孟云涛
云南宏宥工程检测科技有限公司 云南昆明 650032
摘要：随着我国工业技术的快速进步发展，钢结构在我国工业生产中得到了大力推广。钢结构焊接技术虽然已经相对成熟，但在实际操作过程中仍然会不可避免的发生一些焊接质量问题。本文通过论述超声探伤这一无损检测技术的重要应用和特点，针对钢结构焊接中存在的具体问题，从焊缝的等级规范，检测类别、评判标准和技术缺陷等方面进行无损检测的超声探伤技术应用，在不需要损伤结构的情况下，就可以检测钢结构内部是否存在焊接缺陷，加强对钢结构焊接质量的检验和规范，提高钢结构工程的施工质量。
关键词：钢结构；无损检测；超声探伤；应用措施
引言
随着社会经济的不断发展，钢结构工程因为施工周期短、结构相对稳定，而且可以保障和延长建筑物的使用寿命，因而在我国厂房、桥梁建筑和多层建筑物的施工结构中广泛应用，已经成为了一种重要的基础建筑结构。在钢结构的建设施工中，必须对它的质量问题进行严格检查，确保各个钢结构建筑项目的整体施工质量。超声波无损探伤技术是我国目前钢结构质量检测的一种成熟的主要应用技术。超声波探伤技术通过超声波对钢结构焊接部位进行探测，对反射回来的声波进行详细分析计算，准确判断出钢结构内部缺陷的宽度、位置和种类等基本情况。
一、超声波探伤技术的应用原理和特点
（一）超声波探伤技术的应用原理
超声探伤是利用探伤仪探头发出的高频声波，检测钢结构焊接缺陷的一种先进检测技术。它的技术应用原理是利用超声波束入射到金属材料内部，在发现金属结构内部的各个截面间存在的缺陷后，对应零部件缺陷部位产生反射波，由探头接收后在显示屏上以脉冲波形显示出来，给技术工作人员提供判断缺陷位置、大小、范围和种类的依据，实现工件的特性测量、组织结构和力学性能变化的检测评定，最终完成对工件的整体应用性能的综合性评价。A型脉冲反射法，TOFD衍射时差法、超声导波法以及PAUD相控阵超声检测法都是超声探伤技术的检测方法。并且其中的A型脉冲反射法又有纵波、横波、表面波、爬波等技术检测方法。
（二）超声波探伤技术特点
超声探伤技术检测速度快、检测数据精准，并且能够检测出多种结构缺陷问题。因而成为了当前钢结构缺陷检测采用的主要技术。超声波的穿透力要比较强，可以实现对一些厚度比较大的钢材缺陷的精准探伤检测。超声波的频率远超人们的听力极限，也不会产生强烈的噪音对人们的听力造成损伤。不过，超声探伤技术对检测人员的操作技术能力要求比较严格，并且只能在表面光滑的规则型钢结构中进行无损探伤检测。进行超声波检测的经济成本相对较低，施工单位需要合理分析这项技术在自身企业的经济适用性。
二、钢结构无损探伤超声波检测中发现的问题
钢结构在我国工业建设和建筑施工行业的广泛推广应用，提高了结构的稳定坚固性，并且还满足了延长这些结构使用寿命的重要作用。但钢结构的施工建设对钢材质量和焊接处理要求非常高，而钢结构内部的一些焊接裂纹、气孔、未焊透、未熔合等质量问题，并不是通过肉眼观察就能够准确发现的。它需要利用一定的检测技术和手段进行精准的检查评定，从而发现钢结构内部存在的质量问题，保证结构的整体稳固性。
（一）钢结构内部出现的裂纹质量问题
