超声波检测在钢结构桥梁对接接头的应用和分析

　　摘要：笔者通过数字超声波检测仪HS600在钢箱梁结构桥对接焊缝上的检测应用，对常见的各类超声反射波进行了分析和判定，针对检测仪器上实际显示波形，结合国内、国外标准对缺陷的评判，得出超声波检测对钢箱梁结构桥的焊接接头质量起到关键的作用。
　　关键词：CO2气体保护焊，超声波，伪缺陷，缺陷
　　笔者参与了厦门吕厝路口的立交钢箱梁桥的对接焊接接头的超声波检测工作，由于钢箱梁桥从设计上全部采用钢板的对接成形，母材厚度大、焊接工作量大，加上施工现场位于人口流动量大的市区，射线检测许多位置无法拍片而拍片时间无法保证，所以对于钢箱梁的桥梁一般采用100%的超声检测和监理指令地点的射线抽检。
　　一、焊接及检测工艺的分析：
　　根据设计图纸的要求，对钢箱梁的所有焊接接头采用100%UT检测，执行标准是GB∕T11345-89、Ⅰ级合格。
　　具体钢箱梁的结构及焊接接头的位置见图1；
　　
　　图1钢箱梁的结构视图和焊接接头的位置
　　H1型焊接接头为δ=16mm的对接钢板钢箱梁的顶板焊缝；
　　H2型焊接接头为δ=14mm的对接钢板钢箱梁的底板焊缝；
　　F1、F2、F3型焊接接头为δ=12mm的对接钢板钢箱梁的立板焊缝；
　　除F3立板焊缝在焊接中采用手把焊以外，其余的焊接工艺采用CO2气体保护半自动焊，焊接接头的底部加陶瓷衬垫做保护，根据所检材料的厚度，结合GB/T11345-1989标准选用了2.5P10X12-70°的探头，以保证超声波检测利用直射波检测足够大的区域及焊接接头根部缺陷，（CO2气体保护半自动焊焊接时最容易在焊接接头的根部产生焊接的缺陷），检测采用耦合剂为纤维素、耦合补偿4dB。灵敏度为DAC-16dB，试块采用为RB-2型和CSK-ZB型。根据标准的有关要求制定本工程的超声检测距离-波幅曲线。
　　二、超声检测伪缺陷及分析：
　　在现场检测中，发现超标的反射波型，总结超标的发射波大致分为缺陷反射波和伪反射波；伪反射波大致可分为以下几种：
　　（1）探头的起始杂波；
　　（2）耦合剂产生的表面波；
　　（3）焊接接头沟槽底部反射波；
　　（4）“山”字形回波和焊缝中的变形波；
　　对以上的伪缺陷分析成因有；
　　1、对于探头的起始杂波，这种波形位于检测仪器的起始区段上，一般在检测中不会消失。通过更换探头可以去除，一般质量较好的探头起始杂波较小。
　　2、工件表面的状况及耦合剂产生的表面波，是由于70°的探头，K值较大，所以产生耦合剂表面杂波的机率还是比较高，出现这种可疑波形时，在检测可用手在探头探测的方向的表面轻轻拍一下，一般手一接触耦合剂表面，该种波形就马上消失。
　　3、对于焊接接头底部沟槽处形成的轮廓回波是出现频率最高的一种伪缺陷，判定是否是沟槽底波的方法有3种，应综合分析。
　　（a）观察该种波形是否接近于壁厚的深度H0。
　　（b）用直尺测量缺陷的水平距离，观察水平位置是否位于焊接接头的底波出现的水平位置L0处，见图2:
　　
　　图2超声波检测示意图
　　（c）发现此类波可在到相反的方向去检测，如果在超声波仪器上没有该这种波形时，则该反射波可大致判定为焊接接头的底波。
　　（d）底波的波形在前后左右探头移动时，一般存在的距离和时间较长，例如：探头前后移动时，底波会随探头前后移动而移动，波形持续时间长。左右移动时，该波不消失。转动探头时，该波会出现打滚的现象。综合以上方法，可以大致分析出是否为底面的反射波型，效果比较明显。
　　4、“山”字形回波是当超声波波形接触到焊接接头的底部成型处，由于横波发生波形转化，而是一种回波滞后显示在A型数字机上形成“山”字状的回波。是焊接底面轮廓回波的特殊表现形式。
　　三、现场实际检测及缺陷波分析
　　现场检测采用常规的检测方法----锯齿形的扫描。当遇到有超出距离、波幅曲线的异常波形时，要左右移动探头，形成超声波动态波形，结合焊接工艺特点可以大致估判缺陷的性质。
　　缺陷波型大致可分为夹渣、气孔、裂纹、未熔合、根部未焊透、焊瘤等缺陷产生的波形；由于超声波对于缺陷的定性具有局限性，对于发现出来的缺陷波，要综合的分析：
　　1、焊接的现场气候和条件；
　　2、焊接的工艺执行情况；
　　3、利用标准的方法进行动态波形的判定，在现场的操作中经常采用的是一次波的检验和二次波对缺陷的校核，这样会提高对缺陷的检测评定的正确性。对需要返修的焊接接头要经常去返修现场看，进行比较波形和缺陷的实际形状，这对超声波评判很有帮助，
　　例如：在工程中期出现超标波形较多，在超声波波形上显示位置在焊接接头的根部，具有一定的深度和高度。当进入钢箱梁，打掉焊缝外部的陶瓷衬垫检查焊接接头，这样可以清晰看到焊接接头的底部，有未焊透和焊瘤存在。分析原因为：主要是由于焊接速度过快，焊接的线能量不足，造成母材未完全溶化，焊材的焊水未流到焊接接头的钝边部位。第二种是焊瘤：由于采用的是自动焊，在焊接电流较大时、焊接速度慢，焊水从陶瓷衬垫中流出形成较大的焊瘤。以上波形在超声波检测仪上的反射情况很明显。
　　本工程的母材为Q235B，焊接方法为自动焊，施工环境又处于温暖的南方，这样产生裂纹的可能性不大。对于未熔合和烧穿的产生，主要产生的原因是CO2气体保护半自动焊现场焊接速度的调节，速度过快焊接的热容量没有溶化下部的母材所造成，焊接速度过慢则会造成焊缝底部钝边的溶化形成烧穿和焊瘤等缺陷。所以，形成的未熔合大多为坡口的未熔合，该种缺陷超声特点是：用超声直射波检测时，该缺陷波反射明显，但探头后移和探头在另一方向检测时，都不会有反射波出现。现场施工条件的复杂，焊渣在焊接接头成型时会浮出焊接接头表面，由于焊水冷却的过快造成的夹渣未及浮出而在焊缝中形成夹渣的缺陷。气孔的原因大都为南方潮湿，焊材没有得到应有的保护，雨天抢工造成焊接接头中的气孔。笔者认为只要对于各类缺陷在工程中出现的特点有充分的认识，虽然超声波对于缺陷的定性存在着自身的缺陷，但只要仔细分析缺陷的位置、深度、在将现场的天气和焊接的状况综合考虑，对于缺陷的定性还是比较准确的。总之超声波检测它更多的需要检测人员的业务水平和对工作的认真态度。
　　四、结束语
　　在整个钢箱梁桥的检测中，检测出大量的缺陷，为保证焊接接头的质量做出了关键的作用。
　　【参考文献】
　　[1]《承压设备无损检测》JB/T4730-2005.
　　[2]《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB/T11345-1989.
　　[3]《无损检测》ASME第Ⅴ卷-2004中文版.

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