我国钢结构焊缝无损检测探析

文章编号:100926825(2007)1520003202我国钢结构焊缝无损检测探析*收稿日期:2007201228*:中南林业科技大学引进人才项目(项目编号:10120260);中南林业科技大学校青年基金项目(项目编号:05030B)作者简介:任森智(19732),男,工程硕士,讲师,中南林业科技大学建筑工程与力学学院,湖南长沙 410004张新胜(19702),男,讲师,中南林业科技大学建筑工程与力学学院,湖南长沙 410004任森智 张新胜摘 要:介绍了目前国内常用的钢结构焊缝无损检测的方法及其各自的优缺点,探讨了这些常用方法在实际工程运用时所面临的问题,最后针对这些问题提出了意见和建议,以推广钢结构焊缝无损检测技术的广泛应用。

关键词:无损检测,钢结构,超声波探伤中图分类号:TU391文献标识码:A20世纪90年代以来,随着我国钢产量迅速增加,建筑物中钢结构和混合结构的应用越来越普遍,如高层、超高层建筑;工业厂房建筑;大桥、高架立交桥建筑;体育和文化场馆的网架结构;塔桅建筑等,而这些建筑采用钢结构的越来越多。

这些钢结构建筑物中,钢构件之间多采用焊接连接,如钢梁与钢梁的连接、钢梁与钢柱的连接、直接相贯的钢管桁架连接等,而焊接作为钢结构中应用最为广泛的一个基本连接方式,已成为保证钢结构建筑质量中的一个重要环节。

随着高层、超高层以及巨型建筑物的产生和发展,以及人们对大空间、大跨度的要求,采用焊接连接的钢结构也朝着大型化、复杂化、高容量、高参数方向发展(动载、弹韧性、高温、低温、耐蚀等),其工作条件也越来越苛刻,由焊接问题造成的事故也越来越频繁,事故的危害性也越来越严重[1]。

故而,对于采用焊接连接的钢结构,提高和保证其焊接质量已成为当前焊接生产中的关键问题。

为了判定焊接结构或焊件在成型后能否满足使用要求,而又不进行大面积破坏性试验的情况下,能够针对钢结构焊缝进行无损检测的技术在目前国内外钢结构领域应用广泛。

1 目前我国常用的无损检测方法及其优缺点1.1 射线探伤射线探伤是检查焊缝内部缺陷的一种广泛使用的方法,它是采用x 射线或C 射线照射,使其透过焊接接头部位,照射在照相底片或荧光屏上。

然后,根据底片上出现的缺陷形状、大小和数量,便能定量评定焊缝质量并进行分类定级,以作为产品验收的质量指标。

目前对于一些对密闭性要求较高的钢结构产品,如锅炉、压力容器、大型船身等,均广泛采用射线探伤作为检验焊缝质量的重要方法。

按照缺陷显示方法的不同,射线探伤除了常用的照相观察法和荧光屏观察法外,还有电离法和工业电视监察法。

射线探伤的优点,是能确切地判定缺陷的形状,可靠性高,底片能长期保存存档。

其缺点是射线对人体有害,检查成本高,从检查到判定所需的时间长。

1.2 超声波探伤利用超声波探测材料内部缺陷的无损检测法,称为超声波探伤[2]。

超声波是一种频率接近或超过20000Hz 的机械振动。

超声波探伤是通过超声波仪探头产生和发射高频超声波到待检材料中,利用超声波在同一均匀介质中按恒速直线传播,而从一种介质传播到另一介质时,它会产生反射和折射的原理,再用探头接收这些反射、折射的超声波到超声仪,由超声仪放大显示在超声显示屏上,超声波探伤工作者根据显示的波形和波高来分析和判定缺陷的类型和大小的检测方法。