热裂纹和冷裂纹是钢结构施工中因温度不同造成的不同裂纹现象。高温状态下产生的裂纹是热裂纹，还可称作高温裂纹或结晶裂纹。焊缝内部和热影响区都很容易产生这种裂纹。热裂纹一般有纵向、横向、根部、弧坑裂纹，以及热影响区裂纹等几种具体的表现形态。一般出现热裂纹都是由冶金和力学原因造成的。在低熔点共晶和杂质以液态间层形式存在于在焊接熔池结晶过程中，并发生偏析现象造成的。这些材料的结构强度根本就不能满足施工建设要求，在受到超出承受范围的应力作用时，就会在结构内相应部位出现这种结晶裂纹现象。或者母材的晶界上存在低熔点杂质和共晶，在出现超出钢材承受范围的应力时，造成金属材料出现热裂纹现象。冷裂纹主要是焊接接头之间出现淬硬结构；存在扩散氢密集的情况；焊接拉伸应力超出承受范围等原因，或者是焊缝在冷却过程中温度下降过快造成的，有的马上就会出现裂纹，有的在焊接施工完成一段时间后才会出现，因此冷裂纹也常被叫做延迟裂纹。
（二）钢结构内部出现的气孔问题
气孔是钢结构焊接过程中常见的质量缺陷问题。一些非压力结构部件的焊接施工中，并不把焊接气孔当做一个严重的质量缺陷，常常忽略掉它对焊接质量造成的影响。但在钢结构焊接施工在，气孔问题直接降低了焊接接头的机械性能，在应力集中的情况下，气孔造成焊缝的有效应力截面变小，大大降低了接头处的机械性能。使结构工件变得脆弱易被损坏，影响结构的整体机械性能。特别是钢结构发生贯穿性或连续性焊接气孔问题时，还会严重影响结构的密封性。正常的焊接施工，根本无法保证在焊接过程中不产生气孔。因此，需要相关技术人员进行施工技术改良，利用惰性气体保护熔池；同时要求焊缝部位在整个焊接过程中要一次焊透；或者用背面止口的方式防止接头处出现焊接气孔。熔池上下方位置因在焊接过程中极易混入空气，因此成了产生气孔问题的高发部位。气孔问题形成的主要原因是由于施工前没有清理干净焊接部位，焊接作业过程中的高温环境，材料表面的氧化物质和污垢等，在施工环境中氧气、氢气、氮气和焊接冶金反应生成的一氧化碳等气体的影响下，不能及时在冷却凝固后排放出去，从而形成了焊接气孔。
（三）焊接过程中未焊透、未熔合
焊接施工过程中出现焊接接头根部未完全熔透，或者，焊件和焊缝材料或者焊缝层之间有的部位没有熔透等现象。出现这些情况后，会给钢结构焊接部件造成严重的质量缺陷，严重时焊缝会发生间断或者突变现象，在焊缝承受较大应力作用时，还会直接产生裂纹。因此，施工中要严格杜绝出现未焊透和未熔合的焊接质量问题。对于焊件间隙、坡口角度、钝边郭恒、焊条直径、焊接电流、速度、电弧等容易造成未焊透和熔合度不好的这些因素，在焊接施工时一定要注意，并进行合理调整，及时处理焊接材料表面的污垢和氧化物，确保焊接质量。
二、超声探伤无损检测技术在钢结构施工中的具体应用
（一）超声探伤无损检测在道路施工中的应用
我国的交通运输行业随着社会经济的进步发展变得四通八达，交通行业的道路施工中，施工建设单位也在不断研究优化各种施工技术。铁路交通对于人们来说，是一种相对比较安全的交通运行方式，铁路建设施工单位要认识到自身的施工质量对人们出行安全的严重影响，在实际的钢轨焊接工作中，一定要避免人为因素对焊接质量造成的不良影响。钢轨焊接接头的平整和紧密程度是影响火车安全稳定运行的主要因素，因此，在完成火车道轨的施工后，一定要应用无声探伤的超声检测技术对它的安全性能进行严格的检测。技术检测人员只需要利用超声探头和需要检测的钢轨部位的接触，控制仪器设备就会释放超声波，根据超声回复的显示数据就可以准确判断钢轨内部是否存在问题缺陷及损伤。
由于火车的自身重量问题，很容易在通行过程中长期碾压钢轨而造成其表面或结构内部的损伤。铁路相关部门一定要重视这个问题，定期利用超声探伤装置对钢轨进行全面的无损检测，及时发现安全质量隐患，并及时解决，提高铁路交通运输的安全性能。
（二）无伤检测超声探伤技术在建筑钢结构施工中的应用
