李军辉
广东鹤山市建设工程质量检测中心广东鹤山529700
摘要:钢结构在建筑工程中的应用越来越广泛，而焊接作为钢结构的主要连接方式之一，直接关系到钢结构的质量，因此，采用无损探伤检测技术进行质量检测十分有必要。本文介绍了超声波无损探伤和磁粉无损探伤技术在钢结构检测中的应用，并阐述各自的特点和操作方法，以推广钢结构无损探伤检测技术的广泛应用。
关键词:钢结构；检测；超声波探伤；磁粉探伤；缺陷分析
Nondestructiveflawdetectiontechnologyintheapplicationofsteelstructure
LiJunHui
Guangdongyinheconstructionengineeringqualitytestcenterofguangdongprovinceheshan529700
Pickto:theapplicationofsteelstructureinconstructionprojectismoreandmorewidely,andweldingasoneofthemainconnectionofsteelstructure,directlyrelatedtothequalityofthesteelstructure,therefore,thenondestructiveflawdetectiontechnologyforqualitytestingisverynecessary.ThispaperintroducestheultrasonicNDTandmagneticpowderNDTtechnologyintheapplicationofsteelstructure,andtheirrespectivecharacteristicsandoperationmethod,topromotethesteelstructureofnondestructiveflawdetectiontechnologyiswidelyused.
Keywords:steelstructure;Detection;Ultrasonictesting;Magneticpowderflawdetection;Defectanalysis
近年来，随着建筑行业的不断发展，建筑结构体系的种类也朝着轻质、高强的方向发展。钢结构作为一种自重轻、强度高、抗震性能好的现代化建筑结构形式，被广泛应用于各类建筑中。而焊接作为钢结构的主要连接方式之一，直接影响钢结构的施工质量。因此，对钢结构进行质量检测显得尤为重要。无损探伤检测技术可以在不损坏钢结构工件的前提下对之进行全面快速的检测，对钢结构缺陷进行正确的评估，从一定程度上保证了钢结构的安全性和可靠性。本文对钢结构无损探伤检测技术的应用进行了简要的介绍，为该技术在建筑钢结构工程中的应用发展提供帮助。
1工程概况
某钢结构建筑工程，是大跨度的钢桁架结构，共9榀，每榀总长187m，最大跨度68m。主桁架下弦纵向采用410mm×410mm×13.0mm的方管；上弦纵向采用340mm×340mm×11.2mm×18.1mm轧制H型钢，上弦横向采用343mm×152mm×6.9mm×11.9mm轧制H型钢；腹杆采用Φ187×11.1mm、Φ188×11.8mm或Φ231×12mm；网壳采用240mm×112mm×6mm×9mm或310mm×160mm×6mm×9mm轧制H型钢。
2基本情况和要求
母材材质：Q345B；
焊接方式：手工电弧焊；
超声波检验级别：K形接头焊缝检测标准为A级，其他部位均为B级；
超声波检测比例：一级焊缝100%，二级焊缝20%；
仪器：PXUT-240型全数字智能超声波探伤仪、CDX-Ⅱ型多用磁粉探伤仪；
耦合剂：浆糊。
3无损探伤检测技术的应用
3.1超声波探伤技术
(1)探伤技术
1)方管规格为400mm×400mm×12.5mm或400mm×400mm×16mm，采用对接熔透焊缝，V型坡口，底面加垫板，单面施焊。
此类焊接根部容易发生未焊透、未熔合、夹渣等缺陷。主要采用横波探伤，对怀疑是根部未焊透或未熔合等面状缺陷的焊缝辅以纵波探伤。
2)检验等级采用B级。
3)表面耦合差异补偿值：2～4dB，表面需打磨处理。
4)探头：5Z6×6K2.5或2.5Z8×12K3斜探头，5Z10N直探头。
5)试块：CSK-ZB、RB-1、RB-2。
6)DAC曲线的制作：绘制距离-波幅曲线(Φ3横通孔)，评定线DAC-16dB，定量线DAC-10dB，判废线DAC-4dB。
(2)探测方法
1)探头移动的方式：为探测纵向缺陷，用斜探头在焊缝两侧前后移动并作锯齿状扫描，用一次波或二次波探测焊缝及热影响区内的缺陷，为探测焊缝及热影响区的横向缺陷应进行平行和斜平行扫查；
2)探头移动区域：该区域在离焊缝两侧150mm的范围内，因此150mm范围内应清除焊接飞溅、铁屑、油垢及其他外部杂质，探伤表面应平整光滑，便于探头的自由扫查，其表面粗糙度不应超过6.3μm，必要时应进行打磨；
3)探头扫查速度：速度不应大于150mm/s，相邻两次探头移动间隔保证至少有探头宽度10%的重叠；
