钢结构焊缝无损检测中超声波探伤技术探讨

钢结构焊缝无损检测中超声波探伤技术探讨

谢明节

如皋市永诚建设工程检测有限公司江苏如皋226500

摘要：超声波探伤技术是目前国内外应用最广泛、使用频率最高且发展最快的一种无损检测技术。它在钢结构焊缝检测中的应用大大提高了工作精度和工作效率。本文首先阐述了超声波探伤技术的工作原理、技术优势及局限性，然后简要分析了影响超声波探伤技术效果的因素，最后对控制超声波探伤技术效果的对策进行阐述。

关键词：钢结构；焊缝无损检测；超声波探伤技术

前言：钢结构的超声波无损检测是在现代科学基础上产生和发展的检测技术，借助先进的技术和设备，在不损坏、不改变被测对象理化状态的情况下，对被检测对象的内部结构进行高灵敏度和高可靠性的检查和测试。近年来，在科学技术不断发展的背景下，超声波探伤技术在钢结构焊缝无损检测中的应用越来越好，但也暴露出一些不足之处。一方面取决于所采用的技术和装备的水平，另一方面更重要的是取决于检测人员的知识水平和判断能力。因此为保证超声波探伤技术对钢结构焊缝无损检测结果的准确可靠性，作者对超声波探伤技术的影响因素实施分析显得十分必要。

1超声探伤技术工作原理

声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入工件，超声波在工件中传播并与工件材料以及其中的缺陷相互作用，使其传播方向或特征被改变，改变后的超声波通过检测设备接受，并对其进行处理分析，根据接受的超声波特征，判断内部存在缺陷及其特征。焊缝检测主要采用斜探头横波检测，倾斜探头使声束倾斜入射，倾斜探头有各种倾斜角度。当超声波穿过钢的上表面，有缺陷时，一些超声波被反射回来。距离不同，返回探头的时间也不同。在示波器上，将显示反射脉冲，称为损伤脉冲。当无缺陷时，则无损伤脉冲。当在焊缝中发现缺陷时，可以基于探头在测试件上的位置和显示器上的缺陷回波的高度来确定焊缝缺陷的位置和尺寸，就可确定出焊缝缺陷的位置和大小。这是因为在探伤前按一定的比例在超声仪荧光屏上作有距离-波幅曲线。

2超声波探伤优势及其局限性

超声波探伤优点：缺陷定位较准确；灵敏度高，可检测工件内部尺寸很小的缺陷；检测成本低、速度快、设备轻便且对人体及环境无害等。局限性：对工件中缺陷进行精确的定性、定量仍需作深入研究；对具有复杂形状的工件进行超声检测有困难等。

3焊缝中主要缺陷分类

焊接接头中常见焊接缺陷主要有有气孔、夹渣、未焊透、未融合和裂纹等。接头中裂纹、未焊透、未融合等危害性打的缺陷往往与检测面垂直或成一定角度，故一般采用横波斜探头法检测。

4影响超声探伤技术效果的因素

在超声波探伤技术的应用过程中，影响其效果的方面有很多。为了保证超声波探伤技术的实际应用效果，有必要对其影响因素进行科学分析：

4.1人员因素

从检测人员工作性质来看，影响超声波探伤技术的因素主要包括以下几个方面：（1）检测技术水平。检测人员必须具备探伤理论和探伤经验。从事焊缝探伤检测的人员必须掌握超声波探伤的基本技术，有足够的超声波探伤经验，对材料和焊接有一定的基础知识。在检测过程中，如果检测人员缺乏相应的技术水平，则会影响检测结果的准确性；（2）职业素养。检测员的职业素养也会影响测试结果，如对检测工作的重视不够，操作草率或因个人情绪影响操作的准确性，会对检测结果产生负面影响；（3）程序性。超声波探伤技术作为一项高科技技术，有自己的标准操作程序。如果检测员不严格按照程序流程操作，将不可避免地对检测结果产生不利影响。

4.2仪器因素

超声波探伤技术需要仪器作为客观支持。在探伤过程中，无论其水平线性度和垂直线性度是否符合检测标准，探头的基本参数是否准确，探头是否接触良好，探测系统上是否处于稳定状态都会对结果产生影响。

