建筑钢结构焊缝常见缺陷及超声波无损探伤检测

随着当代建筑技术日新月异的发展，建筑结构体系的种类不断的朝轻质、高强的方向发展，钢管混凝土结构、钢结构在当代建筑中使用率越来越高。尤其是在厂房建设及设备安装中更是大量使用钢结构。而焊接作为钢结构的主要连接方式之一，直接影响钢结构的施工质量，因此加强钢结构焊接质量的检测至关重要。

 

钢结构焊缝常见缺陷及产生的原因

所谓焊缝，是将没有连在一起的钢结构通过加工连接到一起的时候产生的，以便使钢结构更具有优势，同时也能增强其造型美观、跨度大的特点，并实现其他材料不能实现的一些建筑任务。但由于焊缝是人为焊接形成的，因此会存在一些质量上的缺陷，最终对钢结构工程的总体质量及安全情况产生一定影响。在钢结构焊缝中，常见的缺陷有：

 

（1）裂纹

裂纹，是钢结构在焊接后或者焊接过程中，由于种种原因，在焊接材料与被焊材料热影响区局部破裂的缝隙。比如焊缝中存在低熔点共晶体，导致钢结构的焊缝存在了质量问题。裂纹又分为热裂纹和冷裂纹两种，这两种裂纹对钢结构的危害都比较大。

 

（2）气孔

气孔是钢结构在加工过程中金属吸收了太多的气体，或者在焊接的过程中产生了过多的气体而形成的空穴。在对钢结构进行高温锻造时，导致形成气孔的因素比较多，譬如环境、技术、材料存在缺陷等都会导致气孔的形成。通常气孔会以椭圆形或球形的方式出现，外实中空。气孔还有密集气孔或单个气孔。

 

（3）夹渣

夹渣是焊缝中存在有熔渣或其他非金属夹杂物，通常以条状或点状的方式出现。

 

 

出现夹渣的原因有：坡口不干净、层间清渣不净、焊接电流过小导致钢材料未彻底焊成，焊接速度过快产生化学反应导致生成杂质、熔池冷却过快形成杂质且来不及浮起等。夹渣分为点状夹渣和条状夹渣，这些夹渣的出现会影响钢结构的物理性能。

 

（4）未熔合、未焊透

未熔合是指在焊接两层金属时，两层金属没有融合在一起。如果焊接材料表面没有处理好，出现了杂质；或者焊接电流过小，温度没有达到要求；焊接速度太快，焊接材料和被焊接材料没有焊接在一起，这些都会导致未熔合现象的产生，未熔合现象的存在会导致钢材料的参数达不到设计的要求。

 

未焊透与未熔合的因素相同，只是在焊接时，焊接材料和被焊材料没有彻底焊接在一起，呈现存在连接，但施工质量却未达到设计的要求的情况。

 

在焊接过程中，表面缺陷是非常容易被发现的，但是这些不规则的夹渣、未熔合、未焊透等内部缺陷，都不容易被发觉，这些都属于比较严重的缺陷，会对焊缝整体的强度造成不良影响，降低其性能。因此需要选择合适的技术来进行检测。

 

 

钢结构焊缝无损检测及内部缺陷识别

采用无损探伤的手段对焊缝进行质量检验是确保钢结构工程质量的重要环节。钢结构无损探伤包括超声检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测和涡流检测等五种检测方法。其中超声波探伤以其设备轻便、操作方便、检测速度快等优点在钢结构焊缝探伤检测中应用最为广泛。

 

（1）超声波探伤检测原理

超声波探伤检测是借助探头发射超声波，在检验材料中进行快速传播，一旦所检测的材料中有夹渣、气孔或裂纹现象，部分超声波会被反射，由超声波接收器进行接收，显示在屏幕上，通过对回波的分析和计算，可以明确检测材料的具体情况。

 

 

（2）钢结构缺陷内部识别

a、在利用超声探伤检测技术对裂纹进行检测时，裂纹回波高度很高，波幅也非常宽泛，对探头进行平行性的移动，会呈现出连续性的反射波，波幅也会随之发生改变，在对探头进行转动的过程中，波峰会随之向上或向下错动。

