建筑工程中薄壁钢管焊缝的超声波检测研究

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建筑工程中薄壁钢管焊缝的超声波检测研究
Ultrasonic Testing of Thin-walled Steel Pipe Welds in the Construction Work
■ 袁 媛 ■ Yuan Yuan
[摘 要] 钢管已广泛应用于建筑工程，但因其特殊的焊接结构和不规则的焊缝形状，使得其检测难度越来越高。

这里主要针对薄壁管Y 型节点焊缝进行研究，选择合适的超声波仪器，探头，试块和扫查方式进行探讨。

最终通过实验数据的比较得出结论：双晶双斜探头相比单晶斜探头具有灵敏度高、杂波少、盲区小和近场短等优点，检测结果和理论分析相吻合。

[关键词]
[Abstract] which make its detection aims at the weld joint of of the conclusion: double oblique probe has less clutter, small blind
[Keywords] 一、 引言
应用越来越广，合，管焊缝进行探伤研究。

薄壁管Y 型节点斜焊缝超声检测时，由于节点构造的特殊性，具有以下四个难点：
1. 焊缝形状复杂：钢管Y 接头的支管与主管直接相贯连接，一般不加垫板，且为封闭结构，只能单面施焊，其焊缝为一马鞍形空间曲线。

由于焊缝超声波探伤主要扫查方式为以支管外壁为扫查面垂直于焊缝的前后扫查，因此超声波探头主声束与支管外壁的相交面为一椭圆，探头与钢管的接触面为一空间曲面。

2. 探伤面曲率变化：探伤面上的曲率也会随探伤位置不同而变化，因此缺陷定位不能用简单的三角函数关系进行计算，而且探伤位置不同，相应的偏角、坡口角以及根部间隙都在变化。

3. 探头折射角的确定：为尽可能使用一次波探伤，须选较大折射角的探头。

在对Y 管节点焊缝进行探伤时，由于探伤面曲率连续变化，所以需对不
同区域选用不同的折射角，以保证缺陷的最大检出率。

4. 薄壁管的特点：它兼具有壁薄、曲率小、结构复杂、焊缝不规则等特点，给超声波探伤本身就带来很高的难度。

二、 实验对象
三、 实验方案
1. 探头的选择
（1）号单晶斜探头5P5×6K2.5
探头频率越高，分辨力越高，其灵敏度越高。

由于此次薄壁管探伤要求的灵敏度较高，应选频率较高的探头进行探伤。

由于薄壁管本身存在曲面，应尽量选择面积比较小的探头，可提高与工件间的耦合。

（2）号单晶斜探头2.5P5×6K3
为了验证其理论上的正确性，用频率不同，面积不同的探头测得的数据来作为实验中的参考和比较。

（3）号双晶双斜探头5P3×6×2，K＝3 由于采用双晶片，一收一发，消除了有机玻璃/钢界面反射杂波，又由于始脉冲不能进入接收放大器，克服了阻塞现象，使探测盲区减小，为一次波探伤及发现近表面缺陷创造条件。

2. 试块的选择
（1）标准试块 CSK-ⅠB （2）对比试块CSK-ICj；RBJ-1 （1）采用单晶斜探头，从主管和支管分别进行超声波探伤。

在探伤中选择频率不同、k 值不同、探头尺寸不同的斜探头相互做比较，得出最佳方案。

为增加精度采用一次波和二次波探伤接合。

在探伤之前先对焊缝按顺时针方向等间距划分成十二个点，探伤对象也主要是针对这十二个点，从这十二点探伤结果来计算缺陷长度和当量值。

图1 探头摆放位置示意图
（1）用双晶双斜探头对薄壁管焊缝进行检测，被检测的母材壁厚为6 mm，属于薄壁管探伤。

要求用双晶双斜探头分别在主管和支管进行单面双侧探伤。

实验中选择不同频率、不同k值和不同修磨程度的双晶双斜探头相互做比较，获得最佳方案。

四、 实验数据采集与分析
分别使用3种不同型号的探头，得到如下数据： 其中PY：缺陷的埋深；
SL：波门内最高回波与定量线SL 的相对当量值（负值表示当前回波低于SL 曲线的当量值；正值表示当前回波高于SL 曲线的当量值）。

