探讨钢结构T型角焊缝的超声波检测

来源 :建筑遗产 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sam2009009
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  摘要:钢结构T型角焊缝,属于一种常见的焊接结构,这种T型角焊缝结构一般要求具备较大承载能力。近年来的火力发电厂、水轮机厂等主厂房钢结构,承受着上万吨静载荷及设备运行中形成的动荷载,有时甚至要受到地震等自然灾害的影响,因此钢结构焊接质量的好坏,对机组能否安全可靠的运行关系重大。使用超声波检测技术,可以有效检测出钢结构T型角焊缝内部缺陷,在评价钢结构质量,确保钢结构可靠性及运行寿命等方面具有极为重要的现实意义。
  关键字:钢结构 T型角焊缝 超声波检测
  当前,工字型钢、柱在煤仓间结构建筑及火力发电厂主厂房结构中获得广泛应用。像浙能兰溪发电厂、浙江金轮机电实业有限公司大机组车间主厂房都是运用这种钢结构,类似的钢结构近年来逐步得到推广,这类厂房也在中小城市逐渐发展起来,之所以发展这么快就是因为这类钢结构能够承受上万吨静荷载及设备运行中形成的动荷载。按照《钢筋工程施工质量验收规范》要求,需要对钢结构角焊缝的整个截面使用超声波检测方法进行检测。随着工程监理制度逐渐完善,钢结构焊缝质量及可靠性受到广泛重视,并要求使用超声波检测方法,对整个钢结构焊缝截面上的所有缺陷进行检测,严格确保焊缝质量,若超声波检测有疑义,不能对缺陷作出判断时,还需进行射线检测。钢结构T型角焊缝的超声波检测方法主要包括单直探头法、单斜探头法及腹板探测法。为确保超声波探测质量,需要选择好探测条件,制作DAC曲线。通过超声波检测方法,可以有效发现钢结构T型角焊缝中存在的危险性缺陷,对确保工程质量,具有十分重要的意义。
  一、钢结构T型角焊缝的超声波检测方法
  钢结构部件在电厂建设中被广泛应用,一般来说,普通工字型钢材料为Q345或16Mn系钢,其腹板厚度在14-20mm范围内,翼板厚度在20-40mm范围内,腹板厚度小于翼板厚度,大板梁长度不等,大致在7-20m范围内。钢结构T型角焊缝焊接多为自动埋弧焊,少部分采取焊条电弧焊方式。使用超声波检测钢结构T型角焊缝,其方法包括以下三种:
  (一)单直探头法
  在使用直接探头法进行钢结构T型角焊缝超声波检测时,首先考虑的是直探头近场区,在对翼板对角焊缝检测时,如采取14mm探头、2.5MHz直探头,通过计算,可以获取直探头近场区为21mm,因此,厚度不足20mm的翼板是不能进行检测的,只有针对在21mm以上的翼板才可以进行检测,但这种探测,只能对角焊缝中部的缺陷进行检测,在进行T型角焊缝斜面缺陷检测时,T型角焊缝与超声波波束扩散角导致反射波杂乱,导致T型角焊缝斜面缺陷问题难以正确判断。除此之外,进行翼板超声波检测时,由于焊缝是看不到的,需要以翼板为基准校正直探头探测位置,从而完成对缺陷位置的检测。综上,采取单直探头法进行钢结构T型角焊缝检测是较为复杂困难的。
  (二)单斜探头法
  使用单斜探头法对翼板外侧进行检测,由于在翼板上看不到焊缝,需要以翼板为基准或在翼板上画线,以确定斜探头位置,然而这种位置的确定也是不准确的,因为在大板梁焊接过程中,容易出现翼板弯曲变形,大板梁扭曲等现象,虽然这些变形量及扭曲可以通过校正并控制在合理范围内,然而采取超声波检测是在校正之前进行的,原因是在进行超声波探测之后,如发现缺陷问题则需要进行焊接返修作业,容易再次引起焊接变形发生。可见,采取以翼板为基准或在翼板上画线的方式确定斜探头位置也是不准确的。且采取单斜探头法进行检测时,需要及时明确探头位置,确定反射波位置,导致这种方法花费时间较长,工作效率较低。
  (三)腹板探测法
  腹板探测法,指的是在腹板上进行超声波检测以发现钢结构T型角焊缝中存在的问题。在焊接后,腹板仍保持平整状态,翼板变形及大板梁扭曲等不会影响到超声波检测定位,且在探测时可以观察钢结构T型角焊缝。加上焊接后大板梁一般会平放在地面上,这也为腹板探测法提供了较好的检测位置。但在使用超声波检测大板梁T型角焊缝时会受到几何条件的制约,为确保对整个焊缝截面进行完整检测,在采取腹板探测法时,可以采取双面单侧两种角度探头进行检测,保证检测质量。