 

b、使用超声波检测气孔时，单个气孔所生成的回波高度很小，并且波形具有稳定性的特点，从不同的方向展开探伤检测可以发现，虽然反射波高度处于相同状态，但是只有稍微移动就会出现探头消失的现象。在气孔密集的地方，会形成一簇反射波，波高会因为气孔的大小不同而发生变化，在探头进行定点移动的时候，会呈现处此起彼落的状态。

 

c、点状夹渣生成的回波信号和点状气孔的回波信号较为相似，条状夹渣所生成的回波信号大多数都会呈现出锯齿的状态，反射率和波幅较低，波形经常会呈现树枝状态，主峰部分带有小峰，在移动探头的时候，波幅会出现变化，从不同的方向展开检测，反射波幅也存在一定差异。

 

d、在对未焊透缺陷进行超声探伤检测时，探头平移的工程中，波形非常稳定，在对两测区域进行探伤期间，会获得基本相同的反射波幅。

 

e、检测未熔合缺陷时，探头平移的过程中，波形同样会呈现出稳定性的特点，但两侧区的波幅存在差异，甚至有时候只能在一侧探测的时候或得反射波幅。

 

钢结构焊缝质量等级及检测要求

 

 

根据钢结构的承载情况不同，现行国家标准将钢结构焊缝分为三个等级，即一级焊缝、二级焊缝、三级焊缝。一级焊缝质量要求最高，三级最低，各个等级的焊缝检测要求都不一样。

 

按目前实施的GB 50205-2020《钢结构工程施工质量验收规范》的要求，全焊透的一级焊缝的探伤比例为100%，评定等级为标准GB/T 11345-2013中的II级；二级焊缝的额检验为抽样检验，检测比例为20%，评定等级为标准GB/T 11345-2013中的III级。

 

需要注意的是二级焊缝探伤分为工厂制作焊缝和现场安装焊缝两种类型，他们的探伤比例计数方法是不一样的。钢结构构件在工厂制作的过程中，一般焊缝长度都比较长，为有利于保证每条焊缝的质量，对于工厂制作的焊缝按每条焊缝长度的20%的比例进行探伤，且探伤长度≥200mm，当焊缝长度≤200mm时，应对整条焊缝进行探伤；而钢结构现场安装焊缝一般都不长，按同一类型、同一施焊条件的焊缝条数计算比例，探伤长度应≥200mm，并不应少于1条焊缝。

 

 

在标准GB/T  11345-2013《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》中，把焊缝超声波检验等级为A、B、C三个等级。

 

钢结构焊缝质量的超声波探伤检验等级应根据工件的材质、结构、焊接方法、受力状态选择，当结构设计和施工上无特别规定时，钢结构焊缝质量的超声波探伤检验等级应选用B级。B级检验原则上采用一种角度探头在焊缝的单面双侧进行检验，对整个焊缝截面进行探测。母材厚度＞100mm时，采用双面双侧检验。受几何条件的限制可在焊缝的双面单侧采用两种角度探头进行探伤，条件允许时应作横向缺陷的检验。

 

结语

总而言之，随着现代建筑工程项目的不断发展，先进的科学技术运用给检测建筑材料的质量提供了相应的保障。如今，对于建筑工程中经常使用到的钢结构而言，焊接是钢结构工程中应用最多的连接方式，焊接质量是验收的重要环节，所以在对其焊缝质量进行检测时会普遍用到无损检测中的超声波探伤技术。超声波探伤的使用可及时、快速的发现存在于钢结构焊缝中的缺陷，能够第一时间采取措施，从而增强建筑工程中钢结构的稳定性。

 

但超声波探伤作为钢结构焊缝质量控制的主要手段，除要求探伤检测人员掌握超声波探伤专业方面的理论知识外，还必须了解焊接工艺、现场焊接环境和其结构情况等，同时，超声探伤人员的实际探伤经验也是非常重要的因素。因此，探伤人员应不断探索，积累经验，才能对可能产生的焊接缺陷作出正确的判断，保证探伤结果正确可靠，以达到焊缝检测的目的，保证工程质量。