钢结构具有强度高、自重轻、抗震性好、施工速度快、基础造价低、结构面积小、工业化程度高等一系列优点,与混凝土结构相比,更有利于建筑工业化的发展。
在建筑钢结构体系中,常见的有门式刚架体系和网架空间结构体系两种,其中门式刚架体系最为常见。无论采用哪种结构体系,都不可避免地要用到焊接工艺。由于受焊接工艺、环境条件、操作人员技术水平等诸多因素的影响,焊接接头不可避免地存在缺陷。
1、建筑钢结构焊接缺陷与焊接缺陷的区别
焊接不完全性英文翻译为:weld imperfection,意为:any bias from the ideal weld,表示与理想焊缝的偏差;而焊接缺陷英文翻译为:weld deficient,意为:unacceptable weld imperfection,表示不可接受的焊接缺陷。焊接缺陷是指焊接接头存在一定的不连续性或不完整性。焊接缺陷则是相对的,如果同类型、同尺寸的缺陷出现在制造要求高的产品上,可能被认为是焊接缺陷,必须进行修补;如果出现在制造要求不高的产品上,可能被认为是可以接受的、合格的焊接缺陷,不需要进行修补。因此,判断焊接缺陷是否为焊接缺陷的主要依据是评定焊接缺陷所使用的标准。
2、建筑钢结构焊接缺陷的危害
焊接质量受焊接材料、焊接工艺、操作环境、操作人员技术水平等多种因素的影响,因此缺陷的种类很多。从建筑钢结构焊接检测来看,可分为表面缺陷和内部缺陷。
表面缺陷是指焊缝表面用肉眼能够发现的缺陷,常见的表面缺陷有咬边、焊道、烧穿、电弧坑、凹陷、表面气孔、表面裂纹、根部未焊透等;内部缺陷是指位于焊缝内部的缺陷,用肉眼无法看到,需要借助专门的仪器或手段才能发现,常见的内部缺陷有气孔、夹渣、裂纹、未焊透等。
无论是表面缺陷还是内部缺陷,都会使金属的有效截面积减小,导致金属强度降低、应力集中,甚至产生裂纹。这是极其有害的,应严格控制缺陷的产生。大多数人可能认为内部缺陷比外部缺陷危害更大,更容易降低金属强度。因此,在检验焊接接头时,人们主要注重内部质量,往往会忽略表面缺陷。对试件的抗拉强度进行检测,发现与母材的抗拉强度相当。但断裂位置有所不同,表面有孔隙的试件断裂在焊缝上(孔隙处)钢结构焊缝等级划分,而内部有孔隙的试件断裂在母材的热影响区。虽然两种缺陷对试件抗拉强度影响不大,但其影响与断裂位置不同。一般来说,孔隙、夹渣等封闭缺陷位于焊缝表面时,对组织的影响要大于位于内部时。因此在实际检测工作中,不仅要重视内部缺陷的检测,而且表面缺陷也不能忽视。
3.建筑钢结构焊接缺陷检测方法
焊接过程中、焊接后、交付使用前,必须按照相关标准对焊接接头进行质量检验。检验方法有破坏性检验和非破坏性检验两种。这里主要介绍非破坏性检测方法。
无损检测是在不损坏工件或原材料工作状态的情况下检查被检件表面和内部质量的检测方法,常用的焊缝无损检测方法有PT(渗透检测)、MT(磁粉检测)、RT(无线电检测)、UT(超声波检测),各种检测方法的工作原理及优缺点如表1所示。
从表1可以看出,无论采用哪种方法检测焊接接头,每种方法都有各自的优点和局限性,仅用一种方法得到的结果不能全面准确地描述或评价一个工件或焊缝。理想的方式是利用以上几种方法得到的结果进行综合评定,这样才能尽可能全面地还原缺陷的真实情况。然而,这样既不高效,也不经济,而且没有必要。在实际检测工作中,可以先用肉眼检查表面质量,对有疑问的部位表面质量再用渗透或磁粉探伤进行检测。表面质量合格后,再用超声波或射线探伤方法检测焊缝的内部质量。因此,现行国家标准GB50205《钢结构工程施工质量验收规范》规定,对要求满焊的一、二级焊缝,应采用超声波检测方法检查内部缺陷。当超声波检测无法对缺陷作出判断时,才采用射线探伤。经过上述层层检查,接头焊接质量才能得到有效的保证。