  二、钢结构T型角焊缝的超声波探测条件的确定
  超声波探测条件的选择,直接关系着对钢结构T型角焊缝探测的质量及效率。
  (一)探头的确定
  4.在探测焊缝中横向缺陷时,需要将探头沿焊缝中心线,作水平方向上扫查。
  5. 探头的移动速度不应超过150mm/s。
  6. 扫查灵敏度一般不得低于评定线灵敏度。
  7.扫查时分别用直射波和一次反射波在焊接接头两侧对整个检验区域进行扫查,。
  8 使用70°以上角度的探头时要注意识别表面波的干扰信号。
  三、钢结构T型角焊缝的超声波探测施工步骤及注意事项
  超声波探测需要根据委托方工程联系单进行,确保联系单中各种数据完备;安排技术人员对联系单内容进行核实分析,绘制部件图并进行技术技术交底;检查超声波探测现场条件是否符合检测要求,做好安全防护措施;做好检测前工作准备,了解受检工件结构、厚度、焊接方式等情况,确定检测方法,选择扫描方式;调节仪器时基线,并作DAC曲线图,对探测结果进行检测,并对缺陷进行评定,对存在的缺陷问题及时进行处理。
  四、制作DAC曲线
  DAC曲线,即距离-波幅曲线,通过超声波检测方法制作DAC曲线,是找出钢结构T型角焊缝内存在缺陷的重要方法。
  (一)测声速:声波方式定位为横波,试块一次声程设定为50mm,第二次声程设定为100mm,让探头在试块上移动,让R50最高回波出现在进波门时,当回波下降到60%后,稳定探头并确定;让R100出现回波,当回波下降到60%后,稳定探头并确定。通过这种方式,可以测量出探头前端到R50的水平距离为41mm,将水平距离输入到仪器中,通过仪器自动计算求出声速及探头前端分别为3241m/s、10mm。   (二)测折射角K:将反射体深度设置为40mm,反射体直径为φ3mm,此时探头折射角K值为2.5;将探头在试块上移动,让40mm反射体深度最高回波出现在进波门时,通过仪器,自动计算出折射角K值为2.57。
  (三)DAC曲线制作:将探测深度设置为最大60mm;反射体直径长度为40mm,直径为φ3mm;探头在试块上移动,通过调节增益,在深度为10mm孔最高回波为80%时进行确定,在探头移动过程中,分别找出深度为20mm、30 mm-60mm孔最高回波,并将波高进行储存,完成DAC曲线母线。按照顺序输入定量偏移-10dB,判废偏移为- 4dB;侧长偏移为-16 dB,从而完成这个DAC曲线的制作工作。
  距离--波幅曲线按探头和仪器在试块上的实测数据绘制。曲线由定量线,判废线和评定线组成,评定线(包括评定线)和定量线之间称为Ⅰ区,定量线(包括定量线)和判废线之间称为Ⅱ区,判废线及其以上区域称为Ⅲ区,见图6。
  使用超声波对钢结构T型角焊缝进行检测,通过DAC曲线,记录缺陷波数据,从而找出焊缝中存在问题,进行返修处理,最终确保钢结构稳定性及安全性。
  五、综合参数的复核
  综合参数的复核对检测的结果影响巨大,故须进行复核。
  1.每个工作日应对斜探头在标准试块上校准前沿距离、K值和主声速偏离。声束轴线水平偏离角不应大于2°,主声束垂直方向不应有明显的双峰,远场分辨率应大于或等于6dB。
  2.灵敏度复核:每个检测工作日前应对扫描线、灵敏度进行复核,遇到下列情况应随时对其进行重新复核:
  换探头、耦合剂时;
  电池不足或怀疑灵敏度有变化时;
  连续工作4小时以上;
  工作结束时。
  3.扫描量程的复核:如果距离--波幅曲线上任意一点在扫描线上的偏移超过扫描读数的10%,则扫描量程应予以修正,并在检测记录中加以标明。
  4.距离波幅曲线的复核
  复核时,校核应不少于3点。如曲线上任何一点的幅度下降2dB,则应对上一次以来所有的检测结果进行复检;如幅度上升2dB,则应对所有的记录信号进行重新评定。
  六、缺陷指示长度的测定、缺陷的评定及质量等级
  1.缺陷指示长度的测定:当缺陷反射波只有一个高点,且位于Ⅱ区时,用6dB法测量其指示长度。当缺陷反射波峰起伏变化,有多个高点,且位于Ⅱ区时,应以端点6dB法测量指示长度。当缺陷反射波峰位于Ⅰ区,必要时也可测定此缺陷的指示长度。
