超聲波探傷論文

1、超聲波無損檢測在鄭州黃河公鐵兩用橋鋼管拱制作工程中的應(yīng)用太原鐵建鋼結(jié)構(gòu)分公司 毛磊摘 要：本文通過超聲波檢測在鄭州黃河公鐵兩用橋鋼管拱制作工程中的實際應(yīng)用，總結(jié)了超聲波無損檢測在工程中的應(yīng)用方法、檢測依據(jù)、檢測等級、儀器的調(diào)試及對焊縫中缺陷大小的定量和對缺陷性質(zhì)判斷的一些方法，對超聲波無損檢測在實際工程中的推廣應(yīng)用具有一定的意義。關(guān)鍵詞：鋼管拱 超聲波 無損檢測 焊接一、前言隨著當(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)度的方向發(fā)展，各種結(jié)構(gòu)形式的鋼結(jié)構(gòu)以及鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在實際工程中的應(yīng)用率越來越高，尤其是今年來在高速鐵路的橋梁中，鋼管系桿拱橋、鋼箱梁橋等結(jié)構(gòu)形式的鋼結(jié)構(gòu)

2、得以大量的應(yīng)用。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)的整體施工質(zhì)量，采用無損檢測的方法對焊縫進(jìn)行質(zhì)量檢驗是確保鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)之一。鋼結(jié)構(gòu)無損檢測包括超聲波檢測（UT）、射線檢測（RT）、磁粉檢測（MT）、滲透檢測（PT）和渦流檢測（ET）等五種檢測方法。其中以超聲波無損檢測最為方便快捷，主要特點是探測距離大，檢測裝置體積小，重量輕，便于攜帶到現(xiàn)場檢測，檢測速度快，而且檢測中只消耗耦合劑和磨損探頭，總的檢測費(fèi)用較低，因此在鋼結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量檢測中被廣泛應(yīng)用。二、工程概況鄭州黃河公鐵兩用橋是京廣鐵路客運(yùn)專線及河南省規(guī)劃的中原黃河公路大橋跨越黃河的共用橋梁，橋梁全長14886.

3、687米，上層公路橋面寬32.5米，下層為鐵路橋面雙線客運(yùn)專線，線間距為7米，主橋全長1684米。我公司承建的分建段鐵路引橋南、北岸跨大堤拱橋為提籃式鋼管混凝土系桿拱，跨度92.0米，矢高18.4米，其上下弦間距在全橋范圍內(nèi)漸變，拱腳處最大，拱頂處最小。上下弦間兩端由腹桿連接；在跨中由腹板連接；兩片拱肋間由3道橫撐連接構(gòu)成。三、檢測依據(jù)、檢測方法及焊縫等級要求1檢測依據(jù)該工程中的對接焊縫和熔透角焊縫的質(zhì)量要求高，應(yīng)達(dá)到鐵路鋼橋制造規(guī)范（TB10212-98）中I級焊縫要求。對坡口角焊縫、相貫線焊縫、T型角焊縫超聲波檢測達(dá)到鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級（GB11345-1989）中級要

4、求，焊縫超聲波檢測范圍和檢驗等級詳見表1。構(gòu)件棱角焊縫、坡口部分熔透角焊縫的檢測的最小熔深應(yīng)滿足設(shè)計要求。表1 焊縫無損檢測范圍質(zhì)量等級及檢驗等級焊縫部位質(zhì)量等級探傷方法探傷比例檢驗等級執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)拱肋弦桿、腹桿、橫撐卷管縱向?qū)雍缚p級超聲波100%BTB10212-98GB11345-89弦桿、腹桿、橫撐橫向?qū)迎h(huán)焊縫級超聲波100%B拱肋與拱腳底板連接焊縫級超聲波100%B分段拱體局部接頭焊縫級超聲波100%B拱肋與腹桿、橫撐對接焊縫級超聲波20%B橫撐弦桿與腹桿對接焊縫級超聲波20%B上下弦連接板與拱肋連接角焊縫級超聲波20%B導(dǎo)索管與錨墊板角焊縫級超聲波20%B環(huán)肋板對接焊縫級超聲波20%

