近年來建筑鋼結(jié)構(gòu)、橋梁鋼結(jié)構(gòu)、各種設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)越來越多的出現(xiàn)在我們身邊，隨著鋼結(jié)構(gòu)工程建設(shè)的快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢測的應(yīng)用也在增多。檢測的焊縫形式主要有對接焊縫、角焊縫和T型焊縫，在工作中經(jīng)常遇到T型焊縫的檢測，建筑鋼結(jié)構(gòu)中常見的H型鋼的翼板和腹板焊縫是T型焊縫、橋梁鋼結(jié)構(gòu)中常見的焊接鋼箱梁的腹板和底板或頂板焊縫是T型焊縫，T型焊縫的主要特點有：
T型焊縫施焊特點：
（1）坡口形式：T型梁的T型焊縫的坡口一般開在腹板側(cè)，常見的坡口形式有單面，雙面V型坡口。
（2）焊接程序：由于內(nèi)側(cè)施焊位置不利于施焊，焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，因此在腹板裝配時坡口側(cè)定位在內(nèi)側(cè)，先在內(nèi)側(cè)打底施焊，然后在外側(cè)碳刨或打磨清根施焊蓋面。
（3）焊接方法：在內(nèi)側(cè)打底常用手工電弧焊或CO2氣體保護焊，外側(cè)常用的焊接方法有手工電弧焊或CO2氣體保護焊，為了使外側(cè)焊縫表面成形美觀，也可在專用的胎具上使用埋弧自動焊。
焊縫中存在的主要缺陷類型：
在檢測過程中經(jīng)過多次對缺陷進行碳刨或打磨驗證，發(fā)現(xiàn)的缺陷主要有裂紋、根部未焊透、未熔合、夾渣、氣孔等缺陷。
各種焊接缺陷產(chǎn)生原因根據(jù)多年的檢測經(jīng)驗及與施焊人員進行交流，各種缺陷產(chǎn)生的原因如下：
（1）裂紋主要發(fā)生在高強鋼、合金鋼材料的焊縫；在焊接過程中焊接線速度快、焊接電流大、環(huán)境溫度低焊縫在冷卻過快產(chǎn)生焊接應(yīng)力集中最終導致焊縫或母材熱影響區(qū)開裂；
（2） 根部未焊透主要是由于焊接位置限制，不便于操作或者操作者責任心不強，在背面碳刨（或打磨）清根時深度不夠，或打磨時根部間隙極窄，不利于焊透。
（3）未熔合主要有坡口未熔合和層間未熔合兩種。坡口未熔合主要是由于電弧吹偏造成坡口的母材金屬與焊縫金屬未能夠熔合在一起；層間未熔合是由于在多道焊時焊道間清理不凈或電流偏小造成焊道間金屬未能夠完全熔合到一起而形成的缺陷。
（4）夾渣、氣孔產(chǎn)生的主要原因是兩個方面，第一焊材焊前烘干溫度、時間達不到要求，坡口表面潮濕、有油污；第二焊接工藝參數(shù)不符合要求，焊接電流偏小、焊接速度過快等因素造成熔池中的氣孔、熔渣沒能夠浮出而滯留在焊縫中形成的缺陷。
（5）針對以上對焊縫中存在的缺陷及其形成的原因進行分析，在超聲波檢測過程如何正確選擇探頭對焊縫中存在的缺陷進行實際檢測有著重要的意義。
這種焊縫與平板對接焊縫有著不同的結(jié)構(gòu)和特點，檢測的方法相應(yīng)的受幾何形狀的限制，不利于射線檢測，對內(nèi)部缺陷只有使用超聲波法檢測。
