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摘要: 本文介绍了用专门设计的组合探头和试块对螺栓球节点网架焊缝,进行超声波探伤的技术和焊缝缺陷的验收分级法。该技术解决了钢管直径为d48～d159、壁厚3.5～8mm的杆件焊缝检验难题依据,提供了完整依据。
关键词钢网架超声波探伤质量分级法
中图分类号：F253.3 文献标识码：A 文章编号：
钢网架结构是由杆件和节点相连接组成的高次超静定结构,具有造型美观、耗钢量少、施工快、费用低、综合经济效益好等特点,因而建筑工程采用网架结构日见增多。在焊接球节点网架超声探伤技术研究成功的基础上,又成功地研制了专用单晶、双晶探头组合试块,合理确定了验收方法,解决了钢管直径为d48～d159、壁厚3.5～8.0mm的网架杆件焊缝超声波探伤标准,首次提供了依据。
1网架焊缝缺陷的特点
螺栓球节点网架是由杆件通过高强度螺栓连接交汇于球节点组成的,杆件系由钢管与锥头(或封板)焊接成的。它具有大曲率、小管径、薄壁管的焊缝是采用插口单面焊V型坡口、焊缝构造特殊,使用超声波检验困难较大。在实际工程中,常见焊缝的缺陷类型很多,如:未焊透、裂纹、未熔合、夹渣和气孔等。而影响网架焊缝强度的主要缺陷是:根部未焊透、裂纹、未熔合和长条夹渣。未焊透会使杆件焊缝的内应力在未焊透处集中,引起抗拉强度明显降低。裂纹的危害更为严重,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。在实际检验中发现,焊缝裂纹较多地集中于定位点焊部位,而采用自动焊时这种情况将大大减少。因此,这就为验收标准提供了依据。
2杆件焊缝超声波探伤原理
从斜入射超声波进入了薄壁小管径声场分析中可知,入射声束与反射声束重合区的声波将会相互干涉。当焊缝根部有未焊透等反射体,位于该声场加强区时,则干涉减弱,而实际上是增加了反射面,探伤仪荧光屏上的回波将增高,如忽略其表面反射损耗,其声压值(p)可近似用下式表述
P=2P0ACSinβ/λ.S
式中,AC---晶片有效面积；
A----晶片实际面积
B----折射角；
a----入射角；
s----入射点距声源的水平距离
λ----声波波长；
P。---起始声压。
其他区域的声域的声压值则P用公式表示:
P= P0ACSinβ/λ.S
声波反射回波幅度变化是随反射体形状而异。横孔类缺陷,由于直射波与管壁内表面反射波分开并没有干涉,只是增强了反射,故回波较高。方槽类缺陷,因槽底面、侧面和棱角都是反射面,在侧面上将同时接收两束波,且相互干涉,故反射波幅值时升时降,与槽的深度不成比例；如果槽成定角度,使其侧面垂直于入射声束,入射波束起主要作用,干涉就明显下降。
用柱孔反射体作为对接小管径焊缝探伤的标准,其主要优点是当孔径和孔深发生变化时,对反射回波有较好敏感性。当孔径为d2的柱孔深度小于5mm时,随孔深增加,柱孔回波幅度也随之增加;当孔深大于5mm时,回波幅度趋于饱和。这个实验结果对应用有指导意义。
薄壁管竖通孔可取d2-6db或d3-2db作为检验灵敏度,但是对于螺栓球网架杆件这种特殊结构的焊缝,缺陷深度的精确定位并不重要,只需定出缺陷的当量即可。故适用于对接焊缝的柱孔反射体,并不适用于钢网架超声探伤。研究结果对比试块采用横通孔(或矩形槽),经实践检验证明较为可靠。这在网架工程中得到了广泛使用。
3超声探伤工艺
3.1探伤准备
根据钢网架的特点,超声探伤检验只能采取单面单侧横波接触法。探伤前必须清除探测区域的飞溅物,氧化皮、锈蚀和焊瘤等物，以利探头移动。探头斜楔接触面应修磨成与杆件表面相吻合的弧形，以改善耦合性能。
3.2扫描调节
探伤仪、探头及其系统性能均需符合要求。每次使用前应对时基线、扫描比例进行校验。扫描调节在标准确试块SRN-TR上进行。校验时，将探头分别对准R10和R25圆弧面，反复调节“水平”和“深度”旋 ，使两圆弧面的回波前沿分别对准水平刻度“2”和“5”。至此，扫描比例调节完成。
