焊接球节点钢网架焊缝超声波探伤

焊接球节点钢网架焊缝超声波探伤

焊接球节点钢网架焊缝超声波探伤 2003年1月总第9l期西北建筑与建材2l

焊接球节点钢网架焊缝超声波探伤

张宣关

(陕西省建筑科学研究院710082)

摘要:本文主要探讨空间钢网架结构焊接接头超声波检测的有关技术问题.文中涉及到网架的制

作工艺和焊接方法,超声探伤系统的选择,探伤标定和探伤方法,检测结果分析和缺陷评定.同时系统

地总结了有关缺陷探测的规律性和特殊性.'

近十年以来,空间钢结构在建筑领域的应用越来越广泛,焊接球节点钢网架在大跨空间结构中的应

用尤为显着.该类网架在拼装制作过程中,球节点与杆件的焊接是主要的工作内容.除周边及其支座节

点外,其余上,下弦每个球节点均与8根杆件焊接相连,因此整个网架的焊缝数量及总长度都很大.球

一

杆焊缝的质量检验主要是外观检验和超声波探伤无损检验,本文作者根据多年的质量检验工作经验,

对该类结构焊缝的超声波探伤作一些探索.

一

,焊接球网架的拼装工艺和焊接方法

大跨网架的制作可分为地面拼装整体吊装和满堂架就位拼装两大类,焊接方法以交直流手工焊为主,

杆件端部加工30.,50.焊接坡口,一般不加工钝边.钢材材质主要分为Q235和Q345二类.焊条E4303

和E5015.焊接环境温度一般不低于5?,亦不需予热.焊前需对焊口部位100mm范

围内进行打磨除锈,

焊条烘干250,300\"(22小时.钢球规格通常为中250,500mm,壁厚一般不大于16mm.杆件规格为中

60,219mm,壁厚6,16mm.节点及焊接部位如图l,图2所示.

图l球节点示意图图2球一管接口示意图

西北建筑与建材2003年1月总第91期

二,超声仪器扩及探头

网架焊缝超声探伤的工作环境为高空和野外,且探伤面只有杆件一侧,因此宜选用重量轻,灵敏度

和分辨率高,线性好的超声仪,数字式或模拟式探伤仪均可.根据管件壁厚较小的特点,一般选用带曲

面的2.5PK2.5短前沿(1=5mm)A~晶片(6×6或8×8)探头,并结合使用较大晶片(9×9,8×12)探头.根

据经验,小前沿探头便于一次波探测根部未熔合及引弧处根部密集气孔缺陷,但由于晶片较小,声束狭

窄,有漏检焊缝坡口及层间未熔等缺陷的现象,而大晶片探头能有效地利用二次波检出

该类缺陷,为便

于操作可选用同K值不同晶片尺寸的两种探头对网架重要受力部位进行细致探测,以防漏检.

三,探伤准备

1.仪器——-探头系统规定

依据GB11345-89(《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法》或JBJ/T3034.1(《焊接球节点

钢网架焊缝超声波探伤方法及质量分级法》,对所选用的仪器——探头系统进行标定,作距离一波幅曲

线.定位方法可选用深度定位或水平定位,一般对管壁大于10mm,宜选用深度定位;管壁小于8mm宜

选用水平定位.表面补偿一般为4dB,耦合剂宜选用无蚀害作用的机油或工业浆糊.

2.确定探测区域宽度

在确定探测区域宽度时,一般以探头三次波加前沿并扩大10,20mm为探测范围,对该范围及焊缝

外表面易引起误判的伪缺陷(飞溅,焊瘤及不恰当佘高)进行打磨处理.常见规格管件扫查区域宽度见表l.

表1

管件规格2I9×16I80×I2I59×10140×8I33×8ll4×6

扫查区域宽度(mm)l20ll0l00l008070 四,缺陷探测

1.探头扫查方式

探伤时探头作锯齿形前后移动的同时不断向右作横向移动,前后扫查探 头的夹角为10,15.,锯齿间距不超过探头晶片宽度.发现缺陷后,停止前移, 进行绕射移动和定点转动,同时进行动静态波形分析,对缺陷作综合判断. 2.缺陷定位

在采用深度定位标定的情况下,搜索缺陷脉冲峰值,由示波屏直 接确定缺陷深度(Z);缺陷的横向位置确定,采用钢直尺从探头前沿 进行测量并作有关计算.当采用一次波时:

Y=y—Y=y—KZ

当采用二次波时:

Y=y-y=y-(26一Z)K

3.缺陷测长

图3探头扫查方式

y

2003年1月总第9l期西北建筑与建材

除?区缺陷和其它经分析判断为危害性缺陷判废外,对于?区和部分I区缺陷需进行指示长度测量,

常用半波高度法(6dB法).首先确定缺陷最高脉冲部位,在钢管表作记号,以该点为中心分别向左右两边移

动探头,当脉冲下降50%时作记号,左右两边记号之弧长距离作为该单个缺陷的指示长度.当两缺陷间距小

于8ram时,将该两缺陷指示长度之和作为单个缺陷的指示长度,依据标准进行评判.在实际工程检测中,会

遇到深度方向较长的缺陷,对此类缺陷,前后移动探头,对深度范围进行分析和评定.