1.超声探伤检测人员的专业技术必须过硬
超声探伤技术需要操作人员根据仪器上显示的波形进行准确的分析判断，主观性比重较大。因此，技术人员的的专业水平对探伤结果的判断非常关键，需要具备丰富的经验，并取得相关方面的检测等级资格证，在实际工作中，严格按照对应的资质等级进行无损检测，还要对自己的检测结果承担相应责任。
2.准确选择超声探伤的探头和探测部位
钢结构内部存在的缺陷类型多种多样，使用不同的探头才能检测出相应的缺陷类型。凭借以往的工作经验，结合钢结构的形状，焊接使用的工艺，以及该工艺可能会出现的缺陷部位等因素合理选用检测探头，并根据缺陷可能延伸发展的方向及具体的焊接质量要求等正确判断选择需要检测的探测部位。
3.合理控制探头声波频率和角度问题
探头频率和探头角度是探伤检测中的两个重要因素，过高的频率，衰减较快，穿透力就会相应变小，无法对厚度较大的钢结构部件进行有效检测；频率低又会影响探头的分辨率。因此，需要根据钢材厚度合理选用探头频率，既要保证探头的穿透性能，又要保证它的分辨率，虽然一般的钢结构无损检测超声探伤大多选用2.5MHz的探头频率，但实际探测中还要根据实际情况进行分析，选择合适的频率进行操作。
根据钢材构件的厚度，焊缝坡口类型和缺陷类型等判断选择探头角度问题，一般在钢结构建筑中，选用K2.0和K2.5角度基本可以满足钢材的厚度要求，对于厚度较小的钢网架杆一般则选用K3角度进行相应的内部探伤检测。
4.耦合剂的选择要合适
钢结构的无伤检测超声探伤过程中需要使用一些耦合剂，这样既可以保证探测的良好透声性，又可以保证探头顺畅的在探测部位间滑动。市场上的耦合剂种类繁多，可以购买使用物美价廉，对人体无伤害的安全性能好的耦合剂产品。
5.对焊缝进行超声探伤的具体方法
对钢结构的焊缝部位探伤检测时，首先对该部位进行锯齿型的扫查，检测焊缝部位是否有纵向形态的裂缝问题，然后利用斜平行和平扫方式，检查焊缝、熔合区、热影响区等部位是否存在横向性质的裂缝问题。接下来开展精扫探检工作，精扫探检的方式方法和先前的探测方法大致相同，就是速度不再那么快。对初次探测发现问题的部位详细、周密的进行探测，准确判断出焊缝缺陷的位置，大小和类型等。最后在钢结构焊缝部位进行复探，核对和校验前两次的探伤结果，探测方法也和前两次的大致一样，只是加快了速度。
应用有垫板超声波探伤技术检测钢材焊缝时，可以先发射一次超声波作为基准波，以它为基准经常材料的耦合状况，还可以冲抵有垫板探测的负面影响。根据从垫板反射的声波状态，准确判断处理材料存在缺陷的具体部位。然后利用探头后拉发射的二次声波和其他部位垫板的反射波进行仔细鉴别判断，防止出现缺陷误判现象。因牛腿侧不开坡口在和H形梁焊接对缝时容易发生缺陷，因此探测时需对这个部位加强检测。
箱型柱是当前钢结构多层建筑中的主要受力结构，当前我国的施工建设中，经常因为箱型柱施工制造过程中的一些缺陷，导致后期受到对应方向的收缩应力发生层状撕裂缺陷，目前还需要对箱状柱和梁连接处的探测进行技术改进，把隔板和盖板的焊缝改良成单面暗焊工艺，减小隔板受到的双向应力，防止在发生层状撕裂现象，保证焊缝的整体统一性，提高焊接质量。
结束语
总之，随着现代工业和建筑对钢结构的大量应用，施工建设单位必须保证钢结构的焊接质量。在实际应用中，应用无损检测超声探伤技术对钢结构进行质量检测，保证钢结构建筑的安全质量，提高建筑工程项目的整体安全性能，
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