3.3探伤方法
根据钢管的管径不同，对比试块的选用也不同，探伤时以选用对比试块的反射波幅达满屏80%作为基准灵敏度，探头在杆件上对焊缝的扫查方式，以探头垂直于焊缝前后移动和周向移动为主。采取一次波（即直射波）定位法，对波幅超过探伤灵敏度的反射波，根据探头的位置、方向、反射波位置及所掌握的焊缝资料，判断出缺陷的存在和性质。
3.4缺陷测长、当量及定位
探伤时，当发现缺陷波幅超过探伤灵敏度时，探头采用前后、左右、转角等移动方式，首先找出波峰最高点，然后增大衰减量，使波幅降至满屏的80%，此时衰减量即为缺陷的当量。各种管径的网架探伤灵敏度（指起始灵敏度）、定量灵敏度和判废灵敏度。
缺陷测长采用波高消除法，即当缺陷反射波幅达探伤灵敏度时开始，到波幅降至探伤灵敏度以下结束，其间长度即为缺陷指示长度。缺陷定位可面向封板（或锥头）顺时针划分成12个区域。
4 焊缝验收分级
缺陷评定
对于反射波幅超过探伤灵敏度的缺陷，若具有裂纹类危险性缺陷的特征，则需采取改变角度，观察动态波形，结合工艺特征作出判定。若对缺陷不能判断时,应辅以其他检验手段综合评判,缺陷反射波幅达到判废线则判废。
当缺陷反射波幅超过探伤灵敏度,指示长度小于10mm时,以5mm计; 可记录的两缺陷间距小于8mm時,以两个缺陷长度之和作为单个缺陷指示长度，间距大于8mm时，可分别计算。
5超声波探伤在网架工程中的应用
按焊缝超声波探伤20%比例的应用结果归纳发现，在电厂工程中的网架，点状类渣等缺陷较多，经解剖分析，主要是点焊工艺不当及焊渣未清理干净所致。小管径杆件的缺陷明显多于大管径的杆件，且许多严重缺陷也都是存在于小管径杆件的焊缝内。
总之，超声波探伤技术近年来在空间结构中的应用，显示了它在技术、安全和经济上的效能，取得了较大的社会和经济效益。
参考文献
《螺栓球节点钢网架焊缝超声波探伤及质量分级法》
《焊接球节点钢网架焊缝超声波探伤及质量分级法》
《螺栓球节点钢网架超声波探伤技术及应用》
《钢网架焊接球节点焊缝超声波探伤工艺及根部未焊透检测与评定》
关键词钢网架超声波探伤质量分级法
中图分类号：F253.3 文献标识码：A 文章编号：
钢网架结构是由杆件和节点相连接组成的高次超静定结构,具有造型美观、耗钢量少、施工快、费用低、综合经济效益好等特点,因而建筑工程采用网架结构日见增多。在焊接球节点网架超声探伤技术研究成功的基础上,又成功地研制了专用单晶、双晶探头组合试块,合理确定了验收方法,解决了钢管直径为d48～d159、壁厚3.5～8.0mm的网架杆件焊缝超声波探伤标准,首次提供了依据。
1网架焊缝缺陷的特点
螺栓球节点网架是由杆件通过高强度螺栓连接交汇于球节点组成的,杆件系由钢管与锥头(或封板)焊接成的。它具有大曲率、小管径、薄壁管的焊缝是采用插口单面焊V型坡口、焊缝构造特殊,使用超声波检验困难较大。在实际工程中,常见焊缝的缺陷类型很多,如:未焊透、裂纹、未熔合、夹渣和气孔等。而影响网架焊缝强度的主要缺陷是:根部未焊透、裂纹、未熔合和长条夹渣。未焊透会使杆件焊缝的内应力在未焊透处集中,引起抗拉强度明显降低。裂纹的危害更为严重,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。在实际检验中发现,焊缝裂纹较多地集中于定位点焊部位,而采用自动焊时这种情况将大大减少。因此,这就为验收标准提供了依据。
2杆件焊缝超声波探伤原理
从斜入射超声波进入了薄壁小管径声场分析中可知,入射声束与反射声束重合区的声波将会相互干涉。当焊缝根部有未焊透等反射体,位于该声场加强区时,则干涉减弱,而实际上是增加了反射面,探伤仪荧光屏上的回波将增高,如忽略其表面反射损耗,其声压值(p)可近似用下式表述
P=2P0ACSinβ/λ.S
式中,AC---晶片有效面积；
A----晶片实际面积
