钢网架结构超声波检测及其质量分级
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２ 网架焊缝超声检测质ｆ验收分级
国内外网 架制作标准不少， 对母材厚度妻８ ｍ ｍ 者． 检验采用 Ｇ３１４ 标准《 Ｉ ３５ １ 钢焊缝手工超声波探 伤方法和探伤结果的分级谷 但对于 壁厚＜Ｓ ｍ的 ｍ 专用检验标准此前尚未制１ 丁 新制订的网架超声探伤行业标准具有科学性、 先进性和实用性。 该标准的基础是理论推算和科学 实验， 进行过大量的试验研究和破坏性试验对照， 以 法规为准绳， 以数据为根据， 经得起工程的考核， 所 以 科学性强； 该标准又是建立在科研基点上， 具有中 国特色， 在国际上还没有见到类似的版本， 新颖性先 进性显而易见； 该标准最上要的特点还是实用性， 已 在湛江、 嘉兴、 鸭河口、 彭城电！和首都机场等重大 一 ＴＡ中获ｉ应用。人员经过培训就能掌握． ！ ｉ ｒ ｋ 操作
摘 要： 介绍用专门 设计的组合探头和试块对钢网架结构烨缝进行超声波检侧的技术和焊缝 缺陷的脸收质量分级方法。该技术解决了 钢管直径￥８ － ９ ｍ杆件焊缝检验的难题， ４＾１ ｍ ５ 也为国内 首次制仃Ｊ ／ ３３ Ｇ Ｔ ４钢网架超声波检测标准莫定了基础。 ０ 关键词： 钢网状结构； 超声检验； 焊缝
・２ ． ・ ４３
万方数据
周在祀等： 钢网架结构超声波检测及其质量分级
ｓ ｏ ＇ ｓ ｝
图 １ 焊缝剖面图
Ｉ ．锥头 ２ ．封板
较好的近场分辨力 单晶斜探头主 要使用大角度即 折射角尽 ０（ Ｋ 》 ，７０或 ３的短前沿探头， 也就是电力 行业开始使用的小径管单晶片探头。根据杆件使用
状态， 其灵敏度一般规定０ｎ Ｘ ｍ ８Ｂ试 ３ｒ ２ｍ 一１ （ ｍ ０ ｄ
） 、
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户Ａ 、 、
图 ２ 两向正交斜放网架
块 ＣＫＩ Ｓ－ Ｃ型）以保证杆件焊缝中的危险性缺陷的 ， 检出。 对于壁厚＜６ ｍ的杆件还设计使用双晶片 ｍ 斜探头（ 或双斜探头）超声频率５ ｚ分别用作发 ， ＭＨ ， 射和接收超声波的两个晶片之间有约 Ｉ ｍ ｍ厚的隔 声层隔开。它由对称的两个晶片（ｍ Ｘ ｍ或 ４ ４ ｍ ｍ ３ ｒＸ ｍ）透声楔、 ｍｎ ５ ｍ 、 阻尼块、 电气接插件和外壳 等几部分组成。这种横波探头的透声楔放置晶片的 斜面除具有普通斜探头人射角ａ５。 ５＂ 还对 Ｃ２一 ４ 外， ） 称地有一倾角火 ＇ ０， ６ １ 人射角ａ 需折射角ｉ －８ 由所 ３ 决定； ０ 倾角 视被检测杆件的壁厚和折射角ｒ而定 ３ 双品片对称地贴在这一对斜面上并灌以吸收胶 使 用该双品探头． 探伤灵敏度是随缺陷所在深度变化 的， 不同的倾角 ０声场焦扫 区中心位置也略有不 ， 二
同。 此， 因 为了覆盖壁 ３．ｒ －ｍ 厚 ． －６ ｍ各种规格 ＂ｎ ｍ
杆件焊缝的检验， 用一组三种倾角的双品探头来满 足不同壁厚杆件的探伤灵敏度要求。这 一 组双晶探 头和 上述单晶探头构成了 一套解决螺栓球ｈ 点网架 杆件焊缝接触法检验的组合探头 通过科学的理论 分析和大量试验研究， 为行业制订 了 钢网架超声波 《 探伤技术及质量分级法》 。经过大量网架产品在实 际工程中检验应用． 取得良 已 好效果， 有效地保证了 空间结构 的工程 质量。按焊缝超声波探 伤抽查 ２％ ０ 拉杆的应用结果归纳， 可知其中点状及条状夹 渣缺陷较多， 裂纹缺陷均系点焊工艺不当造成的