五缺陷分析

通过长期的检测实践,可将钢网架球一管焊缝的焊接缺陷分为以下几类: 1.根部未焊透

'该类型缺陷很常见,有效的检测方法为采用短前沿小晶片探头(6×6)一次波法,该探伤方法简单实用,

但受管壁厚度影响较大,当6?6时,由于近场区效应,一次波受干扰很大,往往很难判断,此时需采用三次

波进行探测,亦可使用较大晶片探头(9×9,8×l0)三次波进行检测. 2.引弧处根部密集气孔

当施焊时无引弧板而直接于坡121处起弧时,极易出现密集气孔,该类缺陷的检测与根部未焊透相同.在

评定缺陷危害性时,除规范要求外,可参照根部未焊透缺陷,因为该类缺陷一般位于根部l,2ram处,指示

长度在l0,15ram,其应力集中程度与根部缺151相近.

3.层间夹渣

层间夹渣缺陷常发生于板厚深度方向2/3处,形成原因主要为小直径焊条(3.2)打底后清渣不彻底或

大直径焊条第一道填充时操作运条不稳定而形成,该类缺陷的检测一般以二次波或小晶片一次波,缺陷指

示长度通常为l0,12ram,但有密集现象.

4.焊缝中,上部气孔

此类缺陷的形成原因主要为焊条烘干不充分和焊接速度偏大,熔池停留时间较短,气体来不及逸出造

成.此外电弧电压偏高,电弧过长减弱了药皮造气的保护作用也是原因之一.探伤检测时,以二次波最有效.

5.焊缝球表面侧未熔合

此类缺陷当球壁厚较大时(6?20mm)极易发生,主要由于球.管散热速度相差较大,球壁温度梯度远

大于管壁,当运条不稳焊接时,由于熔池的表面张力较大和结晶速度较快而形成.遇到厚壁球,探伤时对

该类缺陷应引起重视,缺陷分布范围为焊缝深度方向?,处.有效的探伤方法为二次波法,该类缺陷的

脉冲往往较高,波形尖锐而清晰,波峰位于?区的多.

6.焊缝表面气孔

该类缺陷较多,主要位于盖面层收弧处,深度2,3mm,呈密集形,探伤时二次波检出率很高,缺陷一般

多位于盖面层偏向球方向侧,是否需要处理应进行分析.因球侧焊角高出管壁5,7ram,焊缝承载受力时,

其应力密度在该位置已很小,因此该类缺陷对焊缝的等强作用影响较小,可处理亦可不处理,应根据焊缝的

受力重要性来评定,亦可采用手动砂轮打磨来消除.

六,伪缺陷分析

24西北建筑与建材2003年1月总第9l期

1.衬环反射波

大管一般焊前装有衬环(5=3mm),其作用为保证焊接间隙和充分熔透.当衬环伸出较长,探伤时衬环

内壁棱角部位常有反射脉冲.排除该类伪缺陷的办法是探伤前需查清楚坡口角度,计算坡口水平投影长度,

探伤时根据缺陷的水平位置可分辨清楚,特别当焊缝整圈都有连续性尖锐脉冲时应引起重视,避免误判.

2.根部焊瘤

根部焊瘤发生于无衬环的接头中,由间隙较大而形成,脉冲峰值较大,长度有大有小.其排除方法亦采

用水平计算定位法.

3.焊缝表面咬边

表面咬边通过目测可清楚发现,但它易与内部缺陷相混淆.反射波常位于二次波极限位置之前,波形尖

锐清晰,当采用水平l:l定位时,通过水平距离测量位置容易确定,而示波屏脉冲位置正好与咬边位置相符.

4.表面沟槽

焊缝表面的沟槽易引起反射脉冲,其脉冲在示波屏的位置一般已进人三次波段,但通过

水平测量可辨

析清楚,或用沾油的手指在焊缝表面沾试,根据脉冲是否跳动来判断缺陷真伪. 5.耦合剂的反射

该类波属于表面波,一般由于耦合剂太多而造成.脉冲外形粗糙,底部较宽,当探头静止时,脉冲仍不断

缓慢变化,有经验的探伤人员可立刻判别.

6.球内壁反射波

该伪缺陷一般发生于小K值探头(K=2.0)一次波且管壁较厚(5?10mm)的焊缝探伤中,此类现象较少

见,但时有发生,应引起足够重视,它往往发生于同一规格球一管接头的批量之中.探伤时只需进行水平距

离计算即可分辨脉冲所示位置远离焊缝.

七,小结

焊接钢网架球体曲面角焊缝数量大,且施焊条件差,空间位置有限,缺陷较多,诸因素给超声探伤带来

很多困难.结合多年实践经验,本文认为首先应从理论上进行严密的分析,从实践中不断总结经验,归纳总

结出一些实用的规律,就可不断提高无损检测的准确性,以确保工程质量,同时应作深人的探索,不断完善

具体条件下的探伤方法,总结其规律性,丰富无损检测学科的内容. 【2】

【3】

【4】

参考资料

陕西省建设工程质量检测中t~,1990-2000年(《秦俑馆2#坑100m跨球节点网架焊接质量检测报告,(《西

安交通大学思源活动中心网架焊接质量检测报告,(《西安城运村网架焊接质量检测报告,张宣关等编

劳动人事出版社1998((超声波探伤

GB11345—89(《钢焊缝手工超声波探伤方法及探伤结果分级 中国机械工业学会焊接学会2001((焊接手册