4)对怀疑存在根部未焊透的焊缝辅以纵波探伤，把焊缝打磨平整后，在焊缝上方用直探头检测是否存在未焊透或未熔合等面状缺陷。
(3)缺陷控制
1)当缺陷反射波只有一个高点时，用降低6dB相对灵敏度法测长；当有多个高点时，则以缺陷两端反射波极大值之间探头的移动长度确定为缺陷指示长度。
2)未熔合、未焊透等不允许存在的缺陷不受缺陷长度限制均需要返修。
3)缺陷反射当量及长度超过标准要求的均需做记录。
(4)仪器水平线性的调节及检测灵敏度的校准
斜探头探伤用RB-1和RB-2型标准试块Φ3横通孔调节，比例为1:1，检测灵敏度为DAC-16dB；直探头用方管厚度(12.5mm或16mm)调节，比例为1:1，检测灵敏度以Φ3平底孔50%屏显为基准。
(5)缺陷及波形分析
由于方管尺寸小，焊接时采用V型坡口，底面加垫板，单面施焊，现场焊缝采用手工电弧焊，发生在根部的缺陷以未焊透、未熔合、夹渣等居多，发生在根部以上的缺陷以夹渣、气孔等居多。由于开坡口及加垫板都是在工厂制作完成，质量较好，焊前也进行了清根，根部的缺陷较少，因此以横波探伤为主；对怀疑是根部未焊透或未熔合等面状缺陷的焊缝辅以纵波探伤。另外，未焊透从形成机理上看，存在着小平面，与纵波声束相垂直而横波声束形成倾斜。依据惠更斯原理，横波检测时回波声压没有纵波检测时大，即用纵波易于发现未焊透、未熔合等面状缺陷，同时也宜于发现夹渣等缺陷。但由于需要打磨焊缝，而且根部的缺陷也不多，还是以纵波探伤为辅。
1)纵波检测
用5Z10N直探头从焊缝上探测，有以下两种情况：
①若焊缝内存在缺陷，则在示波屏上与方管厚度对应点前后出现缺陷波。
②若示波屏上出现多次反射波，出现的位置在方管厚度波形前且很接近，则根部存在缺陷。
2)横波检测
①采用5Z6×6K2.5或2.5Z8×12K3斜探头，以焊缝两侧作为探测面。为把未焊透引起的反射波与焊缝中的缺陷波区分开，探伤时探头不是垂直于焊缝，而是与焊缝成一角度，一般为20～30°，以减少未焊透对入射声束的反射。
②在探测时，探头移动方式应采取锯齿型扫查。当碰到缺陷回波时需将探头前后左右移动，对回波信号进行动态包络分析，以判断缺陷性质。
③斜探头角度选择过小，会产生探伤“死区”，使焊缝中心一部分区域探测不到。
3.2磁粉探伤工艺
磁粉探伤方法因具有操作简便、工艺简单、检查速度快、对表面或近表面缺陷(如裂纹、夹渣、气孔等)敏感等优点而广为应用。不适用于非磁性材料和工件内部缺陷的检测。
(1)检测原理
铁磁性材料被磁化后，由于有缺陷的存在而导致磁力线的局部畸变。当缺陷位于焊缝的表面或近表面时，其磁力线局部畸变会造成磁力线泄漏产生漏磁场，漏磁场的两极与磁粉的两极相互作用，磁粉被吸引并移到缺陷处，使其表面形成在合适光照下目视可见的磁痕，显示出缺陷的位置、形状和大小。工件磁化时，磁场方向尽可能与缺陷方向垂直，才能产生足够的漏磁场，缺陷才清晰。为发现各个方向的缺陷，开发了不同的磁化方法，即周向磁化、纵向磁化和复合磁化法。
(2)探伤工艺
1)磁化设备的选择：腹杆(即圆管)与下弦方管及上弦H型钢的K形相贯接头焊缝比较多，而每条焊缝都不长，要求磁化设备能对工件进行局部磁化的同时，具备较高的探伤效率，同时要求采用的探伤设备和方法有较高的结合探伤灵敏度。因此选择带活络关节的电磁轭在同一部位做两次相互垂直的磁化，湿法探伤。磁化设备选择CDX-Ⅱ型多用磁粉探伤仪。
2)磁粉材料的选择：选用磁膏配制的水基磁悬液，磁膏的颜色应与被检表面有较大反差，因此选择红褐色磁膏。配制磁悬液时，一般先把磁膏与少量的水混合研磨成糊状，再按规定加入足量的水，使磁悬液均匀，浓度符合规定要求。
3)被检表面的准备：被检表面的状态对缺陷检出灵敏度影响很大，清洁的工件表面是探伤取得成效的前提，因此焊缝表面的氧化皮、锈蚀等必须清理干净，并经探伤人员检查合格。
4)探伤灵敏度试验：探伤部位分别处于平、仰状态，在工件上用A型标准试片校核综合灵敏度时，试片应贴于操作条件最为恶劣、对探伤灵敏度影响最不利的仰立部位(即腹杆与上弦H型钢的K形相贯接头焊缝)来校核探伤灵敏度。
(3)缺陷控制
对磁痕进行正确分析，防止由于伪缺陷造成误判。对存在超标缺陷的焊缝应具体记录缺陷的位置、长度，并在工件上作好明显的标记，以利于返修处理，必要时，还应用透明胶带把磁痕粘贴在记录本上，要求记录的详细程度能追索到被检的具体工件上的具体焊缝位置。
(4)后处理
清洗工件表面，包括孔中、裂缝和通路中的磁粉。由于使用了水磁悬液检验，为防止工件生锈，应及时上防锈漆。
4检测结果及缺陷验证
在对9榀桁架检测中，发现部分焊缝存在未焊透、未熔合、夹渣、气孔等缺陷，经解剖验证均属实。
5结语
总而言之，无损探伤检测技术在建筑钢结构质量检测中发挥了重要作用，从一定程度上保证了钢结构的安全性和可靠性。实践证明，本文介绍的检测技术是切实可行的，不仅检测效率高，缺陷的检出率也很高。随着钢结构建筑的不断增多，笔者相信，未来无损探伤检测技术将在钢结构质量检测中得到更为广泛的应用。
参考文献
[1]张然.钢结构无损检测中的超声探伤技术应用[J].住宅科技.2011年S1期
[2]任森智;张新胜.我国钢结构焊缝无损检测探析[J].山西建筑.2007年15期