  2.缺陷的评定
  1)超过评定线的信号应考虑其是否是具有裂纹等危害性的缺陷,除了采取改变探头角度,增加探伤面等方法外,还应结合受检部件结构工艺特征作出判断,如仍怀疑,应在原始纪录以及以后的检验报告的备注栏中写明“建议其他检测方法进一步检验”字样。
  2) 最大反射波幅位于Ⅱ区的缺陷,其指示长度小于10mm时按5mm计。
  3) 相邻两缺陷处在同一直线上,其间距小于其中较小的缺陷长度时,应作为一条缺陷处理,以两缺陷之和作为其指示长度(不包括间距)。
  3. 质量分级标准根据《钢熔化焊T形接头角焊缝超声波检验方法及质量分级》DL/T542—1994、《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级》GB/T 11345—1989《火力发电厂焊接技术规程》DL/T869-2012和《承压设备无损检测》JB/T4730.3—2005,当遇到能判定为裂缝、坡口未熔合、层间未熔合或密集性缺陷等危险性缺陷时,可直接判定为不合格。
  七、 现场实际探测举例分析
  将调试和设置好的仪器带到现场,打开仪器选择好通道,调节增益、DAC门,探头1在腹板的A面以前后、左右、环绕、转角等方式探测,在焊缝端点至400mm处,用一次波发现一个缺陷波,位于判废线以上,用6dB测长法进行测长,记录缺陷波数据,如下:
  4.1 探头前沿至翼板缺陷的水平距离:L1=33mm
  4.2 缺陷至腹板A面的深度:H1=13mm
  4.3 缺陷长度:F=22mm
  4.4 缺陷当量Φ3×40+6dB
  探头2在腹板的B面以前后、左右、环绕、转角等方式探测,在焊缝端点至400mm处,用二次波发现有一个缺陷波,位于判废线以上。
  根据《钢熔化焊T形接头角焊缝超声波检验方法及质量分级 DL/T542—1994》、《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级》GB/T 11345—1989和《承压设备无损检测》JB/T4730.3—2005要求,缺陷波位于Ⅲ区,并指示长度22mm>15mm,该焊缝级别Ⅳ级,属于超标缺陷,进行返修处理,返修的结果证实此缺陷是危险性缺陷未熔合。
  八、检验数据
  检验数据常按以下流程进行处理:
  1 超声波检验结束后及时在任务单完成记录栏中记录检验过程,并记录达到评定线的各种参数包括位置、离焊缝距离、深度、指示长度及波幅。
  2 三个检验工作日内的检验数据必须在次日交技术人员录入形成报告,并经超声波II级或以上资格检验人员审核。原始记录交施工负责人保存。
  3 报告录入后应及时做好审核、打印、签字等工作。
  4、不合格的处理: 当检验结果发现有不合格时,技术员应及时打印出返修单审核后通知委托单位或质量部;收到回复的处理结果后,应安排再次复检,并在检验报告上注明复检标识;对抽检的焊接接头,出现不合格焊接接头时,应作加倍检验处理。
  九、结语
  由于钢结构T型角焊缝一般要求具备较大承载能力,并在煤仓间结构建筑及火力发电厂主厂房结构中获得广泛应用。为确保生产安全,就必须确保钢结构焊接质量。通过超声波检测方法,可以有效检测出钢结构T型角焊缝内部缺陷,在评价钢结构质量,确保钢结构可靠性及运行寿命等方面具有极为重要的现实意义。在超声波检测过程中,需要选择出合适的检测方法,确定探测条件,制作DAC曲线,确保对整个焊缝截面进行完整检测,最终找出焊缝内所有危险性缺陷,进行返修处理,确保整体工程运行的安全性。
  参考文献:
  [1]姜文涛. 钢结构T型角焊缝的超声波检测[J]. 中小企业管理与科技(上旬刊),2010,11:254.
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  [3]简添福,郭志贤. 环形构件T型焊缝超声波检测方法的探讨[J]. 质量技术监督研究,2012,03:16-17+60.
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