建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫常見缺陷及超聲波無損探傷檢測(cè)

隨著當(dāng)代建筑技術(shù)日新月異的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)體系的種類不斷的朝輕質(zhì)、高強(qiáng)的方向發(fā)展，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)在當(dāng)代建筑中使用率越來越高。尤其是在廠房建設(shè)及設(shè)備安裝中更是大量使用鋼結(jié)構(gòu)。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)的施工質(zhì)量，因此加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的檢測(cè)至關(guān)重要。

 

鋼結(jié)構(gòu)焊縫常見缺陷及產(chǎn)生的原因

所謂焊縫，是將沒有連在一起的鋼結(jié)構(gòu)通過加工連接到一起的時(shí)候產(chǎn)生的，以便使鋼結(jié)構(gòu)更具有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也能增強(qiáng)其造型美觀、跨度大的特點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)其他材料不能實(shí)現(xiàn)的一些建筑任務(wù)。但由于焊縫是人為焊接形成的，因此會(huì)存在一些質(zhì)量上的缺陷，最終對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程的總體質(zhì)量及安全情況產(chǎn)生一定影響。在鋼結(jié)構(gòu)焊縫中，常見的缺陷有：

 

（1）裂紋

裂紋，是鋼結(jié)構(gòu)在焊接后或者焊接過程中，由于種種原因，在焊接材料與被焊材料熱影響區(qū)局部破裂的縫隙。比如焊縫中存在低熔點(diǎn)共晶體，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的焊縫存在了質(zhì)量問題。裂紋又分為熱裂紋和冷裂紋兩種，這兩種裂紋對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的危害都比較大。

 

（2）氣孔

氣孔是鋼結(jié)構(gòu)在加工過程中金屬吸收了太多的氣體，或者在焊接的過程中產(chǎn)生了過多的氣體而形成的空穴。在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行高溫鍛造時(shí)，導(dǎo)致形成氣孔的因素比較多，譬如環(huán)境、技術(shù)、材料存在缺陷等都會(huì)導(dǎo)致氣孔的形成。通常氣孔會(huì)以橢圓形或球形的方式出現(xiàn)，外實(shí)中空。氣孔還有密集氣孔或單個(gè)氣孔。

 

（3）夾渣

夾渣是焊縫中存在有熔渣或其他非金屬夾雜物，通常以條狀或點(diǎn)狀的方式出現(xiàn)。

 

 

出現(xiàn)夾渣的原因有：坡口不干凈、層間清渣不凈、焊接電流過小導(dǎo)致鋼材料未徹底焊成，焊接速度過快產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致生成雜質(zhì)、熔池冷卻過快形成雜質(zhì)且來不及浮起等。夾渣分為點(diǎn)狀?yuàn)A渣和條狀?yuàn)A渣，這些夾渣的出現(xiàn)會(huì)影響鋼結(jié)構(gòu)的物理性能。

 

（4）未熔合、未焊透

未熔合是指在焊接兩層金屬時(shí)，兩層金屬?zèng)]有融合在一起。如果焊接材料表面沒有處理好，出現(xiàn)了雜質(zhì)；或者焊接電流過小，溫度沒有達(dá)到要求；焊接速度太快，焊接材料和被焊接材料沒有焊接在一起，這些都會(huì)導(dǎo)致未熔合現(xiàn)象的產(chǎn)生，未熔合現(xiàn)象的存在會(huì)導(dǎo)致鋼材料的參數(shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求。

 

未焊透與未熔合的因素相同，只是在焊接時(shí)，焊接材料和被焊材料沒有徹底焊接在一起，呈現(xiàn)存在連接，但施工質(zhì)量卻未達(dá)到設(shè)計(jì)的要求的情況。

 

在焊接過程中，表面缺陷是非常容易被發(fā)現(xiàn)的，但是這些不規(guī)則的夾渣、未熔合、未焊透等內(nèi)部缺陷，都不容易被發(fā)覺，這些都屬于比較嚴(yán)重的缺陷，會(huì)對(duì)焊縫整體的強(qiáng)度造成不良影響，降低其性能。因此需要選擇合適的技術(shù)來進(jìn)行檢測(cè)。

