超声检测技术在建筑钢结构焊缝无损检测中的应用

超声检测技术在建筑钢结构焊缝无损检测中的应用

张刚

广东省建设工程质量安全检测总站有限公司 , 广东省 , 广州市， 510000

摘要：焊缝质量控制是钢结构质量控制中的主要内容，准确、有效地检测焊缝是实现焊缝质量控制的关键。目前，常用的焊缝无损检测方法主要有：射线检测法（RT）、磁粉检测法（MT）、渗透检测法（PT）和超声波检测法（UT）等。其中，超声波检测法具有被检对象范围广、检测深度大、缺陷定位准确、检测灵敏度高、成本低、使用简单方便、检测速度快等优点，是应用最广泛且现场反馈最好的检测方法之一。近年来，由于超声波检测相关标准的变化较大，而且对检测人员的技术经验要求较高，因此，对超声波检测的重点和难点问题进行梳理很有必要。

关键词：超声检测；建筑工程；钢结构；应用

1 检测标准的选用

在建筑钢结构焊缝超声波检测中，超声波检测方法的应用、检测结果的评定与检测标准的选用有直接关系，相关标准主要有国际标准（ISO）、国家标准（GB）和行业标准（JB）等。

以2014年6月1日为界，我国建筑钢结构检测形成新旧两个系列标准，旧系列标准为：《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）、《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205-2001）、《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》（GB/T 11345-89）和《钢结构焊接规范》（GB 50661-2011），这些标准分别确定了焊缝的质量等级、验收方法和检测方法。2014年6月1日后，为了使国家标准与欧盟标准接轨，标准化管委会废除了GB/T 11345-89，建筑钢结构工程焊缝检测形成了新系列标准，分别依据《钢的弧焊接头缺陷质量分级指南》（GB/T 19418-2003）、《焊缝无损检测、超声检测技术、检测等级和评定》（GB/T 11345-2013）和《焊缝无损检测超声检测验收等级》（GB/T 29712-2013）来确定焊缝的质量等级、检测方法和验收方法。

两个系列标准之间最主要的差异是关于焊缝质量等级的规定。在新系列标准中，焊缝的质量由GB/T 19418-2003分为B、C、D三个等级，但焊缝质量等级的确定方法并没有规定；而GB 50017-2003较详细地规定了焊缝质量等级的确定方法。但这两个标准规定的焊缝质量等级之间没有对应关系。因此，在钢结构设计中，只能根据GB 50017-2003来确定焊缝质量等级，而其相应的超声波检测方法标准GB 11345-89已经废止，现行的GB/T 11345-2013采用了GB/T19418-2003规定的焊缝质量等级。

鉴于以上问题的存在，在建筑钢结构超声波检测中，各检测单位使用的标准不一，一些检测单位考虑到新系列标准与设计、施工、验收标准不能衔接等问题，仍沿用旧系列标准进行检测；而还有些检测单位虽然采用新系列标准进行检测，但直接将GB/T 19418-2003中的焊缝质量等级B、C级等同于旧系列标准中的一、二级，将GB/T11345-2013中的2、3级等同于GB 11345-89中的Ⅱ、Ⅲ级。很明显，这两种检测方法都是不正确的。要解决以上问题，最好的办法是尽快对新系列标准进行修编，使之与设计、施工标准相衔接。

2 检测仪器及探头的要求

2.1 检测仪器要求

检测仪器应由具备计量检验资质的机构检验合格后方可使用。检测仪器的两项重要指标是水平线性和垂直线性，其中水平线性会影响缺欠的定位，垂直线性会影响缺欠的定量。GB/T 11345-2013中规定的水平线性偏差和垂直线性偏差分别为：小于等于全屏宽度的±2%和小于等于±3%。每次检测前，应对斜探头的入射点和折射角进行测试，入射点的偏差不得大于±1mm，折射角的偏差不得大于±2°。

2.2 探头要求

探头的基本参数包括探头的频率、折射角、晶片尺寸。

(1）超声波探伤仪的探头频率一般在2～5MHz之间选择，在满足检测要求的情况下，应尽量选择较低的探头频率，因为同种介质探头频率越低，其波长越高，有利于发现缺欠。

(2）探头折射角应按照下列原则进行选择：确保声束覆盖整个检测区域；声束与工件底面法线的夹角应在35°～70°之间；使用多个探头检测时，探头之间的折射角度差值应不小于10°，必须至少有一个探头符合前一项要求，至少有一个探头的声束与焊缝熔合面近似垂直。

