《【doc】钢管混凝土结构中钢管焊缝的超声波检测.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【doc】钢管混凝土结构中钢管焊缝的超声波检测.doc（10页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、钢管混凝土结构中钢管焊缝的超声波检测第25卷第5期2003年5月无损检测NDTVo1.25No.5Mav2003钢管混凝土结构中钢管焊缝的超声波检测,李宁,李利群(南京工业大学,南京210009)I瓜As0INICINsPE(肌oNoFT腿WELDsoFT腿SIEEL,I-I删Es.INCONCRETESTRUCFURF_SLINing,LILi_q岫(NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009,China)中图分类号:1Gll5.28文献标识码:B文章编号:1000-6656(2003)05-0269-03近年来建筑业发展迅猛,钢结构在建筑工程中应
2、用越来越广泛,钢结构中的焊缝探伤也日益受到人们重视.焊缝探伤方法有多种,如超声,射线及表面探伤等.其中超声探伤具有准确率高,操作方便和适用范围广等特点,已成为焊缝无损检测的重要手段之一.我国现行的钢结构工程施工及验收规范要求对钢结构工程中的焊缝进行超声探伤,作为工程验收的依据之一.超声探伤方法简单,但技术要求高,在工程中应用不当,易造成缺陷的漏判或错判.为此,笔者通过一工程实例,探讨焊缝超声检测技术在实际工程中的应用.1工程概况某业务综合楼建筑面积约8万m,共41层(含地下室三层),主体为框架一筒体结梅,其中框架柱采用钢管混凝土.钢管直径为1200mm,管内灌注C60混凝土,十层以下钢管壁厚为
3、25mm,十层以上为20mm.钢管预先在工厂采用钢板卷制和焊接而成,加工后运至工程现场安装就位并焊接,然后在钢管内浇注混凝土.一根钢管柱长3.84.5m,工厂制作钢管的焊接工艺如图1所示,大部分钢管有两道纵向焊缝和一道环向焊缝,钢管的材质为Q345B,焊接坡口形式为X型,坡口角度55.,根部间隙约46mm,上下对接,双面施焊,采用结507收稿日期:2002-0122图1口,lO图2型碱性焊条,所有焊缝内侧均采用手工电弧焊,外侧采用埋弧自动焊.钢管运至现场就位后,采用单面施焊,坡口形式为单V形,无钝边,坡口角度35.,钢管内侧施焊部位焊有衬板,衬板厚度为4mm,根部间隙810mm,焊接方法为手工
4、电弧焊,焊接工艺如图2所示.2钢管焊缝超声探伤原理及方法超声探伤基本原理是探头发射超声波到被检工件内,根据超声波的传播时间和反射波的幅度来判断工件中缺陷位置和大小.该工程采用CTS-23型和CTS-26型金属超声波探伤仪,探伤依据钢结构工程施工及验收规范和GB1l3451989钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级等标准,焊缝李宁等:钢管混凝土结构中钢管焊缝的超声速检验等级为B级,评定等级为级.钢管制作中焊缝探伤比例为100,现场安装的对接焊缝探伤比例为焊缝长度的20.根据标准,采用斜探头对焊缝的单面双侧进行检验,必要时作横向缺陷检测.超声探伤一般在施焊24h经外观检查合格后进行,按照标准,探
5、头K值一般选用2.O3.0,为避免在近场区探伤,提高定位定量精度,工程选用K3探头;由于焊缝大部分采用手工电弧焊,焊条为结507碱性焊条,焊接力学性能好,但易产生气孔和夹渣等缺陷1,焊接母材是Q345B,晶粒细,衰减小,采用5.0MHz频率有利于提高缺陷分辨力和探伤灵敏度;采用CSK-IA型标准试块及RB-1型参考试块;耦合剂采用便于清洗的化学纤维素;探伤前,焊接表面需清除飞溅物,焊瘤,氧化皮和锈蚀,并用砂皮打磨处理,焊缝两侧的修整宽度180mm,表面粗糙度R6.3nm探伤的扫描速度按深度2:1调节,检测灵敏度为3mmX4Omm一16dB,耦合补偿4dB,并依此作出探伤距离一波幅曲线.3焊缝缺
6、陷的判定技术试件缺陷主要根据反射波的情况来判定.缺陷定位根据示波屏上缺陷波的水平刻度值与扫描速度来确定.GB11345标准没有对非平行表面工件的缺陷定位作说明,工程中钢管的曲率半径为600mm,当横波探头探测环缝时,缺陷定位与平行表面的缺陷定位相同;探测纵缝时,缺陷定位与平行表面的缺陷有差别,应进行曲率修正.3.1曲率半径对缺陷定位的影响及修正根据超声探伤原理,对曲率半径为R的工件,若仪器显示的缺陷深度为d/2(为显示屏的读数),实际的缺陷深度为H,可以推导出下列公式2HR/()+(R一萼)(1)当K=3,R_-600mm时,d与H的对应关系如表1所示.可以看出,缺陷的实际深度H比探伤仪显示的
7、表lTI1rI1d/2Hd/2Hd/2d/2H55141322183O23881614242O32241O91816262112112O172822深度d/2要小,并且两者的差值随d/2值的增大而增大.若直接以d/2定位,将会导致定位错误,造成缺陷的漏检和误判,影响探伤的准确性和可靠性.因此,实际检测时,应根据表1或式(1),求出实际的缺陷深度.当板厚a一20mm时,48mm或板厚a-24mm时,d64mm时应按二次波检验法确定缺陷的深度.3.2缺陷的现场判定现场检测以一根钢管为一工件,每一条焊缝为一检测单元按比例抽检.缺陷回波超过判废线时,可直接判定该焊缝不合格,并要求返修,复检合格后方可使
8、用;对缺陷回波未超过判废线但超过评定线.的焊缝,应对缺陷进行测长,若缺陷长度超标,则判该焊缝不合格,进行返修;对不超标的缺陷,除非确定为危害性缺陷(如裂纹,未焊透等),不需返修,只作相应的记录.该工程钢管于2000年11月开始制作,施工初期现场气温低,施工条件差,在钢管焊缝中气孔和夹渣等缺陷较多引.随着施工管理加强,施工条件逐步改善,焊缝的缺陷率也逐渐下降.工厂加工的钢管焊缝的主要缺陷形式为密集气孔和夹渣等,现场安装对接焊缝的主要缺陷形式为气孔,夹渣和根部未焊透等,缺陷深度一般为1O15mm.深度显示在板底附近,主要是由于板底焊缝咬边,焊瘤和焊缝上下错位等原因造成的,一般经处理后便不再有回波.