5、B一般角焊縫級超聲波20%B2檢測方法超聲波無損檢測又分為反射法和穿透法。穿透法的靈敏度不如反射法，因此在工程實際應(yīng)用中采用了反射法來進(jìn)行焊縫探傷，即根據(jù)缺陷反射波的高低來判斷缺陷的大小。3焊縫質(zhì)量等級評定焊縫超聲波檢測的距離波幅曲線靈敏度及缺陷等級評定應(yīng)分別符合表2及表3的規(guī)定。超聲波檢測判斷為裂紋、未熔合、未焊透（對接焊縫)等危害性缺陷者，應(yīng)判斷為不合格。表2 超聲波檢測距離波幅曲線靈敏度焊縫質(zhì)量等級板厚（mm）判廢線定量線評定線對接焊縫、級10463×40-6dB3×40-14dB3×40-20dB>46503×40-2dB3×40

6、-10dB3×40-16dB角焊縫級10251×21×2-6dB1×2-12dB>25501×2+4dB1×2-4dB1×1-10dB表3 超聲波檢測缺陷等級評定評定等級板厚（mm）單個缺陷指示長度多個缺陷的累計指示長度對接焊縫級1050t/4，最小可為8在任意9t焊縫長度范圍不超過t對接焊縫級1050t/2，最小可為10在任意4.5t焊縫長度范圍不超過t角焊縫級1050t/2，最小可為10注： 1.t為板厚，母材板厚不同時，按較薄板評定； 2.缺陷指示長度小于2mm時，按5mm計。四、超聲波無損檢測的相關(guān)準(zhǔn)備工作1探

7、頭的選擇探頭K值（角度）的選擇斜探頭的K值（角度）選取原則：1）斜探頭的聲速能掃查到整個檢測區(qū)的截面；2）斜探頭的聲速中心線應(yīng)盡量與該焊縫可能出現(xiàn)的危險性缺陷垂直；3）盡量使用一次波判別缺陷，減少誤判并保證有足夠的檢測靈敏度。經(jīng)總結(jié)得到公式：Ka+b+l0/T 式中：a 上焊縫寬度的一半，mm b 下焊縫寬度的一半，mm l0 探頭的前沿長度，mm T 焊縫母材厚度，mm K 斜探頭K值對單面焊焊縫，b可忽略不記，此時Ka+l0/T本工程使用的板厚為8、12、16、20、24mm，根據(jù)上述公式計算選用K2、K3探頭結(jié)合使用。探頭頻率和晶片大小的選擇1）探頭頻率的選擇很大程度上決定了超聲波無損檢

8、測的探測能力。高頻率探頭聲速窄，波長短，擴(kuò)散角小而能量集中，發(fā)現(xiàn)小缺陷的能力強(qiáng)，但穿透力差，在材料中衰減大，不利于中厚板的檢測，因此在實際工程中選用2.5MHZ的探頭。2）由于拱管有弧度且表面檢測面不平，為了較好的耦合，選用的晶片尺寸不易過大，根據(jù)實際經(jīng)驗該工程選用的是9*9和6*8的晶片。2試塊的選擇 該工程選用標(biāo)準(zhǔn)試塊CSKIB和對比試塊RB相結(jié)合對儀器進(jìn)行調(diào)校。3儀器的調(diào)節(jié)該工程使用的儀器是HS610e，下面就以HS610e儀器舉例說明調(diào)校儀器，測定探頭入射點，確定前沿距離L0將探頭置于CSKIB試塊上，測R100和R50圓弧界面的最大反射波，找到最高波后，按自動調(diào)校，完畢后測量此時探頭

9、最前端到邊界距離L1，則前沿距離為L0=100L1，實測三次取平均值。測定探頭折射角，即K值將探頭置于CSKIB試塊上，對準(zhǔn)50孔來回移動探頭找到最高波后按確定，此時測得K值即為探頭實際K值，同樣測三次取平均值。DAC曲線繪制將探頭置于RB試塊上，先測深度為10的3孔來回移動探頭找到最高波后調(diào)節(jié)增益使波高達(dá)到80%，做第一點，然后依次測深度為20、40、60、80的最高波，做第2、3、4、5點，然后將這些點連成曲線即為DAC曲線。4配置耦合劑采用甲基纖維素的漿糊做為耦合劑。配置耦合劑時，要注意不能調(diào)配的太稠，在刷涂管子表面時要薄而均勻。五、無損檢測的實施步驟1探測面的處理用磨光機(jī)清理表面的的焊

