超声波探伤在建筑钢结构检测中的应用
【摘要】本文主要介绍了钢柱钢结构的焊缝类型及焊缝内部缺陷以及超声波探伤在建筑钢结构检测应用中的优势,操作注意事项。 【关键词】焊缝缺陷 超声波探伤 波形 一、引言 近年来我国的钢冶炼技术迅猛发,钢材的产量、性能、品种及质量都有了很大增长,钢结构具有诸多优点:质轻、抗震性好以及工业化成熟等等,建筑钢结构已广泛应用于生产生活的各个方面。但是钢结构建筑在改善人们生存空间的同时,其性能质量变化、损伤等却不容忽视,建筑钢结构的质量与人们的财产甚至生命安全息息相关。因此此, 作好钢结构的检测工作尤为重要。传统的钢结构检测技术多依赖于钢材料构件的变形以及针对局部应变的检测,应用范围限制颇多。而超声检测是利用超声波在焊件不同缺陷中所形成的反射效果不同进行检测的,具有检测成本低、灵敏度高、方便快捷,可用于检测各式各样材料的缺陷,能通过计算得出缺陷的深度。 二、建筑钢结构焊缝类型及焊缝内部缺陷 门式钢架体系、网架空间结构体系构成了建筑钢结构体系。建筑钢结构体系中焊缝主要有:对接和T型两种。焊接缺陷类型众多,有未熔合、气孔、夹渣、未焊透、裂纹等等,根据形状分类,一种是平面型缺陷,例如未熔合和裂纹,另一种是体积型缺陷,例如气孔和夹渣等缺陷其中点状夹渣与单个气孔对焊缝整体强度的影响较小,属一般缺陷;群状气孔、未焊透、以及裂纹等属严重缺陷,对焊缝整体强度的影响较大。 三、超声波探伤的工作原理与优越性 超声波探伤的工作原理:超声波探伤主要靠超声波探伤仪进行,探伤仪产生电振荡加至探头上,通过激发换能器发射出超声波,再将探头的电信号进行放大,然后显示出来,从送回来信号中剥离出有用的信息来判定缺陷的信息。这是射线检测不能达到的,例如可以检测到亚表面层叠结构等射线无法达到的接头部位。此外,通过超声扫描二维声学图像来推算出缺陷形状和分布等信息,还可得到缺陷的具体位置。 四、超声波分类及结构解析 按照连续性可分为:脉冲波探伤仪、调频波探伤仪、连续波探伤仪;按照缺陷显示方式可分为:A型、B型、C型显示探伤仪;按照通道可分为:单通、多通道探伤仪。 根据检测钢材的材质以及测试环境的不同,检测使用探头的类型也不同。下面介绍两种种比较常用探头的结构。A. 横波斜探头由阻尼块、晶片、电器接插件、声陷阱、透声楔块以及吸声材料等构成。结构如下图1所示。B. 纵波直探头:由外壳、保护膜、压电晶片、电器接插件和阻尼块组成,主要有发射和接收纵波两个作用。 (一)超声波探伤中探头的选用原则 在检测时为确保检测结果的可靠性,必须根据超声波探伤的钢件材质、结构等因素综合分析选用正确合理的探头,主要选择参考参数有:频率、晶片尺寸、型式等参数。 (1)在探头频率选择的时候,一般应该考虑一下因素:频率越高波长越短越容易发现小缺陷,由于超声波的绕射,在同一材料内超声波波速是固定的。频率处于0.5-10MHz之间时,选择余地较大,频率高,脉冲宽度小,分辨率高,比较方便区分某些相邻的缺陷。对缺陷进行定位的话则需要频率高,超声波a短,半扩散角小,声束指向性好,超声波能量比较集中的波形。通过以上系列分析不难知道,不同的检测需选择不同的频率。随着频率的升高,其探伤灵敏度和分辨率分别提高了,能更准确的探伤。但是其衰减也会急剧增加,导致近场区长,造成对探伤不利。因此在选择频率时需权衡考虑,尽可能选择合理的频率,提高探伤效果。 (2)探头型式的选择:为了尽可能保证超声波声束轴线的行程准确无误的扫描到缺陷,在探头型式选择的时候,应该根据扫描试件的形状进行初步推断其比较容易出现缺陷的位置,深度,形状等参数,操作时,只能发射和接收纵波的直探头一定要使波束轴线垂直于探伤面,对于与探测面平行的如夹层,折亚等缺陷比较明显。因此重点用于探测与探测面有一定夹角的缺陷,如气孔,夹渣、未焊透等缺陷。 (3)探头晶片尺寸的选择:探头晶片的形状一般为直径为10 -20mm圆形和方形。因为超声波的产生与探头的晶片尺寸大小有一定的关系,选择时应该重点考察以下因素。1、半扩散角随着半扩散角晶片尺寸的增加而减小,超声波能集中,有利于探伤。2、晶片尺寸过大,由于远距离扫查范围相对变小,能量不集中,不能很好的探伤远距离缺陷。因此,在探头晶片尺寸的选择的时候应该灵活,综合考虑利弊因素,从而达到理想效果。3、近场区长度随着探伤近场区晶片尺寸增加而增大,因而造成对探伤不利。根据具体情况选择晶片尺寸,如表1所示。 根据构件的形状、焊接工艺、可能产生的缺陷部位、缺陷的延展方向及焊缝要求的经验等级等来选取探测面。 (二)超声波在焊缝内部缺陷检测中的应用 以对接焊缝的探伤方法为例:步骤分为:初探,精探和复探三部分内容。初探时要注意应该有锯齿型、斜平行、平行扫查多种方式的结合和相互补充,每次的扫查要有约百分之十左右的重叠,以避免缺陷的漏检;精探时要确定缺陷最大回波及其位置。并通过缺陷的定位对比,排除伪缺陷,在精探过程中要实现缺陷的定量分析;复探对探测结果进行进一步的校验,其探测速度可以加快。 五、小结 本文讲述了由超声波探伤仪、和试样组成一个完整的检测系统,利用发射的超声波检测试样的缺陷,且重点讲述了超声波在钢焊接无损检测中的应用,由于超声波探伤仪的选择与探伤方法紧密相关,因此对超声波探伤中探头的选用原则,探头频率的选择,探头晶片尺寸的选择等相关问题进行了详细的理论研究,根据具体情况选择合适的探头频率,探头晶片尺寸,从而达到理想的探伤效果。 参考文献: [1]张栋梁.人孔管座焊缝超声波检测非缺陷回波的确定.无损探伤,2006,(04). [2]常少文.智能化多通道钢管超声波自动探伤系统的开发与应用.计算机测量与控制,2002,10,(6). [4]A.N.Kalashnikov,et al. Errors in the Measurement of Ultrasonic Phase Velocity in the Context of Materials Evaluation, Review of Quantitative Nondestructive Evaluation.2003,1227-1234