4.3方法因素

在钢结构焊缝检测过程中，不同质量等级、厚度和损伤程度的工件检测方法选择存在差异。如果检测过程中探头的选择存在差异，探头光束的覆盖范围不够，这将直接影响检测效果。

4.4材料因素

材料因素是指在检测期间使用的所有材料的质量对超声波探伤检测的影响。探伤表面的粗糙度对声耦合具有显着影响，表面粗糙度越大，对反射振幅的影响越大。在实际检查操作中，工件表面不得有焊渣或其他杂质，探头在工件上平滑移动（保证探伤结果的准确性）。正确选择耦合剂也会影响测试结果。耦合剂的功能是去除探头和工件表面之间的空气，使得超声波可以有效地传递到工件。超声波耦合是指超声波在检测表面上的声强传输。超声耦合效果好，声强传播率高，得到的回波振幅高，容易分析缺陷。因此，耦合剂应满足一定的要求。

5控制超声探伤技术效果的对策

根据对超声波探伤影响因素的分析，想要确保该技术能够真正的在钢结构无损检测中发挥出实际作用，我们必须要做好以下几方面工作：

5.1人员资格控制

参与超声波检测的人员应按GB/T9445或合同方同意的体系进行资格鉴定与认证，取得超声检测相关工业门类的资格等级证书，并保证在有效期内。在工作之前，有必要对检测人员进行统一的技术培训和评估，确保每个人进入岗位具有成熟的技术水平和思想素质，并能严格按照相关规范工作。

5.2仪器精度控制

宜采购按GB/T5616或合同各方同意的体系取得认证或合格评定的超声波检测仪、探头和试块。为了保证超声波探伤的准确性，工作人员必须定期校准或自校准超声波探伤设备，并检查和调整水平线性度和垂直线性度的准确性，以确保随时保持良好的工作状态。在工作期间，探头针对前缘距离，K值进行校准。如果仪器连续工作超过4小时，则必须检查仪器K值和探头状态。

5.3探头晶片尺寸的选择控制

对于板厚较大的焊缝检测，若探头的移动区很平整，使用大晶片探头进行检测也能达到良好的耦合，在这种情况下，为了提高检测速度和效率，可使用晶片尺寸较大的探头。如果板厚较薄且变形较大，为了良好的耦合，应选择晶片尺寸较小的探头。

5.4探头频率和K值（角度）的选择

检测波形一般为横波，频率为2～5MHZ，对于厚度较大或材质衰减较明显的焊缝，可考虑较低的频率。当焊缝宽度较大，若斜探头的K值选择较小，则一次波可能无法检测到焊缝中下部。因此，斜探头的K值选取应考虑一下三方面：斜探头的声束应能扫查到整个检测区截面；斜探头的声束中心线应尽量与该焊缝可能出现的危险性缺陷垂直；尽量使用一次波判别缺陷，减少误判并保证有足够的检测灵敏度。

5.5检测距离控制

在使用超声波探伤技术进行钢结构焊缝的无损检测时，必须控制探测距离。在检测工作中，检测人员应验证距离-波幅曲线，因为距离-波幅曲线是由叛废线RL、定量线SL和评定线EL组成，它是判定缺陷波幅高低、焊缝质量是否合格的依据。

5.6材料因素控制

一方面是受检工件材质应与对比试块相同，探头移动区应清除焊接飞溅、铁屑、油垢及其他外部杂质，应打磨平整光滑，便于探头的自由扫查，必要时应考虑表面声能损失问题。另一方面是耦合剂的选择。在超声波探伤技术中，耦合剂可以使探头与焊接基材表面有良好的接触，以提高检测效果，应具有良好透声性和适宜流动性，不应对材料和人体有损伤，同时应便于检测后清理。因此，在选择耦合剂时，建议选择洗涤剂、机油、化学糊剂等。此外工件的形状也对探伤结果有一定影响，被测工件会遇到不同曲率半径的板材或管材，在检测过程中必要时，应增大探头与被测面的有效接触面积，来减小漏检的可能。

总结：综上所述，超声波探伤技术作为无损检测技术的典型代表，其在钢结构焊缝检测中的应用是检测技术开发和发展的必然结果。了解影响超声检测结果的因素，并在实际检测中对检测原理进行分析，并在此基础上，做好控制影响结果的因素，选择正确的仪器和操作方法，为钢结构焊缝检测结果的准确性提供了最基本的支持。

参考文献：

[1]GB/T11345-2013《焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定》

[2]GB/T9445-2008《无损检测人员资格鉴定与认证》

[3]GB/T5616-2014《无损检测应用导则》