫不合格,并要求返修,復(fù)檢合格后方可

8、使用;對缺陷回波未超過判廢線但超過評定線.的焊縫,應(yīng)對缺陷進(jìn)行測長,若缺陷長度超標(biāo),則判該焊縫不合格,進(jìn)行返修;對不超標(biāo)的缺陷,除非確定為危害性缺陷(如裂紋,未焊透等),不需返修,只作相應(yīng)的記錄.該工程鋼管于2000年11月開始制作,施工初期現(xiàn)場氣溫低,施工條件差,在鋼管焊縫中氣孔和夾渣等缺陷較多引.隨著施工管理加強(qiáng),施工條件逐步改善,焊縫的缺陷率也逐漸下降.工廠加工的鋼管焊縫的主要缺陷形式為密集氣孔和夾渣等,現(xiàn)場安裝對接焊縫的主要缺陷形式為氣孔,夾渣和根部未焊透等,缺陷深度一般為1O15mm.深度顯示在板底附近,主要是由于板底焊縫咬邊,焊瘤和焊縫上下錯位等原因造成的,一般經(jīng)處理后便不再有回波

9、.4提高偽缺陷波判別準(zhǔn)確性的方法在該工程鋼管焊縫超聲探傷中,因?yàn)殇摴芎附拥墓に囂攸c(diǎn),示波屏上常常除始波和缺陷波外,還會出現(xiàn)一些由其它原因引起的偽缺陷回波,這些偽缺陷波干擾了對缺陷波的正確判別.以下就工程中出現(xiàn)的六種偽缺陷波的成因和鑒別方法進(jìn)行歸納.4.1耦合劑反射波理論上要求耦合層厚度為半波長的整數(shù)倍.耦合劑稠度太大,流動性不好;耦合層厚度太厚,容易堆積在探頭前部,從壓電晶片發(fā)射的縱波有一部分轉(zhuǎn)換成表面波,造成反射信號,影響判別.在這種情況下,探頭固定不動,用手輕輕抹掉探頭前部的耦合劑,該波即會消失.4.2焊縫表面焊痕反射波這種反射波在鋼管現(xiàn)場對接焊縫中出現(xiàn)較多,由于鋼管長度偏差,加之多層結(jié)構(gòu)

10、的累積誤差,使部李寧等:鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中鋼管焊縫的超聲波檢測分鋼管柱對接時的焊縫寬度過大,多道施焊使焊縫表面形成一道道焊痕(圖3).當(dāng)超聲波掃查到焊痕時,會引起焊痕反射,該反射波信號不強(qiáng)烈,遲鈍,一般出現(xiàn)在一二次底波稍偏后位置.識別方法是將探頭固定不動,用手沾耦合劑輕輕拍打焊痕處,該波則出現(xiàn)輕輕跳動.圖34.3焊縫上下錯位引起的反射波這種反射波主要出現(xiàn)在鋼管現(xiàn)場對接焊縫檢測中,是由于鋼管上下對接時軸線偏差引起的.圖4所示焊縫上下焊偏,在A側(cè)探傷時,焊角反射波像焊縫里的缺陷,如果將探頭移到另一側(cè)(B側(cè))同位置處探傷,在一次波前沒有反射波,或測得的反射波的水平距離在母材上,說明該波是由于焊縫上下錯

11、位引起的.圖44.4單面襯板引起的反射波鋼管在現(xiàn)場對接時,因焊接工藝要求鋼管單面施焊,內(nèi)有襯板,當(dāng)超聲波掃查到襯板邊緣時,會引起邊緣反射,該反射信號比較強(qiáng)烈,一般出現(xiàn)在焊角回波稍偏后位置,且回波高度比焊角回波高(圖5),可據(jù)此判定該波是否是缺陷回波.4.5焊縫余高或咬邊形成的非缺陷波一當(dāng)焊縫過高或咬邊,很容易形成邊角反射,影響判別.判別方法是精確計(jì)算聲程距離,根據(jù)顯示TL圖5屏顯示的數(shù)據(jù)確定缺陷的深度或水平位置來判別是否為缺陷波.用手沾耦合劑輕輕拍打焊縫兩側(cè),如反射波信號出現(xiàn)跳動,則說明該反射波是因焊縫余高而造成的邊角反射,并非缺陷波.利用手動電磨對焊縫余高或疤痕進(jìn)行打磨后再進(jìn)行檢測,若此時反射波消失,則該反射波是非缺陷波.4.6”山”形波鋼管在工廠制作中,焊縫外側(cè)采用埋弧自動焊.探頭發(fā)射出的橫波波束在焊角邊緣處產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換成縱波和橫波兩列波.這兩列波在鋼中的傳播速度不同,被探頭接收到的時間不同而產(chǎn)生時間差,在顯示屏上出現(xiàn)兩列反射波,這兩列反射波總是滯后于焊角底波,與焊角底波一起形成”山”形(圖6).通過測量探頭的水平距離可確定該波是否為非缺陷波.T圖65結(jié)論該工程實(shí)踐表明,超聲探傷是鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中鋼管焊縫無損檢測的有效手段之一.鋼管的曲率半徑對缺陷定位判別有一定影響,當(dāng)對鋼管縱向焊縫進(jìn)行檢測時,應(yīng)進(jìn)行曲率修正,以提高缺陷定位判別的準(zhǔn)確性.探傷前應(yīng)充分了解