超声波探伤具有高灵敏度、操作简便、探测速度快、成本低且对人体无损伤的优点,故得到广泛应用。

其缺点是该探伤方法进行定性定量的评定受探伤人员的经验和技术熟练程度的影响较大,且不直观,至今仍难达到精确评定的要求。

1.3 磁粉探伤磁粉探伤按测量漏磁方法的不同,分为磁粉法、磁感应法和磁记录法。

其中,磁粉法是应用最广的。

磁粉探伤是利用在强磁场中,铁磁性材料表层缺陷产生的漏磁场吸附磁粉的现象,进行的一种无损检验法。

这种探伤方法的优点与超声波探伤类似,但磁粉探伤的缺点是只能发现磁性金属表面和接近表面的缺陷,而且只能作缺陷的定量分析,难以正确判定缺陷性质和埋藏深度。

1.4 渗透探伤渗透法探伤,是利用有色染料和荧光染料的强渗透性的物理特性,以显示缺陷痕迹的一种无损探伤方法,其又称为着色探伤或荧光探伤。

此法不但可以用来钢焊缝,还可用于检查不锈钢、耐候钢和铜、铝等有色金属及其合金的材料缺陷,以及其他非磁性工件的缺陷。

渗透探伤的优点与超声波和磁粉探伤一样,而缺点与磁粉探伤一样,也只能发现磁性金属工件和非磁性工件表面和接近表面的缺陷,而且也只能作缺陷的定量分析,难以正确判定缺陷性质和埋藏深度。

1.5 全息探伤全息探伤是利用激光、X 光和声学全息照相来探测和显示缺陷三维立体情况的一种探伤检测方法。

全息探伤技术能够准确地检测到焊件表面和内部缺陷的位置和大小,并能获得缺陷的全方位情况,从而能够方便探伤人员正确地判断和评定焊缝的质量。

目前,虽然全息探伤技术还不是很成熟,且其检测花费较大,应用较少,但却被一致认为是无损检测的发展方向。

2 无损检测在建筑钢结构中应用的现状和存在的问题焊接连接是钢结构中最基本的一种连接方式,按焊缝与母材的连接位置可分为对接焊缝和角焊缝,对接焊缝包括完全焊透的对接焊缝和部分焊透的对接焊缝,角焊缝分直角焊缝和斜角焊缝。

依据GB 5001722003钢结构设计规范[3],焊缝应根据结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等情况按一定原则确定不同的质量等级。

对于不同质量等级的焊缝,GB 5020522001钢结构工程施工质量验收规范[4]要求进行表观检查#3#第33卷第15期2007年5月 山西建筑SHANXI ARC H ITECTUREVol.33No.15May. 2007和内部质量检测。

表观检查可以通过目测结合工具进行,而内部质量检测规范规定:设计要求全焊透的一二级焊缝应采用超声波探伤进行内部缺陷的检验,超声波探伤不能对缺陷做出判断时应采用射线探伤,其内部缺陷分级及探伤方法应符合现行国家标准GB 11345钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法[5]或GB 3323钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级[6]的规定;焊接球节点、网架焊缝螺栓球节点、网架焊缝及圆管TKY 型节点、相贯线焊缝其内部缺陷分级及探伤方法应分别符合国家现行标准JBJ/T 3034.1焊接球节点钢网架焊缝超声波探伤方法及质量分级法、JBJ/T3034.2螺栓球节点钢网架焊缝超声波探伤方法及质量分级法、JGJ 81建筑钢结构焊接技术规程的规定。

纵观国内无损检测在建筑业上的应用现状,非特别重要的构件一般不用射线探伤,对于厚度在8mm 及其以上的板材及曲率半径不大的管材对接焊缝多采用超声波探伤,8mm 以下的板材和曲率半径较大的管材对接焊缝多采用磁粉探伤和渗透探伤,而角焊缝基本采用磁粉探伤和渗透探伤。

虽然全息探伤是发展方向,但目前工程实践中几乎没有应用。

然而,对于4mm~8mm 范围内的钢板对接焊缝,用磁粉探伤和渗透探伤都只能探到表面和近表面的缺陷,特别是对只能单面探伤的焊缝内部缺陷较难探出,而普通超声仪探头能探测到的最小厚度是8mm 。

对于这一厚度范围的钢板或管材探测焊缝内部缺陷必须结合工程实际情况研制专门的超声仪探头,才能进行探伤检测。

1998年,冶金部建筑研究总院肖炜等工程师对首都四机位机库钢网架8mm 以下管焊缝用超声波进行了探伤检测,当时工程所用的探头即为根据工程实际情况在试验的基础上专门定做的,对缺陷的分级评定也是在他们进行了大量试验的基础上进行的,而规范在这方面却没有可以依据的条文。