第２ 卷第‘ ３ 期
２ ００１ ６月 年
无损检测
ＮＤＴ
Ｖ０ ． ３ １２
Ｊｎ ｕｅ
２． Ｎ｝ ０ ｏ ０
钢网架结构超声波检测及其质量分级
周在祀， 裸， 夏 刘松平‘ ） （ 国家电力公司 苏州热工研究所， 苏州 ２５０） １０４
中圈分类号月（ １． ５ ３ ５２十 １ ８ 文献标识码： Ａ 文章编号： ０－６６２０）６ ２３ ３ １ ０６５（０１０－ ４－ ０ ０ ０
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收稿日 ２０ ０ ０ 期： ０ ５ ０ ６
ｕ 苏州市建筑构配Ｔ 程公司， 苏州 ２５０ １０４
理确定了 验收标准， 解决了壁厚 ４０－． ． Ｏ ｍ钢管 －８ ｍ 血８－ ９ ｍ钢结构网架焊缝超声波检测难题； ＾１ ｍ ５ 编 制了行业标准Ｊ ／ ３３． ９６螺栓球节点钢 Ｇ Ｔ ４２ ９《 ０ －１ 网架焊缝超声波探伤及质量分级法）见本刊 ２０ （ ） ００ 年第 １ 期）并在大量工程中推广应用， ２ ， 验证了其缺 陷检测方法的可靠性， 得到了 首都机场１３ ５ 机 ５＋１ ３ 库网架工程监理德国专家的充分肯定和高度称赞。
实践证明该技术推广获得了成功
１ 网架钢结构焊缝缺陷的特点
建筑钢结构品种众多， 其中螺栓球节点网架的 杆系是由钢管与锥头（ 或封板） 焊接而成， 焊缝剖面 如图１ 所示。两向正交斜放网架如图 ２ 所示ｒ 由于 小管径、 大曲率、 薄壁杆件焊缝及空心球的 焊缝构造特殊， 很难用射线照相方法检验， 使用常规 超声波检测难度也较大， 因此过去国内没有相应的 检验规范， 导致一些网 架结构Ｔ程 如太原某通讯楼 （ 焊接球节点） 和郑州中原博览中心（ 螺栓球节点） 网
焊缝的探伤问题。其它就不一一枚举。总之， 根据
例如， 螺栓球节点网架超声探伤标准适用于母材厚 度为 ３５ ５ ｍ、 ． ｍ 管径）４ｍ －２ ８ ｍ的普通碳素钢和低 合金钢杆件与锥头或封板焊缝以及钢管对接焊缝； 焊接球节点网架超声探伤标准则适用于母材厚度为 ４－ ｍ 、 ＾２ ｍ 球径）１ ｍ 、 ５ ２ ｍ 管径）７ｍ ０ ６ ｍ的普通碳 素钢和 低合金钢焊接空心球、 球管焊缝以及钢管对 接焊缝， 甚至相贯节点焊缝。又如， 焊接球节点一般 管径＞７ｍ 使用单晶探头， ６ ｍ， 而螺栓球节点除用单 晶探头外， 还得使用双晶探头解决薄壁小径管组合
不同、 适用范围不同、 探头选择不同、 验收标准不同。
不同节点、 不同工程， 依据这两种标准来进行质量控 制， 针对性强， 不用操心如何细分、 如何选用的问题， 这就比合在一起简单， 便于操作卓越化。
根据行业标准， 网架焊缝质量分级见表 １
３ 网架超声检测方法可靠性分析
从理论上讲只要声束垂直指向缺陷主平面， 不
