超声波探伤论文

1、超声波无损检测在郑州黄河公铁两用桥钢管拱制作工程中的应用太原铁建钢结构分公司 毛磊摘 要：本文通过超声波检测在郑州黄河公铁两用桥钢管拱制作工程中的实际应用，总结了超声波无损检测在工程中的应用方法、检测依据、检测等级、仪器的调试及对焊缝中缺陷大小的定量和对缺陷性质判断的一些方法，对超声波无损检测在实际工程中的推广应用具有一定的意义。关键词：钢管拱 超声波 无损检测 焊接一、前言随着当代建筑技术日新月异的发展，建筑结构体系的种类不断的朝轻质、高强度的方向发展，各种结构形式的钢结构以及钢管混凝土结构在实际工程中的应用率越来越高，尤其是今年来在高速铁路的桥梁中，钢管系杆拱桥、钢箱梁桥等结构形式的钢结构

2、得以大量的应用。而焊接作为钢结构的主要连接方式之一，直接影响钢结构的整体施工质量，采用无损检测的方法对焊缝进行质量检验是确保钢结构工程质量的重要环节之一。钢结构无损检测包括超声波检测（UT）、射线检测（RT）、磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）和涡流检测（ET）等五种检测方法。其中以超声波无损检测最为方便快捷，主要特点是探测距离大，检测装置体积小，重量轻，便于携带到现场检测，检测速度快，而且检测中只消耗耦合剂和磨损探头，总的检测费用较低，因此在钢结构工程的质量检测中被广泛应用。二、工程概况郑州黄河公铁两用桥是京广铁路客运专线及河南省规划的中原黄河公路大桥跨越黄河的共用桥梁，桥梁全长14886.

3、687米，上层公路桥面宽32.5米，下层为铁路桥面双线客运专线，线间距为7米，主桥全长1684米。我公司承建的分建段铁路引桥南、北岸跨大堤拱桥为提篮式钢管混凝土系杆拱，跨度92.0米，矢高18.4米，其上下弦间距在全桥范围内渐变，拱脚处最大，拱顶处最小。上下弦间两端由腹杆连接；在跨中由腹板连接；两片拱肋间由3道横撑连接构成。三、检测依据、检测方法及焊缝等级要求1检测依据该工程中的对接焊缝和熔透角焊缝的质量要求高，应达到铁路钢桥制造规范（TB10212-98）中I级焊缝要求。对坡口角焊缝、相贯线焊缝、T型角焊缝超声波检测达到钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级（GB11345-1989）中级要

4、求，焊缝超声波检测范围和检验等级详见表1。构件棱角焊缝、坡口部分熔透角焊缝的检测的最小熔深应满足设计要求。表1 焊缝无损检测范围质量等级及检验等级焊缝部位质量等级探伤方法探伤比例检验等级执行标准拱肋弦杆、腹杆、横撑卷管纵向对接焊缝级超声波100%BTB10212-98GB11345-89弦杆、腹杆、横撑横向对接环焊缝级超声波100%B拱肋与拱脚底板连接焊缝级超声波100%B分段拱体局部接头焊缝级超声波100%B拱肋与腹杆、横撑对接焊缝级超声波20%B横撑弦杆与腹杆对接焊缝级超声波20%B上下弦连接板与拱肋连接角焊缝级超声波20%B导索管与锚垫板角焊缝级超声波20%B环肋板对接焊缝级超声波20%

5、B一般角焊缝级超声波20%B2检测方法超声波无损检测又分为反射法和穿透法。穿透法的灵敏度不如反射法，因此在工程实际应用中采用了反射法来进行焊缝探伤，即根据缺陷反射波的高低来判断缺陷的大小。3焊缝质量等级评定焊缝超声波检测的距离波幅曲线灵敏度及缺陷等级评定应分别符合表2及表3的规定。超声波检测判断为裂纹、未熔合、未焊透（对接焊缝)等危害性缺陷者，应判断为不合格。表2 超声波检测距离波幅曲线灵敏度焊缝质量等级板厚（mm）判废线定量线评定线对接焊缝、级10463×40-6dB3×40-14dB3×40-20dB>46503×40-2dB3×40

6、-10dB3×40-16dB角焊缝级10251×21×2-6dB1×2-12dB>25501×2+4dB1×2-4dB1×1-10dB表3 超声波检测缺陷等级评定评定等级板厚（mm）单个缺陷指示长度多个缺陷的累计指示长度对接焊缝级1050t/4，最小可为8在任意9t焊缝长度范围不超过t对接焊缝级1050t/2，最小可为10在任意4.5t焊缝长度范围不超过t角焊缝级1050t/2，最小可为10注： 1.t为板厚，母材板厚不同时，按较薄板评定； 2.缺陷指示长度小于2mm时，按5mm计。四、超声波无损检测的相关准备工作1探

7、头的选择探头K值（角度）的选择斜探头的K值（角度）选取原则：1）斜探头的声速能扫查到整个检测区的截面；2）斜探头的声速中心线应尽量与该焊缝可能出现的危险性缺陷垂直；3）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。经总结得到公式：Ka+b+l0/T 式中：a 上焊缝宽度的一半，mm b 下焊缝宽度的一半，mm l0 探头的前沿长度，mm T 焊缝母材厚度，mm K 斜探头K值对单面焊焊缝，b可忽略不记，此时Ka+l0/T本工程使用的板厚为8、12、16、20、24mm，根据上述公式计算选用K2、K3探头结合使用。探头频率和晶片大小的选择1）探头频率的选择很大程度上决定了超声波无损检