 

 

鋼結(jié)構(gòu)焊縫無損檢測(cè)及內(nèi)部缺陷識(shí)別

采用無損探傷的手段對(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)。鋼結(jié)構(gòu)無損探傷包括超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)和渦流檢測(cè)等五種檢測(cè)方法。其中超聲波探傷以其設(shè)備輕便、操作方便、檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)在鋼結(jié)構(gòu)焊縫探傷檢測(cè)中應(yīng)用最為廣泛。

 

（1）超聲波探傷檢測(cè)原理

超聲波探傷檢測(cè)是借助探頭發(fā)射超聲波，在檢驗(yàn)材料中進(jìn)行快速傳播，一旦所檢測(cè)的材料中有夾渣、氣孔或裂紋現(xiàn)象，部分超聲波會(huì)被反射，由超聲波接收器進(jìn)行接收，顯示在屏幕上，通過對(duì)回波的分析和計(jì)算，可以明確檢測(cè)材料的具體情況。

 

 

（2）鋼結(jié)構(gòu)缺陷內(nèi)部識(shí)別

a、在利用超聲探傷檢測(cè)技術(shù)對(duì)裂紋進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，裂紋回波高度很高，波幅也非常寬泛，對(duì)探頭進(jìn)行平行性的移動(dòng)，會(huì)呈現(xiàn)出連續(xù)性的反射波，波幅也會(huì)隨之發(fā)生改變，在對(duì)探頭進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，波峰會(huì)隨之向上或向下錯(cuò)動(dòng)。

 

b、使用超聲波檢測(cè)氣孔時(shí)，單個(gè)氣孔所生成的回波高度很小，并且波形具有穩(wěn)定性的特點(diǎn)，從不同的方向展開探傷檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，雖然反射波高度處于相同狀態(tài)，但是只有稍微移動(dòng)就會(huì)出現(xiàn)探頭消失的現(xiàn)象。在氣孔密集的地方，會(huì)形成一簇反射波，波高會(huì)因?yàn)闅饪椎拇笮〔煌l(fā)生變化，在探頭進(jìn)行定點(diǎn)移動(dòng)的時(shí)候，會(huì)呈現(xiàn)處此起彼落的狀態(tài)。

 

c、點(diǎn)狀?yuàn)A渣生成的回波信號(hào)和點(diǎn)狀氣孔的回波信號(hào)較為相似，條狀?yuàn)A渣所生成的回波信號(hào)大多數(shù)都會(huì)呈現(xiàn)出鋸齒的狀態(tài)，反射率和波幅較低，波形經(jīng)常會(huì)呈現(xiàn)樹枝狀態(tài)，主峰部分帶有小峰，在移動(dòng)探頭的時(shí)候，波幅會(huì)出現(xiàn)變化，從不同的方向展開檢測(cè)，反射波幅也存在一定差異。

 

d、在對(duì)未焊透缺陷進(jìn)行超聲探傷檢測(cè)時(shí)，探頭平移的工程中，波形非常穩(wěn)定，在對(duì)兩測(cè)區(qū)域進(jìn)行探傷期間，會(huì)獲得基本相同的反射波幅。

 

e、檢測(cè)未熔合缺陷時(shí)，探頭平移的過程中，波形同樣會(huì)呈現(xiàn)出穩(wěn)定性的特點(diǎn)，但兩側(cè)區(qū)的波幅存在差異，甚至有時(shí)候只能在一側(cè)探測(cè)的時(shí)候或得反射波幅。

 

鋼結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量等級(jí)及檢測(cè)要求

 

 

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的承載情況不同，現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)將鋼結(jié)構(gòu)焊縫分為三個(gè)等級(jí)，即一級(jí)焊縫、二級(jí)焊縫、三級(jí)焊縫。一級(jí)焊縫質(zhì)量要求最高，三級(jí)最低，各個(gè)等級(jí)的焊縫檢測(cè)要求都不一樣。