10、渣、飛濺和氧化皮，然后用鋼絲刷和抹布除去浮銹并擦凈。打磨寬度至少為2TK（T為板材厚度，K為探頭折射角的正切值）。2探測方式由于該工程要求的是B級檢測，因此根據(jù)JB4730.3-2005中規(guī)定，應(yīng)采用直射波法和一次反射波法在對接焊接接頭的單面雙側(cè)進(jìn)行檢測。在探測過程中以垂直于焊縫前后移動和周向移動為主，探頭周向移動掃查間距小于3mm。3缺陷位置及大小的確定找出缺陷最高波，利用示波屏讀出缺陷所在深度、水平距離找出最大缺陷在焊縫寬度方向上的實際位置。垂直于探頭前端的中心線于焊縫交點就是最大缺陷在焊縫圓周方向上的位置。條狀缺陷采用6dB法側(cè)長，當(dāng)缺陷發(fā)射波信號起伏變化有多個高點時，采用端點峰值法測長

11、。4幾種主要缺陷性質(zhì)的的估判以及缺陷的產(chǎn)生的原因氣孔： 氣孔分單個氣孔和密集型氣孔，單個氣孔回波高度低，波形為單縫，較穩(wěn)定。從各個方向探測，反射波高度大體相同，但稍一動探頭就消失，密集氣孔會出現(xiàn)一簇反射波，波高隨氣孔大小而不同，當(dāng)探頭作定點轉(zhuǎn)動時，會出現(xiàn)此起彼落的現(xiàn)象。 產(chǎn)生這類缺陷的原因主要是焊材未按規(guī)定溫度烘干，焊條藥皮變質(zhì)脫落、焊芯銹蝕，焊絲清理不干凈，手工焊時電流過大，電弧過長；埋弧焊時電壓過高或網(wǎng)絡(luò)電壓波動太大；氣體保護(hù)焊時保護(hù)氣體純度低等。夾渣： 點狀夾渣回波信號與點狀氣孔相似，條狀夾渣回波信號多呈鋸齒狀波幅不高，波形多呈樹枝狀，主峰邊上有小峰，探頭平移波幅有變動，從各個方向探測時

12、反射波幅不相同。 這類缺陷產(chǎn)生的原因有：焊接電流過小，速度過快，熔渣來不及浮起，被焊邊緣和各層焊縫清理不干凈，其本金屬和焊接材料化學(xué)成分不當(dāng)，含硫、磷較多等。 未焊透： 反射率高，波幅也較高，探頭平移時，波形較穩(wěn)定，在焊縫兩側(cè)探傷時均能得到大致相同的反射波幅。 其產(chǎn)生原因一般是：坡口純邊間隙太小，焊接電流太小或運(yùn)條速度過快，坡口角度小，運(yùn)條角度不對以及電弧偏吹等。 未熔合： 探頭平移時，波形較穩(wěn)定，兩側(cè)探測時，反射波幅不同，有時只能從一側(cè)探到。 其產(chǎn)生的原因：坡口打磨不干凈，焊速太快，電流過小或過大，焊條角度不對，電弧產(chǎn)生磁偏吹等。 裂紋： 回波高度較大，波幅寬，會出現(xiàn)多峰，探頭平移時反射波連

13、續(xù)出現(xiàn)波幅有變動，探頭轉(zhuǎn)時，波峰有上下錯動現(xiàn)象。裂紋分為熱裂紋、冷裂紋和再熱裂紋三種。 熱裂紋產(chǎn)生的原因是：焊接時熔池的冷卻速度很快，造成偏析；焊縫受熱不均勻產(chǎn)生拉應(yīng)力。 冷裂紋產(chǎn)生的原因：被焊材料淬透性較大在冷卻過程中受到焊接拉力作用時易裂開；焊接時冷卻速度很快氫來不及逸出而殘留在焊縫中，氫原子結(jié)合成氫分子，以氣體狀態(tài)進(jìn)到金屬的細(xì)微孔隙中，并造成很大的壓力，使局部金屬產(chǎn)生很大的壓力而形成冷裂紋；焊接應(yīng)力拉應(yīng)力并與氫的析集中和淬火脆化同時發(fā)生時易形成冷裂紋。再熱裂紋產(chǎn)生的原因：焊后再次加熱到 500700時，在熱影響區(qū)的過熱區(qū)內(nèi),由于特殊碳化物析出引起的晶內(nèi)二次強(qiáng)化，一些弱化晶界的微量元素的析出，使焊接應(yīng)力松弛時的附加變形集中于晶界，而導(dǎo)致沿晶開裂。六、結(jié)論 通過超聲波無損檢測在本工程的應(yīng)用，不斷積累無損檢測的經(jīng)驗，加深無損檢測理論的研究，使得該項檢測技術(shù)能更好地應(yīng)用于工程實踐中，尤其是超聲波無損檢測對焊縫的裂紋、未焊透、未熔合等高危險性缺陷有比較高的靈敏度，對嚴(yán)格控制焊縫接