1. 单晶斜探头
2.5P5×6K3所得实验数据
mm，当量分别为φ3＋11.5 db 和φ3＋14.4 db，所以工件判废。

由于其探头的频率较低，灵敏度较低，跟薄壁管间的耦合不是很好，同样造成实验数据和实际数据间的差别。

3. 双晶双斜探头5P3×6×2，K＝3所得实验数据
表4 K3双晶探头实验数据
测试位置
PY 当量
1点 4.7mm SL+12.5db(DAC) 2点 5.4mm SL+13.9db(DAC) 3点 3.9 mm SL+12.8db(DAC) 4点 5.3 mm SL+115.3db(DAC) 6点 5.0 mm SL+15.9db(DAC 7点 5.3 mm SL+12.0db(DAC) 8点
4.8 mm
SL+13.0db(DAC)
（下转第175页）
净深进行检查，保证其与电梯的规格型号相一致，同时，对预留孔洞和预埋铁件的位置进行检查，保证其正确。

六、 从建筑图纸质量方面，向设计者提出的建议
（1）建筑总平面中是否标注道路，建筑及用地红线;是否表达消防车道位置，消防登高面的位置及消防车道的宽度;防火间距是否符合规范要求;室外停车场到建筑物的间距是否符合规范要求; 消防登高面是不是设在安全出口一侧等等。

（2）建筑平面中是否考虑无障碍设计（包括扶手，坡道，门槛，卫生间，电梯，楼梯）；防火分区是否明确，是否标注防火分区面积；商场，人员密集场所的楼梯段及疏散门是否有计算过程；落地窗是否有安全防护栏杆；消防电梯前室的面积及外窗开启的面积是否符合规范要求；是否有防火门跨越变形缝；住宅梯井宽度超过110 mm是否设安全措施，等等。

（3）建筑设计说明中是否考虑墙体材料，品种
及厚度；是否标注本建筑的防火设计分类及耐火等
级；屋面及地下室的防水等级；是否标注墙体材料
防水构造做法，抗裂措施；是否标注管道井的防火
封堵，幕墙的防火构造措施，等等。

（4）建筑剖面图中是否考虑不同用途的楼梯踏
步尺寸，如公共建筑无障碍楼梯踏步宽度不应小于
280 mm, 踏步高度不应大于160 mm；休息平台宽度
是否大于1.2 m；楼梯栏杆水平长度大于0.5 m时，
高度应大于1.05 m。

以上建筑施工图图纸质量方面
内容还有很多，本文限于篇幅，不再枚举。

七、 总结
建筑设计图纸的合理是保证建筑施工的重要组
成部分，对于指导施工人员正确施工起着关键的作
用。

因此，对于建筑设计图纸的审查要非常仔细，
结合工程实际特点和建筑设计中常出现的问题，进
一步完善建筑设计图纸，保证建筑工程的进度和企
业的经济利益。

参考文献
[1]赵利,李洪福.阅监理工程师施工图预审和的重
要性[J].科技信息,2008(27).
[2]熊剑林.浅谈土建监理工程师如何做好施工图的
审核[J].科技创新导报,2008(26).
[3]袁忆文.关于铁路建设项目施工图审核工作相关
问题的探讨[J].铁道勘察,2006(4).
[4]倪风标.浅析土建施工图预算的重点审核工作
[J].中小企业管理与科技,2009(10).
[5]张璐,王振平.工程结算审核过程中常见的问题
分析[J].中国科技博览,2009(33).
（作者单位：昆山市利悦建筑图审中心，江苏 昆山
215300）
（上接第170页）
4. 监测与显示功能
群控系统的控制软件能对冷水机组、冷水系统、冷却水系统、冷却塔、系统能效比曲线、负载曲线、供冷量曲线的运行状态和运行参量进行监测、查询和显示。