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建筑钢结构， 尤其是网架、 网壳和相贯节点衔架 等空间 结构的焊缝检测成为世纪之交国内热点问 题。 钢网架结构是由 杆件钢管和节点相连接组成的 高次超静定结构， 特别是网壳， 它是曲面型网格结构 兼有杆系结构与薄壳结构的主要特点， 具有造型美 观、 耗钢量少、 覆盖跨度大、 施工安装方便、 工期短、 费用低及综合经济效益好等优点， 因而建筑工程采 用钢结构网壳网 架日 渐增多。 如北京奥林匹克体育 中 心综体馆、 深圳体育场、 哈尔滨速滑馆、 北京西客 站、 上海东方明珠电视台、 嘉兴、 扬州第二发电厂和 南阳鸭河口 发电有限 公司特大型干煤棚等工程 为 控制安装施工质量避免工程坍塌事故， 必须经过超 声波检铡合格， 才能准予验收。我所在研究焊接球 节点网架超声检测技术成功的基础上， 又研制设计 了专门的单晶与双晶组合探头和试块 Ｃ Ｋ Ｉ ． Ｓ－ 合 Ｃ
架曾发生崩溃恶性事故。为此， 我们投人 ｒ 大量人 力进行科研攻关， 在研究超声波方法的同时 ， 配合进 行了大批部件的拉伸破坏性试验， 为制订验收标准 提供了完整的科学数据 网架钢结构焊缝缺陷类型主要有未焊透、 裂纹、 未熔合、 夹渣和气孔等。影响网架焊缝强度的主要 是根部末焊透、 裂纹、 未熔合以及条状夹渣。未焊透 会使杆件焊缝的内应力集中， 降低抗拉强度。试验 表明有的降低至 ｌ％一５％， ｏ ０ 故此类缺陷对脆性破 坏有很大敏感性「裂纹的危害性更为严重， 它可以 直接破坏焊缝的塑性和强度， 不仅在焊缝中产生， 而 且还往往在热影响区产生 根据微观金相观察， 裂 纹可分为穿晶和沿品两种。在实际检验中发现焊缝 裂纹较多地集中在定位点焊部位， 而采用 Ｃ ｚ Ｏ 保护 自动焊时这种情况大大减少。从抗拉极限与缺陷长 度关系曲线可发现极限荷载与缺陷指示长度有明显 的相关 当 性： 缺陷指示长度与焊缝周长的百分比＜ ２％ 其荷载明显七 接近于母材强度； ０ 时， 升， 反之， 多 ２％时， ０ 则极限强度缓慢下降， 差异不会太大。因 此， 这就为制订验收标准提供了依据。 为了解决管径较小杆件的焊缝缺陷探伤问题， 除了 采用大角度斜探头外， 还研制了收一 发型高频双 品斜探头， 它具有＿个优点 ， 二 即① 消除了界面反射 波 ③ 始脉冲不能进入接收放大器， 克服了阻塞现 象， 可以减少言区 ③ 提高探伤灵敏度， 可以得到
２ 网架焊缝超声检测质ｆ验收分级
国内外网 架制作标准不少， 对母材厚度妻８ ｍ ｍ 者． 检验采用 Ｇ３１４ 标准《 Ｉ ３５ １ 钢焊缝手工超声波探 伤方法和探伤结果的分级谷 但对于 壁厚＜Ｓ ｍ的 ｍ 专用检验标准此前尚未制１ 丁 新制订的网架超声探伤行业标准具有科学性、 先进性和实用性。 该标准的基础是理论推算和科学 实验， 进行过大量的试验研究和破坏性试验对照， 以 法规为准绳， 以数据为根据， 经得起工程的考核， 所 以 科学性强； 该标准又是建立在科研基点上， 具有中 国特色， 在国际上还没有见到类似的版本， 新颖性先 进性显而易见； 该标准最上要的特点还是实用性， 已 在湛江、 嘉兴、 鸭河口、 彭城电！和首都机场等重大 一 ＴＡ中获ｉ应用。人员经过培训就能掌握． ！ ｉ ｒ ｋ 操作
