浅谈钢结构无损检测技术及实践

浅谈钢结构无损检测技术及实践

摘要：在钢结构中，由于钢材自身及焊接中常存在一些缺陷，必须对其进行缺陷检测或探伤检测。超声波检测技术因其在不损害被检对象未来用途和功能的前提下，能够完成材料和工件的检测。本文就超声波检测技术在钢结构的无损检测中的应用进行简要的探讨。

关键词：钢结构；无损检测技术；超声波检测

Abstract:In the steel structure, because its and welding steel there are some defects in, we must carry on the defect inspection or flaw detection. Ultrasonic testing technology because its not damage in for future use object and function of the premise, can complete materials and the detection. This paper ultrasonic detection technology in the steel structure of the application of nondestructive testing are briefly discussed.

Key words: Steel structure; Nondestructive testing technology; Ultrasonic testing 引言

无损检测就是在不损害被检对象未来用途和功能的前提下，为探测、定位、测量和评价缺陷，评估完整性、性能和成分，测量几何特征，而对材料和工件进行的检测。显然，缺陷检测或探伤是无损检测的最重要方面。常规的无损检测方法有；涡流检测、磁粉检测、射线检测和超声检测，其中以超声检测的应用最为广泛。在钢结构中，由于钢材自身及焊接中常存在一些缺陷，本文就超声波检测技术在钢结构的无损检测中的应用进行简要的探讨。

超声波检测的基本原理

超声波检测是利用超声波的物理性质，即通过某些介质的声速、声波衰减和声阻抗等声学特性来检测材料缺陷的一种无损检测方法。而超声检测中应用最广泛的物理量是介质的声速。首先，介质的声速与介质的许多特性如介质的成分、混合物的比例、溶液的浓度等有直接或间接的关系，利用这些关系，就可以通过测量声速来检测介质的这些参数。第二，介质的声速与介质所处的状态如介质的温度、压力、流速等有关，因此可以通过测量声速来测量温度、压力、流速等参数。第三，如果某一介质的声速已知，利用声波传播的距离和传播阶时间或利用声波波长和频率之间的关系即可测量距离。利用声阻抗或声衰减与介质某些特性之间的关系来测量介质的相关特性参数也是常用的超声检测原理。

超声波传感器

将超声波发射出去，然后再接收回来并变成电信号的装置叫做超声波传感器，也叫超声波探头。超声波传感器根据其工作原理的不同可分为压电式、磁滞收缩式、电磁式。目前应用数量最多的超声波传感器是以压电效应为原理的超声波传感器，它将来自发射电路的电脉冲加到压电晶片上，变成同频率的机械振动，从而向被检测对象辐射出超声波。同时，它又将从声场中反射回来的声信号转换成电信号，送人接收、放大电路，变为可在荧光屏上观察和判断的检测信号。

探头的基本形式有直探头和斜探头，直探头主要用于发射和接收垂直于探头表面的纵波，斜探头的压电品片与探头表面成一定倾角，常用的有横波探头、表面波探头和板波探头，其他各种探头都可以说是它们的变型。同时为了有效地增大声能的透过率，使声波更好地传人工件，常用液体如有机油、甘油、水玻璃等作为锅台剂置于探头与工件之间。

超声探伤技术

脉冲反射法是由超声波探头发射脉冲波到工件内部，通过观察来自内部缺陷或工件底面反射波的情况来对工件进行检测的方法。图1显示了接触法单探头直射声束脉冲反射法的基本原理。当工件中不存在缺陷时，显示波形中仅有发射脉冲T和底面回波B两个信号。而当工件中存在缺陷时，在发射脉冲与底面回波之间将出现来自缺陷的回波F。通过观察F的高度可对缺陷的大小进行评估，通过观察回波F距发射脉冲的距离，可得到缺陷的埋藏深度。当材质条件较好且选用探头适当时，脉冲回波法可观察到非常小的缺陷回波，达到很高的检测灵敏度。但是，脉冲反射法不可避免地存在盲区。

