建筑钢结构焊缝超声波检测问题解析

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摘要：钢结构具有自重轻、施工快、质量高、能耗低等显著优点，被广泛应用于工业与民用建筑。焊接是钢结构制作、安装的主要连接方式，焊缝的质量直接关系到建筑物结构的安全。文章对建筑钢结构焊缝超声波探伤检测中的几个常见问题进行了梳理和分析，为建筑钢结构的设计、施工、检测、验收等提供了有效参考。

关键词：钢结构；焊缝；超声波检测；缺欠评定

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。

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》（GB50017-2003）、《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）、《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》（GB/T11345-89）和《钢结构焊接规范》（GB50661-2011），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/T11345-89，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/T19418-2003）、《焊缝无损检测、超声检测技术、检测等级和评定》（GB/T11345-2013）和《焊缝无损检测超声检测验收等级》（GB/T29712-2013）来确定焊缝的质量等级、检测方法和验收方法。两个系列标准的主要差异见表1。从表1可以看出，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/T19418-2003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GB50017-2003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GB50017-2003来确定焊缝质量等级，而其相应的超声波检测方法标准GB11345-89已经废止，现行的GB/T11345-2013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/T19418-2003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GB11345-89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/T11345-2013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/T11345-2013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/T29712-2013标准）

GB/T11345-2013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/T11345-2013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-4dB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H0-14dB，当验收等级为3级时，其回波幅度值为H0-10dB。（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（H0-14dB或H0-10dB），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，就可通过表2查到对应的验收等级的相对回波幅度值，其回波幅度值-4dB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（见图1）：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。

作者:陈从荣 单位:福州市建筑工程检测中心有限公司