B----折射角；
a----入射角；
s----入射点距声源的水平距离
λ----声波波长；
P。---起始声压。
其他区域的声域的声压值则P用公式表示:
P= P0ACSinβ/λ.S
声波反射回波幅度变化是随反射体形状而异。横孔类缺陷,由于直射波与管壁内表面反射波分开并没有干涉,只是增强了反射,故回波较高。方槽类缺陷,因槽底面、侧面和棱角都是反射面,在侧面上将同时接收两束波,且相互干涉,故反射波幅值时升时降,与槽的深度不成比例；如果槽成定角度,使其侧面垂直于入射声束,入射波束起主要作用,干涉就明显下降。
用柱孔反射体作为对接小管径焊缝探伤的标准,其主要优点是当孔径和孔深发生变化时,对反射回波有较好敏感性。当孔径为d2的柱孔深度小于5mm时,随孔深增加,柱孔回波幅度也随之增加;当孔深大于5mm时,回波幅度趋于饱和。这个实验结果对应用有指导意义。
薄壁管竖通孔可取d2-6db或d3-2db作为检验灵敏度,但是对于螺栓球网架杆件这种特殊结构的焊缝,缺陷深度的精确定位并不重要,只需定出缺陷的当量即可。故适用于对接焊缝的柱孔反射体,并不适用于钢网架超声探伤。研究结果对比试块采用横通孔(或矩形槽),经实践检验证明较为可靠。这在网架工程中得到了广泛使用。
3超声探伤工艺
3.1探伤准备
根据钢网架的特点,超声探伤检验只能采取单面单侧横波接触法。探伤前必须清除探测区域的飞溅物,氧化皮、锈蚀和焊瘤等物，以利探头移动。探头斜楔接触面应修磨成与杆件表面相吻合的弧形，以改善耦合性能。
3.2扫描调节
探伤仪、探头及其系统性能均需符合要求。每次使用前应对时基线、扫描比例进行校验。扫描调节在标准确试块SRN-TR上进行。校验时，将探头分别对准R10和R25圆弧面，反复调节“水平”和“深度”旋 ，使两圆弧面的回波前沿分别对准水平刻度“2”和“5”。至此，扫描比例调节完成。
3.3探伤方法
根据钢管的管径不同，对比试块的选用也不同，探伤时以选用对比试块的反射波幅达满屏80%作为基准灵敏度，探头在杆件上对焊缝的扫查方式，以探头垂直于焊缝前后移动和周向移动为主。采取一次波（即直射波）定位法，对波幅超过探伤灵敏度的反射波，根据探头的位置、方向、反射波位置及所掌握的焊缝资料，判断出缺陷的存在和性质。
3.4缺陷测长、当量及定位
探伤时，当发现缺陷波幅超过探伤灵敏度时，探头采用前后、左右、转角等移动方式，首先找出波峰最高点，然后增大衰减量，使波幅降至满屏的80%，此时衰减量即为缺陷的当量。各种管径的网架探伤灵敏度（指起始灵敏度）、定量灵敏度和判废灵敏度。
缺陷测长采用波高消除法，即当缺陷反射波幅达探伤灵敏度时开始，到波幅降至探伤灵敏度以下结束，其间长度即为缺陷指示长度。缺陷定位可面向封板（或锥头）顺时针划分成12个区域。
4 焊缝验收分级
缺陷评定
对于反射波幅超过探伤灵敏度的缺陷，若具有裂纹类危险性缺陷的特征，则需采取改变角度，观察动态波形，结合工艺特征作出判定。若对缺陷不能判断时,应辅以其他检验手段综合评判,缺陷反射波幅达到判废线则判废。
当缺陷反射波幅超过探伤灵敏度,指示长度小于10mm时,以5mm计; 可记录的两缺陷间距小于8mm時,以两个缺陷长度之和作为单个缺陷指示长度，间距大于8mm时，可分别计算。
5超声波探伤在网架工程中的应用
按焊缝超声波探伤20%比例的应用结果归纳发现，在电厂工程中的网架，点状类渣等缺陷较多，经解剖分析，主要是点焊工艺不当及焊渣未清理干净所致。小管径杆件的缺陷明显多于大管径的杆件，且许多严重缺陷也都是存在于小管径杆件的焊缝内。
总之，超声波探伤技术近年来在空间结构中的应用，显示了它在技术、安全和经济上的效能，取得了较大的社会和经济效益。
参考文献
《螺栓球节点钢网架焊缝超声波探伤及质量分级法》
《焊接球节点钢网架焊缝超声波探伤及质量分级法》
《螺栓球节点钢网架超声波探伤技术及应用》
《钢网架焊接球节点焊缝超声波探伤工艺及根部未焊透检测与评定》