摘 要： 介绍用专门 设计的组合探头和试块对钢网架结构烨缝进行超声波检侧的技术和焊缝 缺陷的脸收质量分级方法。该技术解决了 钢管直径￥８ － ９ ｍ杆件焊缝检验的难题， ４＾１ ｍ ５ 也为国内 首次制仃Ｊ ／ ３３ Ｇ Ｔ ４钢网架超声波检测标准莫定了基础。 ０ 关键词： 钢网状结构； 超声检验； 焊缝
・２ ． ・ ４３
万方数据
周在祀等： 钢网架结构超声波检测及其质量分级
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图 １ 焊缝剖面图
Ｉ ．锥头 ２ ．封板
较好的近场分辨力 单晶斜探头主 要使用大角度即 折射角尽 ０（ Ｋ 》 ，７０或 ３的短前沿探头， 也就是电力 行业开始使用的小径管单晶片探头。根据杆件使用
状态， 其灵敏度一般规定０ｎ Ｘ ｍ ８Ｂ试 ３ｒ ２ｍ 一１ （ ｍ ０ ｄ
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同。 此， 因 为了覆盖壁 ３．ｒ －ｍ 厚 ． －６ ｍ各种规格 ＂ｎ ｍ
杆件焊缝的检验， 用一组三种倾角的双品探头来满 足不同壁厚杆件的探伤灵敏度要求。这 一 组双晶探 头和 上述单晶探头构成了 一套解决螺栓球ｈ 点网架 杆件焊缝接触法检验的组合探头 通过科学的理论 分析和大量试验研究， 为行业制订 了 钢网架超声波 《 探伤技术及质量分级法》 。经过大量网架产品在实 际工程中检验应用． 取得良 已 好效果， 有效地保证了 空间结构 的工程 质量。按焊缝超声波探 伤抽查 ２％ ０ 拉杆的应用结果归纳， 可知其中点状及条状夹 渣缺陷较多， 裂纹缺陷均系点焊工艺不当造成的
第２ 卷第‘ ３ 期
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收稿日 ２０ ０ ０ 期： ０ ５ ０ ６
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理确定了 验收标准， 解决了壁厚 ４０－． ． Ｏ ｍ钢管 －８ ｍ 血８－ ９ ｍ钢结构网架焊缝超声波检测难题； ＾１ ｍ ５ 编 制了行业标准Ｊ ／ ３３． ９６螺栓球节点钢 Ｇ Ｔ ４２ ９《 ０ －１ 网架焊缝超声波探伤及质量分级法）见本刊 ２０ （ ） ００ 年第 １ 期）并在大量工程中推广应用， ２ ， 验证了其缺 陷检测方法的可靠性， 得到了 首都机场１３ ５ 机 ５＋１ ３ 库网架工程监理德国专家的充分肯定和高度称赞。
实践证明该技术推广获得了成功
１ 网架钢结构焊缝缺陷的特点
建筑钢结构品种众多， 其中螺栓球节点网架的 杆系是由钢管与锥头（ 或封板） 焊接而成， 焊缝剖面 如图１ 所示。两向正交斜放网架如图 ２ 所示ｒ 由于 小管径、 大曲率、 薄壁杆件焊缝及空心球的 焊缝构造特殊， 很难用射线照相方法检验， 使用常规 超声波检测难度也较大， 因此过去国内没有相应的 检验规范， 导致一些网 架结构Ｔ程 如太原某通讯楼 （ 焊接球节点） 和郑州中原博览中心（ 螺栓球节点） 网
焊缝的探伤问题。其它就不一一枚举。总之， 根据