 

按目前實(shí)施的GB 50205-2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的要求，全焊透的一級(jí)焊縫的探傷比例為100%，評(píng)定等級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11345-2013中的II級(jí)；二級(jí)焊縫的額檢驗(yàn)為抽樣檢驗(yàn)，檢測(cè)比例為20%，評(píng)定等級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11345-2013中的III級(jí)。

 

需要注意的是二級(jí)焊縫探傷分為工廠制作焊縫和現(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫兩種類型，他們的探傷比例計(jì)數(shù)方法是不一樣的。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在工廠制作的過程中，一般焊縫長(zhǎng)度都比較長(zhǎng)，為有利于保證每條焊縫的質(zhì)量，對(duì)于工廠制作的焊縫按每條焊縫長(zhǎng)度的20%的比例進(jìn)行探傷，且探傷長(zhǎng)度≥200mm，當(dāng)焊縫長(zhǎng)度≤200mm時(shí)，應(yīng)對(duì)整條焊縫進(jìn)行探傷；而鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫一般都不長(zhǎng)，按同一類型、同一施焊條件的焊縫條數(shù)計(jì)算比例，探傷長(zhǎng)度應(yīng)≥200mm，并不應(yīng)少于1條焊縫。

 

 

在標(biāo)準(zhǔn)GB/T  11345-2013《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)》中，把焊縫超聲波檢驗(yàn)等級(jí)為A、B、C三個(gè)等級(jí)。

 

鋼結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量的超聲波探傷檢驗(yàn)等級(jí)應(yīng)根據(jù)工件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、焊接方法、受力狀態(tài)選擇，當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工上無特別規(guī)定時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量的超聲波探傷檢驗(yàn)等級(jí)應(yīng)選用B級(jí)。B級(jí)檢驗(yàn)原則上采用一種角度探頭在焊縫的單面雙側(cè)進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)整個(gè)焊縫截面進(jìn)行探測(cè)。母材厚度＞100mm時(shí)，采用雙面雙側(cè)檢驗(yàn)。受幾何條件的限制可在焊縫的雙面單側(cè)采用兩種角度探頭進(jìn)行探傷，條件允許時(shí)應(yīng)作橫向缺陷的檢驗(yàn)。

 

結(jié)語

總而言之，隨著現(xiàn)代建筑工程項(xiàng)目的不斷發(fā)展，先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)運(yùn)用給檢測(cè)建筑材料的質(zhì)量提供了相應(yīng)的保障。如今，對(duì)于建筑工程中經(jīng)常使用到的鋼結(jié)構(gòu)而言，焊接是鋼結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用最多的連接方式，焊接質(zhì)量是驗(yàn)收的重要環(huán)節(jié)，所以在對(duì)其焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)時(shí)會(huì)普遍用到無損檢測(cè)中的超聲波探傷技術(shù)。超聲波探傷的使用可及時(shí)、快速的發(fā)現(xiàn)存在于鋼結(jié)構(gòu)焊縫中的缺陷，能夠第一時(shí)間采取措施，從而增強(qiáng)建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

 

但超聲波探傷作為鋼結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量控制的主要手段，除要求探傷檢測(cè)人員掌握超聲波探傷專業(yè)方面的理論知識(shí)外，還必須了解焊接工藝、現(xiàn)場(chǎng)焊接環(huán)境和其結(jié)構(gòu)情況等，同時(shí)，超聲探傷人員的實(shí)際探傷經(jīng)驗(yàn)也是非常重要的因素。因此，探傷人員應(yīng)不斷探索，積累經(jīng)驗(yàn)，才能對(duì)可能產(chǎn)生的焊接缺陷作出正確的判斷，保證探傷結(jié)果正確可靠，以達(dá)到焊縫檢測(cè)的目的，保證工程質(zhì)量。