(3）当检测面为曲面时，应充分考虑探头与工件的耦合。GB/T 11345-2013中规定，对于有效的检测，接触面和检测面之间的间隙不得大于0.5mm。

(4）探头晶片尺寸的选择与频率和声程有关。厚度较小的工件适合选用晶片尺寸较小的探头（直径6～12mm或等效面积的矩形晶片），厚度较大的工件应选择晶片尺寸较大的探头（直径12～24mm或等效面积的矩形晶片）。

3 焊缝缺欠显示的评定（采用GB/T11345-2013和GB/T 29712-2013标准）

GB/T 11345-2013标准列出了4种设定参考灵敏度的技术，在常规钢结构焊缝检测中最常用的是技术1：以直径为Ф3mm的横孔作为标准反射体，制作DAC曲线（距离—波幅曲线）。

GB/T29712-2013标准中，缺欠显示的评定是一个难点，因为缺欠回波波幅基准并非固定值，整个评价过程也不是一步到位的，除了要评定单个缺欠的显示，还要考虑群显示，若是对曲线的理解和应用有所欠缺，就很容易对焊缝质量误判。所以，要想掌握缺欠显示的评价方法，就要对评价步骤和规则进行详细的梳理和分析。

(1）要弄清楚几个等级的概念。参考等级——通过GB/T 11345-2013标准中的技术1制作出的DAC曲线，用字母H0表示；验收等级——对应于焊缝的质量等级，验收等级2级与一级焊缝对应，验收等级3级与二级焊缝对应；记录等级——其回波幅度值由相关的验收等级-4d B引出；评定等级——检测灵敏度，确定验收等级后，其与参考等级之间的差值是一个固定值，当验收等级为2级时，其回波幅度值为H0-14d B，当验收等级为3级时，其回波幅度值为H0-10d B。

(2）测出缺欠的显示长度。确定焊缝验收等级后，即可得到评定等级的回波幅度值（H0-14d B或H0-10d B），以此作为测长基准线，运用固定回波技术测出缺欠的显示长度。具体操作方法是：在发现超过评定等级的波形显示后，分别向左右移动，使波幅降低至与评定等级同高，分别记录其位置，两个位置之间的水平距离即为缺欠的显示长度。

(3）通过缺欠的显示长度与母材厚度的比值，以及之前确定的验收等级（2级或3级）和母材厚度这3个参数，对应的验收等级的相对回波幅度值，其回波幅度值-4d B即为对应的记录等级回波幅度值。

通过上述步骤，我们确定了验收等级和记录等级两条基准线，这两条线将回波显示评定区在竖直方向上分成了3个区域：记录等级以下的区域为合格区、记录等级和验收等级之间的区域为待定区、验收等级以上的区域为判废区。如果回波幅度处于合格区或判废区的缺欠显示，则可直接判定是否合格；如果处于待定区的缺欠显示，符合规范中能够组成群显示的要求，则需要计算缺欠的组合长度，将其中的波幅最高值作为群显示的代表波幅。处于待定区的所有群显示及未入群显示的单个显示，其显示长度都将计入累积长度，并根据规范要求进行验收（此时只考虑任意给定焊缝长度内显示的累积长度，不考虑显示的回波幅度）。

4 结语

超声波检测的操作看似简单，实则需要足够的经验。同时，需要掌握一定的材料、焊接、声学等方面的知识，深入了解相关规范和标准，并能灵活运用，以保证检测结论的准确性和可靠性。

参考文献

[1] GB/T 29712-2013,焊缝无损检测超声检测验收等级[S].北京:中国标准出版社,2013.

[2] GB 50205-2001,钢结构工程施工质量验收规范[S].北京:中国计划出版社,2002.

[3] GB/T 19418-2003,钢的弧焊接头缺陷质量分级指南[S].北京:中国标准出版社,2003.

[4] GB 50017-2003,钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社,2003.

[5] .GB/T 11345-2013,焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定[S].北京:中国标准出版社,2013.