超聲探傷法可以檢測焊縫的內(nèi)部缺陷，主要用于焊縫的內(nèi)部存在的氣孔、夾渣、裂紋、未熔合、未焊透等缺陷檢測。其檢測原理為：超聲波檢測儀同步電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖同時加至掃描電路和發(fā)射電路，掃描電路在熒光屏上產(chǎn)生水平掃描線，發(fā)射電路產(chǎn)生高頻脈沖，加至探頭，激勵探頭產(chǎn)生超聲波，并通過耦合劑在工件中傳播，遇到缺陷或底面時將會產(chǎn)生反射回波，探頭將接收到的缺陷或底面的回波轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)接收電路放大檢波，在熒光屏水平掃描線的相應(yīng)位置上產(chǎn)生缺陷波或底波，根據(jù)顯示的缺陷位置、回波幅度及測量長度對缺陷進行評級。目前在鋼結(jié)構(gòu)檢測中，超聲法檢測依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標準》GB/T50621-2010進行。
按照GB/T50621-2010檢驗等級A級檢測，采用腹板處單面單側(cè)掃查。對探頭的K
值選擇GB/T50621-2010規(guī)定如表1，
表1 GB11345-89中K值規(guī)定：
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腹板厚度mm |
折射角(°) |
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<25 |
70°(K2.5) |
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25~50 |
60°(K2.5 K2.0) |
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>50 |
45°(K1.0 K1.5) |
在一次檢測T型焊縫工作中，發(fā)現(xiàn)了選用不同探頭對缺陷定量不一致，具體情況是：
工程情況：
鋼結(jié)構(gòu)橋梁T型梁的T型接頭，焊縫長14m，腹、翼板采用的材料均為Q345qD，腹板厚度T=14mm；翼板厚度T=20mm，腹板開雙面V形坡口，焊接方法為CO2氣體保護焊。
檢測標準：
根據(jù)圖紙設(shè)計要求，采用GB/T50621-2010標準進行檢測，I級合格，檢測質(zhì)量等級為A。
檢測準備：
對焊縫側(cè)的腹板100mm范圍內(nèi)存在的焊接飛濺、焊瘤進行清理打磨。
檢測設(shè)備器材：
超聲波探傷機型號為PXUT-350B數(shù)字探傷儀；探頭選用型號2.5P13×13K2.5試塊選用CSK-IA和RB2；耦合劑用化學漿糊。
儀器調(diào)節(jié)：
按GB/T50621-2010標準A級要求進行調(diào)節(jié)DAC曲線，表面補償4dB。檢測靈敏度φ3×40-16。
檢測情況：
檢測時按照GB11345-89選用2.5P13×13K2.5探頭進行檢測，發(fā)現(xiàn)焊縫有距焊縫端1.2m處有一缺陷回波，缺陷最高波顯示的深度8~10mm，缺陷最高波當量值為SL+5dB，位于DAC曲線的II區(qū)，測量的缺陷長度為10mm。評級為Ⅰ級。當驗證缺陷換用5P9×9K3探頭進行檢測時，發(fā)現(xiàn)缺陷深6~8mm，缺陷最高波當量值為SL+12dB，位于III區(qū)，測量的缺陷長度為20mm，評級為Ⅳ級。
為什么按照GB/T50621-2010選用K2.5探頭檢測焊縫合格，用K3探頭檢測會出現(xiàn)焊縫不合格。分析原因可能是T型焊縫由于坡口或間隙較大，焊接后引起焊腳過大，致使K2.5探頭超聲波主聲束未掃查到缺陷，而是擴散聲束掃查到缺陷。出現(xiàn)檢測時缺陷的定量和定位不夠準確，引起評級的錯誤，造成焊縫內(nèi)部缺陷的漏檢。
因此檢測時應(yīng)選擇合適的探頭，包括探頭的K值、頻率、晶片尺寸和前沿長度，其中對探頭K值的選擇應(yīng)從以下三個方面考慮：
