钢结构无损检测中的超声探伤技术应用

钢结构无损检测中的超声探伤技术应用
摘要：超声探伤技术属于无损检测技术的一种，其主要目的是在不损害被检测
物体的性能情况下对物体进行检测，看其内部结构是否存在缺陷，并精确检测出
缺陷的大小、特定位置、特征和数量。

超声探伤技术的原理是利用声波在空气中
的传播和反射来进行物体的检测。

超声探伤技术在钢结构中的应用，具有较高的
准确度，大大减少了无损检测所花费的时间。

本文对超声探伤技术基本原理做出
了探讨，并对其具体应用做出了分析。

关键词：钢结构无损检测超声探伤技术
钢结构在优势上具有轻自重、强抗震等特性，所以在建筑工程领域当中广泛
应用，尤其是在一些体育场馆、工业厂房和各类民用建筑上应用较多。

然而在建
筑施工中的应用钢结构也有着一些缺点，焊接焊缝等问题难时常出现，针对此问题，利用超声探伤技术，能够在不损坏钢结构性能的情况下检测出是否存在缺陷，对建筑工程质量有着重要的意义。

一、无损检测中超声探伤技术原理分析
超声检测（UT），利用高频声能进行检测和测量。

超声波探伤可用于探伤、
评价、尺寸测量、材料表征等。

一个典型的UT检测系统由几个功能单元组成，
如脉冲/接收器、传感器和显示设备。

该换能器由脉冲发生器驱动，利用石英、硫酸锂或各种陶瓷材料，利用压电技术产生高频超声能量。

大多数检查是在1至 25
兆赫的频率范围内进行的。

耦合器用于将超声波从换能器传输到试件上；典型的
耦合器是水、油、甘油和油脂。

声能以波的形式通过材料被引入和传播，并从相
对的表面反射出来。

内部缺陷，如裂纹或空洞，打断了波的传播，并反射回一部
分超声波。

能量的振幅和返回所需的时间表明工件上有任何缺陷的存在和位置。

超声波探伤法作为一种实用、多功能的无损检测方法，具有对表面和地下不
连续面敏感、探伤或测量的穿透深度高、脉冲回波技术可单面获取、反射器位置
和尺寸及形状估计精度高、零件准备量小、电子设备的瞬时结果、自动化系统的
详细成像、厚度测量等优点。

它的局限性：需要一个可接近的表面来传输超声波；广泛的技能和训练；需要一种耦合介质来促进声能向试件的传递；粗糙度、形状
不平顺、小、厚度或不均匀性的限制；由于低声传输和高信号噪声而难以检查粗
颗粒材料；线性缺陷必须平行于声束定向；两种设备校准的参考标准等缺陷。

二、对钢结构的简述
相对于钢筋混凝土结构而言，钢结构具有轻质、高强、抗震性能好、塑性和
耐久性高、安装方便等优点，在高层建筑、大跨度建筑、桥梁和其他结构中发挥
着重大优势。

具体来说，钢结构具有以下特点：①钢材的内部安排接近于各向同性，原料均匀。

相关研究成果表明，钢材的受力状况与工程力学的计算结果一致，表现出较好的力学性质；②塑性和耐久性好。

钢结构在受到较大的外力荷载时，钢材能够实现部分顶峰应力的再分配，这就使得钢结构内部的应力不会发生突变，不会由于应力的突然增加而致使结构破坏，并且能够适应较大的动力荷载。

地震时，通过结构的弹塑性变形能够吸收一部分的地震能量，有利于提高建筑物的抗
震功能。

三、焊缝的常见类型以及内部缺陷特征
在建筑钢结构体系中的焊缝类型通常为对接焊缝与T型焊缝两类。

其中对接
焊缝即为将两母材放置在同一平面，促使其边缘对其，顺着边缘焊接所生的焊缝；
而将两母材焊接为T字行即为T型焊缝。

因为在实际焊接过程中会受到工艺、外部环境等相关因素的干扰，钢结构焊
缝难免会出现内部缺陷情况。

一般较为普遍的内部缺陷主要有：夹渣、气孔、裂纹、未焊透与未融合等情况。

从焊接缺陷的性质层面而言，气孔、夹渣等均为一
般性缺陷问题，其对整体焊接强度的影响不大；而其他积累缺陷情况则较为严重，会致使整体焊接强度降低。

四、钢结构无损检测中的超声探伤技术的具体应用
4.1.在铁路上的应用
中国铁路运营线近七万公里，铁路向高速、重载方向发展。

逾期服务轨道的
数量非常大。

在进行重载运输的过程中，线路上的钢轨不可避免地会产生各种可
见和不可见的损伤，如侧磨、轨头破碎、剥离块、锈蚀、核损伤、水平裂纹、垂
直裂纹、周边裂纹等。

超声波探伤对提高铁路安全具有重要意义。

铁路运输要求
钢轨焊接能保证高应力条件下列车的安全可靠运行。

因此，应定期检查和维护钢
轨焊缝。

随着列车速度和交通流量的增加，缺陷的发生发展越来越早、越来越快，给运输安全带来了极大的威胁，对钢轨焊缝探伤仪的性能提出了更高的要求。

当
检查钢轨存在裂纹缺陷（或其它缺陷）时，将超声波探头置于被检查钢轨的某一
表面（表面称为检查表面）。

探头将超声波信号送入被检测钢轨，超声波通过接
口进入被检测钢轨。

当遇到两个媒体之间的缺陷和接口时。

当探头接收到反射信
号时，缺陷检测信号和底部波信号可以通过缺陷检测器的内部电路转换来直观显示。

根据超声波范围估计，缺陷信号可以很容易地与背景信号区分开，然后通过
校准超声波测试块来定位和量化铁轨缺陷。

4.2.在建筑上的应用
目前我国用于钢结构无损探伤的方法有很多，主要有以下几种：涡流检测（ET）、超声检测（UT）、铁磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）、射线检测（RT）这五种检测方法，其中超声检测在实际的应用过程中最为普遍。

超声波因
其自身的特性所以经常被用在建筑钢结构中的探伤检测中，因其波长很短，所以
穿透力十分强大，能够在不同介质中进行传播，如果碰到不同类型的介质的分界面，超声波会自动发生折射、反射、绕射现象或者进行波形转换。

另外，超声波
的方向性很好，它可以在漆黑的环境中准确地找到想要观测的目标。

因此操作人
员可以通过定向发射，准确的发现焊缝中的缺陷。

除超声波检测外，在建筑钢构
的检测中，我们通常也会使用反射法对钢结构进行探伤，在检测过程中，操作人
员可以通过反射回波的声压高低来检测焊缝缺陷。

通常施工中建议超声波探伤采
用2-5MHz 探头，2-2.5MHz 性价比高，而且探头角度的选择也有很多类型。

在钢
材选择上，建议采用 K2.0（β600）或 K2.5（β700）的钢材。

五、总结
超声波探伤在钢结构检测中的应用，提高了钢结构的质量，将钢结构性能发
挥到最大。

超声波凭其自身独有的特性，可以对焊接完成之后的钢结构进行高精
度的捡测，针对不同类型的焊接缺陷问题，超声探头通过在焊缝上的移动来接收
到不同形状与高低的回波，以此来对缺陷类型进行判断。

参考文献：
[1]刘生虎.超声波探伤技术在建筑钢结构焊缝检测中的应用[J].住宅与房地产，2018（16）：197.
[2]肖斌.超声波探伤在建筑钢结构检测中的应用分析[J].建材与装饰，2016（17）：73-74.。