4、超声波探伤在建筑钢结构中的应用
超声波探伤具有检测厚度大、灵敏度高、速度快、设备轻、操作方便、适合野外作业和高空作业等优点,在建筑钢结构焊缝内部质量检测中得到了广泛的应用。
1. 检测依据
在建筑钢结构中,现行有关超声波检测的国家标准主要有:GB/T 11345-2013《焊缝无损检测超声波检测技术、检测水平及评定》、JG/T 203-2007《钢结构超声波探伤及质量控制分类方法》以及焊缝缺陷评定标准GB/T 29712-2013《焊缝无损检测超声波检测验收水平》。
2. 检测前的基本要求
探伤前需要对被检构件有一个基本的了解,包括它的形状、尺寸、母材类型、焊接工艺参数、表面状况以及现场环境等,因为这些直接影响探头、DAC曲线等参数的选择。确定检测范围、显示评定方法、检测级别、验收水平以及缺陷处理措施等。
3. 人员和设备要求
3.1 进行检测的人员必须取得相应类别的超声波检测资格证书,经过专业培训和操作授权,有足够的超声波检测经验,具备一定的材料和焊接知识。
3.2检测设备包括超声波检测仪器、探头和试块。超声波检测仪器的参数及性能应符合JB/T 10061-1999《A型脉冲反射式超声波探伤仪通用技术条件》或同等标准的要求。探头试块应符合相关标准的要求。试块应符合GB/T 23905-2009《无损检测超声波检测用试块》的要求。检测前应使用试块对超声波探伤仪进行校准,校准结果应满足使用要求。
4. 检测步骤
超声波探伤虽然具有灵敏度高、速度快的优点,但也容易漏检,因此需要一些特定的检测步骤,一般来说,同一焊缝的探伤需要经过初步检测、详细检测、重复检测三个探伤过程,保证探伤能够覆盖到所有的检测区域,同时具有一定的高效性。
4.1 初步研究
使用调整好的超声波探伤仪,采用锯齿形、平行、斜平行等方式对焊缝及热影响区进行快速扫查,同时密切观察示波器屏幕上的回波信息,对疑似缺陷波进行检查,做好标记。此过程的特点是扫查速度快。
4.2 详细探索
扫查方法与初探相同,但速度相对较慢。重点准确探测初探发现的疑似缺陷部位,找到缺陷最大回波的位置,计算示波器屏幕上显示的声程、水平距离和深度。根据这些信息对缺陷进行准确定位,测量其显示长度,做好详细记录,并标记需要修复的位置。
4.3 重访
扫描方式与初步探索和详细探索相同,但速度可以稍快一些,目的是检查前两次探索的结果,避免漏检。
5. 缺陷评估与验收
焊缝或缺陷是否合格,取决于采用的标准。原国家标准GB/T 11345-1989以φ3mm横孔为基准,将焊缝的验收评定分为三个区域:区域I为无危险区域;区域II的缺陷按标示的长度评定;区域III的缺陷为需要返修的缺陷。在GB/T 11345-2013中,横孔、平底孔、矩形槽等均可作为参考灵敏度,不列入评定等级。详细信息需参考新标准GB/T 29712-2013《无损检测焊缝超声波检测验收等级》。在这个新标准中,缺陷的判定依据是钢板厚度、缺陷长度和缺陷回波高度。记录等级和验收水平随缺陷的长度不同而变化,不仅避免了对不同部件重要性的“一刀切”做法,也更加与国际接轨。
5. 总结
无论采用哪种检测方法、采用哪种标准钢结构焊缝等级划分,缺陷对工件质量的影响都不容忽视。百年大计,质量为先,没有质量就没有安全。如今钢结构已经得到广泛应用,国家大力推行结构工程,钢结构工程可能如雨后春笋般出现在各类大中小型工程中。作为检测人员,应引起足够的重视,严把质量关,确保不遗漏任何缺陷,做好焊缝的修复工作。进行100%无损检测,确保超标缺陷彻底消除;对不需要修复的缺陷,应作相应的记录。