（1）使聲束掃查到整個焊縫截面；
（2）使聲束中心線盡量與主要危險性缺陷垂直；
（3）保證有足夠的探傷靈敏度。
1.使聲束掃查到整個焊縫截面
有的焊縫由于坡口或間隙較大，使焊接后焊腳過大，這種情況對K值的選擇應(yīng)保證掃查整個截面，如下圖左：直射波主聲束掃到翼板C，一次反射波最少也要掃到C點。如果K值太小會有主聲束掃查不到的死區(qū)，如下圖右：⊿CDE就是死區(qū)，這就容易造成內(nèi)部缺陷漏檢。圖中H為焊腳寬度；L為探頭前沿長度；T為腹板厚度。
由上圖可知：和，因為AC+BC=T，所以，可知K = 。檢測時應(yīng)保證：K ≥。對于不能滿足此條件的探頭雖然也可以通過擴散聲束掃查到缺陷，但肯定會引起缺陷的定量和定位不夠準確，甚至評級的錯誤，造成焊縫內(nèi)部缺陷的漏檢。因此對于T型焊縫或角焊縫的橫波檢測，如焊腳過大應(yīng)使用大K值短前沿探頭。
2.使聲束中心線盡量與主要危險性缺陷垂直
T型焊縫中主要存在的缺陷有兩種，一種為焊縫根部未焊透，另一種為翼板內(nèi)的層間撕裂。而這兩種缺陷都屬于危險性缺陷，缺陷方向通常平行于翼板，腹板處斜探頭檢測，大K值的探頭能使聲束中心線盡量與這種缺陷垂直。因此大K值的探頭比小K值的探頭更易發(fā)現(xiàn)T型焊縫中主要危險性缺陷。
3.保證有足夠的探傷靈敏度
根據(jù)公式N= -可知：
(1) 探頭晶片面積影響近場長度；
(2) 探頭K值影響近場長度。
式中 N—橫波近場長度
Fs—晶片面積
λ—工件中橫波波長
L1—入射點至波源距離
橫波檢測時，選用大K值、小晶片探頭可以減少近場長度，避免在近場區(qū)檢測，使檢測結(jié)果更準確。但有時會出現(xiàn)表面波干擾檢測，這是由于晶片尺寸過小引起的半擴散角增大，上折射角等于或接近90º而產(chǎn)生表面波。
根據(jù)公式θ=，
式中θ—半擴散角
λ—工件中橫波波長
a—方晶片邊長
可以通過增大探頭的頻率來減小半擴散角避免表面波，增大探頭的頻率還可以減小超聲波波長，由于波的繞射，超聲波探傷靈敏度約為半倍波長，減小波長可提高發(fā)現(xiàn)最小缺陷的能力，因而提高了探傷靈敏度。
4.應(yīng)用
那么什么情況是焊腳過大，應(yīng)根據(jù)焊腳寬度、腹板厚度和探頭前沿計算K值？根據(jù)上式K ≥得H≥時焊腳過大。如腹板厚度小于25mm，按GB11345-89規(guī)定選取K2.5探頭，前沿長度一般為L=10~15mm，我們?nèi)?/SPAN>L=10mm計算。當H≥1.25T-5時，可以認為焊腳過大，需用公式K ≥計算選擇K值。
如某鋼橋工程實例：腹板為16mm，焊腳寬度為15~17mm，這里取H=17mm≥1.25T-5，按K≥計算，應(yīng)K≥2.94。如按表1選擇K值為2.5，就可能會出現(xiàn)檢測時缺陷的定量和定位不夠準確，甚至評級的錯誤，造成焊縫內(nèi)部缺陷的漏檢。。
根據(jù)以上選用兩種不同型號的探頭進行對比檢測和返修缺陷時的觀察，可以看出選用大K值不但有利于發(fā)現(xiàn)缺陷，而且對缺陷的定位和定量也更接近真實數(shù)據(jù)。
5.結(jié)語
通過以上討論，我們可以認為：對于鋼結(jié)構(gòu)T型焊縫焊腳過大時，進行超聲波橫波檢測時可能會產(chǎn)生漏檢，為防止這種情況發(fā)生，應(yīng)根據(jù)焊腳寬度、腹板厚度和探頭前沿計算合理的K值，優(yōu)先選擇大K值、短前沿、小晶片和高頻率的探頭。這樣不但避免了缺陷的漏檢，還增加了檢出主要危險性缺陷和細小缺陷的能力。
