浅谈钢网架超声波缺陷及质量控制

浅谈钢网架超声波缺陷及质量控制

齐园

上海众材工程检测有限公司上海市201209

摘要：钢结构在建筑体系中应用越来越普遍，在许多超高层建筑和大跨度建筑以及厂房建设中，为满足建筑造型和结构设计的需求，大量运用钢结构产品，而随着产品的运用陆续出现了一些产品所带来的弊端。如厂房遇到大雨、大雪等荷载产生的变形，而影响结构安全，以及后期厂房的维护，安全使用等，钢结构的焊缝检测是工程质量的关键。本文首先介绍了钢结构焊缝检查的主要方法，然后介绍了钢结构工程中评估超声波探伤的原理和检测放大，并对常见的焊缝缺陷进行了分析，说明了超声波探伤检测在钢结构工程中的重要意义。

关键词：超声波探伤；钢网架；缺陷；质量控制

引言

随着现代建筑技术的发展，当代建筑结构中质量轻、高强度钢管混凝土结构和钢结构的使用越来越广泛。特别是在厂房建设和设备安装，更广泛地使用钢材，钢结构的焊接，是保证钢结构施工质量的一个重要环节，焊接质量检验中主要使用无损检测手段，以确保钢结构工程质量。

相关实例

有次公司接到一个钢结构的评估的项目，它是由钢网架结构构成的体育场，而钢网架的主要特点是在结构上，网壳受力合理，可以实现较大的跨度，由于网壳曲面的多样化，结构设计人员可以通过精心的曲面设计使网壳受力均匀完成造型的多样化，形式的美观等，并且现场安装简便快速，不需要大型设备，综合技术经济指标较好。由于2008的大雪把结构中的钢管、钢柱压变形，出现整体重心失衡，局部杆件变形严重，整体观感出现倾斜，涉及人身安全问题。而主办单位考虑种种原因，不想拆除重建，经讨论研究决定让我们公司进行检测评估，如问题不太严重的情况下，出方案给予加固避免安全事故的发生，消除隐患。

首先我们判定该工程为依钢结构为主的混凝土为辅的混合结构，主要原因是受力钢网架超过极限荷载而引起的变形，从而导致了该项目整体结构受力重心发生改变，我们凭借原设计图纸中的参数。初步定制方案为核实其现场采用的钢结构材料，钢管构件尺寸，构件连接方式，构件锈蚀程度，以及钢结构中的焊缝质量，轴线的偏差和整体结构的倾斜等方面进行复核，然后再进行结构验算，给出受力支撑点进行结构设计重新施工加固。

我们认为钢网架的焊缝质量是不容忽视的环节，应引起重视。但钢网架焊缝质量的判断，我们遇到了难题：

一、空间杆件较多，产生的焊缝较多无法准确定位；二、因该项目整体采用钢网架结构，网架节点是网架结构的一个重要组成部分，它连接汇交杆件，传递杆件内力合载荷的作用。而网架结构属于空间杆件体系，在节点上往往汇交着许多杆件，一般至少有6根，多达13根以上，其节点构造比较复杂，节点的用钢量在整个网架中所占比重较大，管壁较薄，且厚度不均匀，管径尺寸大小不一致，同时出现管与球焊接，管与管焊接角度、形式等不同。杆件的曲率不同使得探头无法充分的和杆件表面接触，加之缺陷反射波无法判定等等问题。我们查了相关的文献资料以及做了大量的实验，和同事专家进行了确定，最终我们选取了如下方案：

1、探头

检验球杆焊缝宜采用横波斜探头,在满足探伤灵敏度的前提下使用频率5MHz、大角度、短前沿的斜探头为主。斜探头频率为5MHz,晶片尺寸6mm×6mm,钢中折射角β=60°～70°(K=1.5～3.0),前沿≤5mm。当管材半径≯0.25W(W为探头底部宽度)时应把探头磨成和工件相同的曲率,注意斜探头的折射角≯70°,防止变型波和球底面反射波影响缺陷判别。然后利用CSK-ICj试块的R50mm和R25mm弧面测定探头的前沿,利用φ3mm通孔测定探头的折射角,利用不同深度5mm、10mm、15mm的孔绘制DAC曲线。