穿透法通常采用两个探头，分别置于工件两侧，一个将脉冲波发射到工件中，另一个接收穿透工件后的脉冲信号，依据脉冲波穿透工件后能量的变化来判断内部的缺陷情况。

当材料均匀完好时，穿透波幅度高且稳定；当材料中存在一定尺寸的缺陷或存在材质助剧烈变化时，由于缺陷遮挡了一部分穿透声能，引起声能衰减，从而使穿透波幅明显下降甚至消失。很明显，这种方法无法得知缺陷深度的信息，对缺陷尺寸的判断也十分粗略。脉冲反射法具有检测灵敏度高，缺陷定位精确，操作方便，只需单面接近工件等优点，在近表面分辨力和灵敏满足要求的情况下，脉冲反射法是最好的选择。穿透法的优势在于其不存在检测盲区，缺陷的取向对穿透衰减影响不大，同时，材质衰减只有反射法的一半，因此，穿透法适用于缺陷尺寸较大的薄板以及衰减较大材料的缺陷检测。

超声波检测技术在钢结构无损检测中的应用

5.1钢板检测

钢板的内部缺陷大多是与板面平行的扁平状缺陷，对于厚板．大多采用纵波探伤，板厚小于6m的薄板可采用板波探伤。用接触法探伤厚板时，往往用于小面积缺陷的探伤和抽查，对于大面积擦伤和批量探伤，大多采用水浸法。应用水

浸法探伤可以减少探头近场区的影响，为了消除钢板上表面的多次界面水中的传播时间，达到钢冰界面的多次反射被与底面的多次反射波相重合，即采用多次重合法进行探伤。同时，还可以根据钢板底面多次回波的高度变化来判定声衰减的快慢，从而确定缺陷的严重程度。也可采用穿透法对板材进行探伤。

板厚小于6m的薄板通常采用板波探伤，这是因为板波对薄板中的缺陷比较敏感，且传播距离大，探伤速度快，易于实现自动化。板波探伤中，对板材采用不同的入射角时就会激发出不同波型的板波，从而对不同性质和位置的缺陷有不同的灵敏度。因此，在探伤前最好通过试验来确定哪一种波型对探伤的板材具有最高的灵敏度和较小的损耗。

5.2超声波检测技术在焊接中的应用

（1）点焊接头的自动检测。电阻焊焊点质量扫描检测系统采用直径12mm、水中焦距26.4mm、焦柱直径0.34mm、频率为10MHz的超声聚焦探头，进行二维扫查。其原理是基于超声波的会聚效应和由于多次反射造成的反射波衰减，使紧密结合面的底波与交界面波分开。将超声波的发射、接收、分析、记录装置与计算机相结合，获得焊点的声扫描图像，可将焊点中的飞溅、气孔、缩松、裂纹等以图像的形式区分开来。

（2）长焊缝检测。对于长焊缝探伤来说，检测人员容易疲劳，影响检测结果，采用自动化检测装置，可以解决上述问题。检测系统主要由超声波探伤仪、自动扫查装置(装有串列探头)和数据处理系统等组成。检测时系统控制扫查装置进行矩形扫查，发现可疑回波后缩小扫查步距，防止漏检。系统可以连续进行缺陷位置评定和计算，结果以图像记录方式实时输出。系统的检测灵敏度可以达到同1mm气孔相同程度的回波被高，在缺陷发生率为3％时，可达到30m／h左右的处理能力。

（3）CO2焊缝超声波探伤。CO2气体保护焊是一种高效、高速的焊接方法，CO2焊缝超声波探伤系统由计算机、显示、打印输出、输入输出控制等部分组成。利用超声波探伤仪的同步周期信号，对探伤仪输出的缺陷回波信号实时高速步进采样，采样频率为40MHz。检测时探头固定，工件转动，实施定向扫查。当实施定向扫查。当缺陷波出现在报警闸门内并超过一定高度时，自动报警，系统采集缺陷并自动判定。当缺陷在焊缝中心或中心线左右2mm时．自动判定为未焊透；当缺陷处在焊缝两侧，即焊肉与母材的交界处时。自动判定为未熔合。系统可打印出焊缝缺陷位置图。根据所获得的回波高度是否超过检测线或测长线来判断焊缝质量合格与否。

结语

无损检测就是在不损害被检对象未来用途和功能的前提下，为探测、定位、测量和评价缺陷，评估完整性、性能和成分，测量几何特征，而对材料和工件进行的检测。超声检测作为钢结构常规的无损检测方法其在工程检测中应用最为广泛，其可以在不损害被检对象未来用途和功能的前提下，能够完成材料和工件的