由于超声波探伤原理的限制,对大曲率管材对接焊缝以及要求进行内部探伤的大量角焊缝较难进行检测,虽然相关规范对这类型焊缝的超声波检测做了一些补充规定,但这些规定在实际操作中难以实现或无法操作。

通过参与湖南省长沙市贺龙体育场空间钢管桁架直接相贯节点焊缝检测发现,大量节点焊缝无法用超声波进行内部质量检测。

例如,在对如图1所示的搭接节点相贯线焊缝检测时,对于被搭接管覆盖的被搭接管如图1中b 点处部分焊缝,在搭接管安装完后则是无法检测到的,且在搭接管和被搭接管与主管交界处(如图1中c 点处),其焊缝根部若出现缺陷则很难根据反射波型进行缺陷的判定。

对于这些问题,如果母材管壁厚度小于8mm,采用磁粉则不受限制,但磁粉检测却难以检测到埋藏较深的焊缝缺陷。

对于母材管壁厚度大于8mm 的这些焊缝,规范虽规定了对有疑义的焊缝可进行射线检测,但射线检测的可操作性远不如超声波检测方便,特别是在高空现场施工完成的焊缝,射线检测则更难以实施,且一般钢结构设计焊缝质量等级都达不到射线探伤标准,而规范仅仅只对这些焊缝表面成型做出了规定。

更为关键的是国内到现在还没有专门的针对建筑钢结构的无损检测验收规范,虽然GB 5020522001钢结构工程施工质量验收规范[4]中有关于无损检测方面的内容,但其还很不详尽,无法涵盖现今所有的钢结构焊缝类型,且其主要内容均为参照压力容器检验标准,而压力容器检验标准用在建筑钢结构方面却有过严之嫌。

福建省冶金工业研究所赵凤兰高级工程师在她的关于建筑钢结构焊接缺陷的评定和质量分级的探讨一文中提到,建筑钢结构中,除裂纹外其他封闭缺陷危害小于同等外部缺陷,认为沿用压力容器检验标准来对缺陷质量分级有过严之嫌,她们依据经验对福州大厦箱型劲性柱、厦门太古飞机维修库焊接钢网架进行超声波探伤检测中,对检测验评标准做了适当放宽的处理,而此网架建成后经历了1999年厦门14级台风正面袭击仍然安然无恙。

此外,她们还做了相应的一些试验,结论同样认为不应套用压力容器标准,并建议建立适宜于建筑钢结构使用要求的专门的评判标准。

3 结语针对无损检测在我国建筑钢结构中应用的现状和存在的问题,应在以下几方面大力开展工作:1)加大各无损检测探伤方法检测涵盖的范围,使其能很好地包容各种情况下的焊缝检测,特别是要加强在建筑钢结构行业上应用很广的超声波探伤的研究。

2)加强对代表无损检测发展方向的全息探伤方面的研究,使其能早日普及应用到现在的无损检测战线上。

3)加强对不同缺陷类型及大小对焊缝承载力影响的研究,为制定专门针对建筑钢结构焊缝质量的分级评定标准做准备。

4)制定专门的建筑钢结构无损检测验收评判标准。

参考文献:[1]王嘉玲.焊接质量与焊条使用[M].北京:国防工业出版社,1994.[2]全国锅炉压力容器无损检测人员资格鉴定考核委员会组织.超声波探伤[M].北京:劳动人事出版社,1989.[3]GB 5001722003,钢结构设计规范[S].[4]GB 5020522001,钢结构工程施工质量验收规范[S].[5]GB 11345289,钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级[S].[6]GB 3323287,钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级[S].Nondestructive examination discussion ofthe weld joint of steel structure in our countryREN Sen 2zhi ZHANG X in 2shengAbstr act:It introduces the common nondestructive examination methods and their mer its and faults of the weld joint of steel structur e in our country,discusses the problems of applying these common methods in act ive projects,and br ings forward the corr esponding advice and sugges 2tion,which will gener alize the extensive application of the nondestructive examinat ion of the weld joint of steel structur e.Key words:nondestructive examination,structure,ultr asonic testing#4#第33卷第15期2007年5月山西建筑。