9、4提高伪缺陷波判别准确性的方法在该工程钢管焊缝超声探伤中,因为钢管焊接的工艺特点,示波屏上常常除始波和缺陷波外,还会出现一些由其它原因引起的伪缺陷回波,这些伪缺陷波干扰了对缺陷波的正确判别.以下就工程中出现的六种伪缺陷波的成因和鉴别方法进行归纳.4.1耦合剂反射波理论上要求耦合层厚度为半波长的整数倍.耦合剂稠度太大,流动性不好;耦合层厚度太厚,容易堆积在探头前部,从压电晶片发射的纵波有一部分转换成表面波,造成反射信号,影响判别.在这种情况下,探头固定不动,用手轻轻抹掉探头前部的耦合剂,该波即会消失.4.2焊缝表面焊痕反射波这种反射波在钢管现场对接焊缝中出现较多,由于钢管长度偏差,加之多层结构的
10、累积误差,使部李宁等:钢管混凝土结构中钢管焊缝的超声波检测分钢管柱对接时的焊缝宽度过大,多道施焊使焊缝表面形成一道道焊痕(图3).当超声波扫查到焊痕时,会引起焊痕反射,该反射波信号不强烈,迟钝,一般出现在一二次底波稍偏后位置.识别方法是将探头固定不动,用手沾耦合剂轻轻拍打焊痕处,该波则出现轻轻跳动.图34.3焊缝上下错位引起的反射波这种反射波主要出现在钢管现场对接焊缝检测中,是由于钢管上下对接时轴线偏差引起的.图4所示焊缝上下焊偏,在A侧探伤时,焊角反射波像焊缝里的缺陷,如果将探头移到另一侧(B侧)同位置处探伤,在一次波前没有反射波,或测得的反射波的水平距离在母材上,说明该波是由于焊缝上下错位
11、引起的.图44.4单面衬板引起的反射波钢管在现场对接时,因焊接工艺要求钢管单面施焊,内有衬板,当超声波扫查到衬板边缘时,会引起边缘反射,该反射信号比较强烈,一般出现在焊角回波稍偏后位置,且回波高度比焊角回波高(图5),可据此判定该波是否是缺陷回波.4.5焊缝余高或咬边形成的非缺陷波一当焊缝过高或咬边,很容易形成边角反射,影响判别.判别方法是精确计算声程距离,根据显示TL图5屏显示的数据确定缺陷的深度或水平位置来判别是否为缺陷波.用手沾耦合剂轻轻拍打焊缝两侧,如反射波信号出现跳动,则说明该反射波是因焊缝余高而造成的边角反射,并非缺陷波.利用手动电磨对焊缝余高或疤痕进行打磨后再进行检测,若此时反射
12、波消失,则该反射波是非缺陷波.4.6”山”形波钢管在工厂制作中,焊缝外侧采用埋弧自动焊.探头发射出的横波波束在焊角边缘处产生波型转换,转换成纵波和横波两列波.这两列波在钢中的传播速度不同,被探头接收到的时间不同而产生时间差,在显示屏上出现两列反射波,这两列反射波总是滞后于焊角底波,与焊角底波一起形成”山”形(图6).通过测量探头的水平距离可确定该波是否为非缺陷波.T图65结论该工程实践表明,超声探伤是钢管混凝土结构中钢管焊缝无损检测的有效手段之一.钢管的曲率半径对缺陷定位判别有一定影响,当对钢管纵向焊缝进行检测时,应进行曲率修正,以提高缺陷定位判别的准确性.探伤前应充分了解工件焊接工艺和焊接方式,根据具体的焊缝工件结构,表面状况,焊接现场等情况对检测结果进行认真分析,确定是缺陷还是伪缺陷,减少误判.参考文献:1胡天明.超声探伤rM.武汉:武汉测绘科技大学出版社,1994.2超声探伤编写组.超声波探伤M.北京:劳动人事出版社,1989.3尚庆祥,唐宏伟.高层钢结构现场安装焊缝的超声波探伤J3.施工技术,1999,6(6):2324.?271?