8、测的探测能力。高频率探头声速窄，波长短，扩散角小而能量集中，发现小缺陷的能力强，但穿透力差，在材料中衰减大，不利于中厚板的检测，因此在实际工程中选用2.5MHZ的探头。2）由于拱管有弧度且表面检测面不平，为了较好的耦合，选用的晶片尺寸不易过大，根据实际经验该工程选用的是9*9和6*8的晶片。2试块的选择 该工程选用标准试块CSKIB和对比试块RB相结合对仪器进行调校。3仪器的调节该工程使用的仪器是HS610e，下面就以HS610e仪器举例说明调校仪器，测定探头入射点，确定前沿距离L0将探头置于CSKIB试块上，测R100和R50圆弧界面的最大反射波，找到最高波后，按自动调校，完毕后测量此时探头

9、最前端到边界距离L1，则前沿距离为L0=100L1，实测三次取平均值。测定探头折射角，即K值将探头置于CSKIB试块上，对准50孔来回移动探头找到最高波后按确定，此时测得K值即为探头实际K值，同样测三次取平均值。DAC曲线绘制将探头置于RB试块上，先测深度为10的3孔来回移动探头找到最高波后调节增益使波高达到80%，做第一点，然后依次测深度为20、40、60、80的最高波，做第2、3、4、5点，然后将这些点连成曲线即为DAC曲线。4配置耦合剂采用甲基纤维素的浆糊做为耦合剂。配置耦合剂时，要注意不能调配的太稠，在刷涂管子表面时要薄而均匀。五、无损检测的实施步骤1探测面的处理用磨光机清理表面的的焊

10、渣、飞溅和氧化皮，然后用钢丝刷和抹布除去浮锈并擦净。打磨宽度至少为2TK（T为板材厚度，K为探头折射角的正切值）。2探测方式由于该工程要求的是B级检测，因此根据JB4730.3-2005中规定，应采用直射波法和一次反射波法在对接焊接接头的单面双侧进行检测。在探测过程中以垂直于焊缝前后移动和周向移动为主，探头周向移动扫查间距小于3mm。3缺陷位置及大小的确定找出缺陷最高波，利用示波屏读出缺陷所在深度、水平距离找出最大缺陷在焊缝宽度方向上的实际位置。垂直于探头前端的中心线于焊缝交点就是最大缺陷在焊缝圆周方向上的位置。条状缺陷采用6dB法侧长，当缺陷发射波信号起伏变化有多个高点时，采用端点峰值法测长

11、。4几种主要缺陷性质的的估判以及缺陷的产生的原因气孔： 气孔分单个气孔和密集型气孔，单个气孔回波高度低，波形为单缝，较稳定。从各个方向探测，反射波高度大体相同，但稍一动探头就消失，密集气孔会出现一簇反射波，波高随气孔大小而不同，当探头作定点转动时，会出现此起彼落的现象。 产生这类缺陷的原因主要是焊材未按规定温度烘干，焊条药皮变质脱落、焊芯锈蚀，焊丝清理不干净，手工焊时电流过大，电弧过长；埋弧焊时电压过高或网络电压波动太大；气体保护焊时保护气体纯度低等。夹渣： 点状夹渣回波信号与点状气孔相似，条状夹渣回波信号多呈锯齿状波幅不高，波形多呈树枝状，主峰边上有小峰，探头平移波幅有变动，从各个方向探测时

12、反射波幅不相同。 这类缺陷产生的原因有：焊接电流过小，速度过快，熔渣来不及浮起，被焊边缘和各层焊缝清理不干净，其本金属和焊接材料化学成分不当，含硫、磷较多等。 未焊透： 反射率高，波幅也较高，探头平移时，波形较稳定，在焊缝两侧探伤时均能得到大致相同的反射波幅。 其产生原因一般是：坡口纯边间隙太小，焊接电流太小或运条速度过快，坡口角度小，运条角度不对以及电弧偏吹等。 未熔合： 探头平移时，波形较稳定，两侧探测时，反射波幅不同，有时只能从一侧探到。 其产生的原因：坡口打磨不干净，焊速太快，电流过小或过大，焊条角度不对，电弧产生磁偏吹等。 裂纹： 回波高度较大，波幅宽，会出现多峰，探头平移时反射波连

13、续出现波幅有变动，探头转时，波峰有上下错动现象。裂纹分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹三种。 热裂纹产生的原因是：焊接时熔池的冷却速度很快，造成偏析；焊缝受热不均匀产生拉应力。 冷裂纹产生的原因：被焊材料淬透性较大在冷却过程中受到焊接拉力作用时易裂开；焊接时冷却速度很快氢来不及逸出而残留在焊缝中，氢原子结合成氢分子，以气体状态进到金属的细微孔隙中，并造成很大的压力，使局部金属产生很大的压力而形成冷裂纹；焊接应力拉应力并与氢的析集中和淬火脆化同时发生时易形成冷裂纹。再热裂纹产生的原因：焊后再次加热到 500700时，在热影响区的过热区内,由于特殊碳化物析出引起的晶内二次强化，一些弱化晶界的微量元素的析出，使焊接应力松弛时的附加变形集中于晶界，而导致沿晶开裂。六、结论 通过超声波无损检测在本工程的应用，不断积累无损检测的经验，加深无损检测理论的研究，使得该项检测技术能更好地应用于工程实践中，尤其是超声波无损检测对焊缝的裂纹、未焊透、未熔合等高危险性缺陷有比较高的灵敏度，对严格控制焊缝接