2、探伤面

球杆焊缝采用A级检验等级,单面单侧探伤,采用一次和二次反射波。受检区为焊缝自身宽度加上管材侧相当于管壁厚度δ的一段区域,最大为14mm。探头扫描宽度为在管材侧>1.75P(P为斜探头的探伤跨度,P=2Kδ)。超声波探伤应在焊缝外观检查合格后进行,按面向球体顺时针方向划分12个区域并编号。检查前,必须对探伤面进行清理,除去扫查区内的焊接飞溅、铁屑、油污和影响透声效果的涂层,一般补偿4dB;还应了解焊缝的材质、曲率、厚度、焊接工艺、坡口形式和高度等情况。

3、根部缺陷的判定

网架小径管焊缝中大多数缺陷(如裂纹、未熔合和未焊透等)都产生在焊缝根部,根部缺陷的判定非常重要。但中小径管壁厚变化较大,有些管子与公称尺寸相差0.5mm,使根部和靠近根部的缺陷反射波与错边和焊瘤等产生的干扰波不易区分。因此,当发现焊缝根部出现一定高度的反射波时应对焊缝单侧壁厚进行准确测定,用按深度比例调节的仪器扫描,对缺陷准确定位,结合探头所在位置对反射波进行认真分析,在仪器荧光屏上标出一次和二次波最大深度的标记。

4、典型缺陷的反射波形

(1)裂纹一般来说回波高度较大,波幅较未焊透窄,会出现多峰,探头平移时反射波连续出现,波峰随裂纹的走向发生变化。探头转动时,波峰有上下错动现象。网架球杆焊缝中的裂纹多为应力集中引起的,由于没有夹杂物,从波形的包络线看,缺陷反射波的前后没有杂波。实际探伤时要特别注意,有时缺陷的反射波不高,但波形特征与裂纹相同的也应判为裂纹。该种裂纹的形成原因是,焊缝点焊后没及时焊接,从而出现应力裂纹,之后施焊时没有打磨点焊的位置就直接施焊,使裂纹的开口和深度都比施焊前小。

(2)未焊透一般位于焊缝中心线上,有一定长度,反射波高,探头平移时,其波形稳定。从反射波的包络线看,波幅宽,脉冲前后沿有杂波,主峰出现双峰,由根部反射和肩台反射造成。

(3)未熔合焊缝中未熔合很少单独出现,多伴随着未焊透和夹渣共同出现。从反射波的包络线看,波幅介于裂纹和未焊透之间,脉冲前后沿杂波少,主峰较高且呈单峰。

(4)夹渣和气孔网架焊接一般采用焊条,焊缝中夹渣和气孔很少,即使出现反射波也不高,多数都在标准要求范围内。

5、伪缺陷波的判别

5.1焊缝根部成形的影响当根部成形较好时,一般无反射波或反射波较弱;当根部成形不良时,均有反射信号。其波形特点与未焊透等根部缺陷相似,有时位置相同,其反射强度随根部成形所构成的反射条件而异。区别的方法有,①尽量准确地按深度调整时基线,内成形反射波略大于一次波标记点。②用水平定位法区别,根部成形反射波水平定位在偏离焊缝中心线远离探头一侧,而根部缺陷水平定位则应在焊缝中心线或偏离焊缝中心线靠近探头一侧。

5.2由于被探小径管壁厚较薄,当一次波主声束后面的扩散声束经底面反射到焊缝余高时,将产生反射波,正好处在一次波和二次波标记点之间,有时易误判为焊缝中上部缺陷,可根据探头位置和水平定位或用沾油的手指拍打焊缝面来识别。

6结语

最终我们取得了圆满的成功。克服了困难，也学习了很多的知识，在此项目过程中介绍了焊接球节点钢网架焊缝结构及其超声波探伤工艺,并分析了典型缺陷的反射波形,提供了一些伪缺陷波的判别方法，为自身在钢网架探伤上积累了宝贵的经验。

参考文献

[1]JGJ7—2010,空间网格结构技术规程[S]..

[2]JG/T3034.1—1996,焊接球节点钢网架焊缝超声波探伤及质量分级法[S].

[3]焊接工艺简明手册（第二版）徐峰主编[S].

[4]JG/T203—2007钢结构超声波探伤及质量分级法[S].