例如， 螺栓球节点网架超声探伤标准适用于母材厚 度为 ３５ ５ ｍ、 ． ｍ 管径）４ｍ －２ ８ ｍ的普通碳素钢和低 合金钢杆件与锥头或封板焊缝以及钢管对接焊缝； 焊接球节点网架超声探伤标准则适用于母材厚度为 ４－ ｍ 、 ＾２ ｍ 球径）１ ｍ 、 ５ ２ ｍ 管径）７ｍ ０ ６ ｍ的普通碳 素钢和 低合金钢焊接空心球、 球管焊缝以及钢管对 接焊缝， 甚至相贯节点焊缝。又如， 焊接球节点一般 管径＞７ｍ 使用单晶探头， ６ ｍ， 而螺栓球节点除用单 晶探头外， 还得使用双晶探头解决薄壁小径管组合
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不同节点、 不同工程， 依据这两种标准来进行质量控 制， 针对性强， 不用操心如何细分、 如何选用的问题， 这就比合在一起简单， 便于操作卓越化。
根据行业标准， 网架焊缝质量分级见表 １
３ 网架超声检测方法可靠性分析
从理论上讲只要声束垂直指向缺陷主平面， 不
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建筑钢结构， 尤其是网架、 网壳和相贯节点衔架 等空间 结构的焊缝检测成为世纪之交国内热点问 题。 钢网架结构是由 杆件钢管和节点相连接组成的 高次超静定结构， 特别是网壳， 它是曲面型网格结构 兼有杆系结构与薄壳结构的主要特点， 具有造型美 观、 耗钢量少、 覆盖跨度大、 施工安装方便、 工期短、 费用低及综合经济效益好等优点， 因而建筑工程采 用钢结构网壳网 架日 渐增多。 如北京奥林匹克体育 中 心综体馆、 深圳体育场、 哈尔滨速滑馆、 北京西客 站、 上海东方明珠电视台、 嘉兴、 扬州第二发电厂和 南阳鸭河口 发电有限 公司特大型干煤棚等工程 为 控制安装施工质量避免工程坍塌事故， 必须经过超 声波检铡合格， 才能准予验收。我所在研究焊接球 节点网架超声检测技术成功的基础上， 又研制设计 了专门的单晶与双晶组合探头和试块 Ｃ Ｋ Ｉ ． Ｓ－ 合 Ｃ
架曾发生崩溃恶性事故。为此， 我们投人 ｒ 大量人 力进行科研攻关， 在研究超声波方法的同时 ， 配合进 行了大批部件的拉伸破坏性试验， 为制订验收标准 提供了完整的科学数据 网架钢结构焊缝缺陷类型主要有未焊透、 裂纹、 未熔合、 夹渣和气孔等。影响网架焊缝强度的主要 是根部末焊透、 裂纹、 未熔合以及条状夹渣。未焊透 会使杆件焊缝的内应力集中， 降低抗拉强度。试验 表明有的降低至 ｌ％一５％， ｏ ０ 故此类缺陷对脆性破 坏有很大敏感性「裂纹的危害性更为严重， 它可以 直接破坏焊缝的塑性和强度， 不仅在焊缝中产生， 而 且还往往在热影响区产生 根据微观金相观察， 裂 纹可分为穿晶和沿品两种。在实际检验中发现焊缝 裂纹较多地集中在定位点焊部位， 而采用 Ｃ ｚ Ｏ 保护 自动焊时这种情况大大减少。从抗拉极限与缺陷长 度关系曲线可发现极限荷载与缺陷指示长度有明显 的相关 当 性： 缺陷指示长度与焊缝周长的百分比＜ ２％ 其荷载明显七 接近于母材强度； ０ 时， 升， 反之， 多 ２％时， ０ 则极限强度缓慢下降， 差异不会太大。因 此， 这就为制订验收标准提供了依据。 为了解决管径较小杆件的焊缝缺陷探伤问题， 除了 采用大角度斜探头外， 还研制了收一 发型高频双 品斜探头， 它具有＿个优点 ， 二 即① 消除了界面反射 波 ③ 始脉冲不能进入接收放大器， 克服了阻塞现 象， 可以减少言区 ③ 提高探伤灵敏度， 可以得到