5. 数据处理功能
群控系统的控制软件能对能耗记录、操作记录、故障记录、基本参数记录进行记录,并能对所记录的数据进行存贮、输出、删除。

6. 安全保护功能
（1）冷水低流量保护
当制冷机组冷水流量低于设定的下限值时，群控系统自动采取措施以保障制冷机组蒸发器的安全运行。

（2）冷水低温保护
当制冷机组蒸发器的出水（即冷水的供水）温度低于设定的下限值时，群控系统自动采取措施以保障制冷机组蒸发器的安全运行。

（3）冷水低压差保护
当冷水供回水压差ΔP小于设定的下限值时，群控系统可自动采取措施以保障末端空调设备所需的水流量。

（4）冷水高压差保护
当冷水供回水压差ΔP大于设定的上限值时，群控系统可自动采取措施以保障空调系统的安全运行。

（5）冷水出水高温保护
当制冷机组冷凝器的冷却水出水温度高于其设
定的上限值时，群控系统可自动采取措施以保障制
冷机组的安全运行。

（6）冷水进水低温保护
当冷水机组冷凝器的冷却水进水温度低于其设
定的下限值时，群控系统可自动采取措施以保障冷
水机组的正常运行。

7. 故障报警功能
群控系统能对短路、接地故障、过载、缺相故
障、参数越限报警。

可通过声光提示报警、显示器
画面报警的方式显示发出警报。

所有报警直至引发
报警的条件消失（如运行参数恢复正常）或经操作
人员检视并处理后，方可消除报警。

群控系统可对
所有故障报警信息进行记录并存贮，以供分析原因
及排查故障。

8. 系统管理功能
群控系统通过对“用户验证”和“用户管理”
功能，实现对用户操作人员的管理，防止无关人员
的随意操作，确保中央空调系统运行管理的安全性。

还能根据中央空调系统设备的累计运行时间及
运行参数变化，在显示器上对冷水机组、冷水泵、
热水泵、冷却水泵、冷却塔风机等设备给出维护提
示；用户对设备进行维护后，可在设备维修记录表
上对维护情况进行记录，以备今后追溯或查询。

四、 达到的效果
（1）轨道交通冷原系统通过群控系统的使用，
运行安全、稳定、可靠，达到设备本体技术要求；
（2）自动化程度较高，能及时、准确地自动跟
踪末端空调负荷运行；
（3）实现了空调泵组的软启动、软停止、运行
平滑稳定，改善了设备的启停性能和减小设备磨损；
（4）系统具有强大的管理功能和安全保护功
能，确保整个空调系统优化、安全的运行；
（5）实现了中央空调系统最大限度的节能，系
统（主机、冷冻水泵、冷冻水泵、冷却塔风机）综
合节电达百分之二十以上。

五、 总结
据统计，截至2011年8月，全国已建成轨道交
通线路达1568公里，建成线路50条，运营车站总
数995座。

与此同时，全国共有30个城市轨道交通
近期建设规划获批。

其中，20个城市在规划期内调
整、扩大了建设规模。

另外，还有9个新申报城市
的规划正进行审核。

“十二五”期间全国各城市地铁、
轻轨规划线路建里程将达到2600公里，建设投资规
划额将达1.27万亿元。

因此，冷源集中控制系统在
我国地体建设中具有重要的应用价值和良好的节能
效果。

参考文献
[1]万丽华,戴汝平,雷飞.大规模水源热泵系统的集
中控制[J].能源技术,2002(4).
[2]李涛.中央空调系统冷源控制的策略研究[J].福
建轻纺,2008(9).
[3]李玉街.中央空调系统模糊控制节能技术及应用
[M].中国建筑工业出版社,2009.
(作者单位：中铁建工集团安装工程有限公司)
（上接第173页）
双晶探头的频率较高，实际k值达到2.95，符合薄壁管探伤的条件。

由于双晶探头采用是一收一发的模式，消除了有机玻璃/钢界面反射杂波，又因始脉冲不能进入接收放大器，克服了阻塞现象，使探测盲区大为减小，为用一次波探伤及发现近表面缺陷创造了条件，减少了相互之间的干扰，性能稳定。

测量计算得到长75 mm，当量为φ3＋13.3 db 和长54 mm 当量φ3＋13.6 db的两个缺陷。

据相关标准该工件判废。

从实验数据分析，双晶探头探伤的结果和实际缺陷长度相吻合，双晶双斜探头较适合应用于实际探伤。

根据以上数据分析，得出方法二中的双晶双斜探头相对于方法一中的单晶单斜探
头，前者具有灵敏度高、杂波少、盲区小和近场区
长度小优点。

经过实验验证，与实际的结果相吻合。

五、 结论
从实验结果分析得到，探头频率对探伤精度影
响不大，但是k值大的探头相对探伤精度高；在k
值和探头频率满足薄壁管探伤的前提下，双晶双斜
探头由于其探头构造的优越性，探伤结果相对实际
缺陷较吻合。

单晶探头测得的缺陷长度要比实际缺陷长度
大，所以在探伤中单晶探头可能会造成缺陷评判的
误判。

双晶双斜探头，有较好的薄壁管探伤精度，
探伤结果缺陷分析和实际相吻合，就目前情况而言，
采用双晶双斜探头对薄壁钢管Y型节点焊缝探伤是
可行的。

参考文献
[1]郑辉,林树青等.超声检测[M].北京:中国劳动
社会保障出版社.
[2]JG/T203-2007中华人民共和国建筑工业行业标
准.
[3]人力资源和社会保障部教材办公室,焊接结构
[M].北京：中国劳动社会保障出版社.
（作者单位：深圳市正非检测科技有限公司，深圳
518000）
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