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摘要：塞焊焊接在建筑、船舶和海洋平台等钢结构领域中应用比较广泛，其焊接质量会直接影响钢结构整体性能。本文主要分析了钢筒仓关键部位塞焊的无损检测鉴定技术，希冀能为钢结构塞焊焊接检测和损伤判定提供一定参考。
关键词：钢筒仓；关键部位；塞焊；无损检测鉴定技术
钢材相比于传统的钢筋混凝土具有自重轻、施工方便、环保和可回收利用等诸多优点，近年来土木工程领域中钢结构的应用越来越普遍。在对钢结构进行设计时不仅要考虑结构本身的稳定性、刚度和强度要求，同时构件之间的连接方式也应该特别重视。钢结构构件之间的连接方式主要有螺栓连接和焊接，连接质量[1]成为了影响钢结构稳定性的一大因素，因此，对于焊接从微观角度了解缺陷并运用超声波无损检测进行无损探伤至关重要。
一、工程及事故概况及原因分析
（一）工程及事故概况
该钢筒仓于2015年建成并投入使用，工程结构设计基准期为50年，建筑场地类别为Ⅱ类。建筑结构安全等级为二级，抗震设防类别为丙类，抗震基本设防烈度为7度，框架抗震等级为三级。该工程分三个单体筒，立筒库内径为10.92m，标高5.970m以下为框架梁、框架柱承重，底部钢漏斗周边与标高5.970m处框架梁采用焊接及预埋件连接。2017年8月1日，1#筒仓卸料漏斗在卸料过程中发生脱落，6天后2#筒仓卸料漏斗又发生了同样的事故。3#筒仓未发生问题。受损筒仓为钢板仓，底部漏斗完全脱落，筒仓顶部向内凹陷、破损。
（二）事故疑点和原因初步分析
根据相关单位提供的钢筒仓结构设计图、案情即时报告等资料，以及我方人员前往事发地做现场查勘，对事故原因作出初步分析如下：
（1）地基不均匀沉降。地基不均匀沉降会改变结构原有的受力平衡，将导致部分连接板受力过大。
（2）竣工1年的连接锚板锈迹明显，腐蚀严重。
（3）预埋在混凝土圈梁中的钢筋是通过塞焊的形式与连接锚板相连，从事故照片来看塞焊被完全拔出（图3），疑似因之导致这一重要连接的失效，并引发仓底坍落；应检视该工程设计和施工对于锚板塞焊的处理情况、预埋筋抗剪力的设计情况。
（4）塞焊连接对母材有特殊要求，因此，应通过检测了解塞焊母材的材料力学性能。
（三）试验设计
现场取样的试件包括锚板样本3件和混凝土承重圈梁上的连接钢板3件。其中锚板1号样本四处连接焊缝一处带有残余预埋筋，两处焊缝完全拉脱仅留有孔洞，一处有残余焊缝；锚板2号样本四处连接焊缝，两处焊缝完全拉脱，两处有残余焊缝；锚板3号样本四处焊缝全部完全拉脱。综上，设计以下三种试验：室内检测试验一：连接锚板焊缝处的超声波无损检测。以1#、2#筒仓的受检构件为主要检测对象，对仓卸货底钢底座与混凝土支撑圈梁连接锚板处的焊缝做无损检测。室内检测试验二：对1号样本带有残余预埋钢筋的锚板预埋筋剪切拔出承载力试验。室内检测试验三：连接钢板、预埋筋所用钢材的力学性能检测。
二、塞焊焊缝质量超声波检测
（一）试验方案
从现场取样中选取焊缝保留完整的两块锚板进行超声波无损检测，塞焊孔编号见（图10）所示。现场取样试件表面锈蚀，毛刺较为严重，用粗砂纸进行表面处理打磨。本试验选用仪器为美国通用电气检测科技（上海）有限公司研發生产的超声波金属探伤仪，型号为Krautkramer USM 33。耦合剂选用通用锂基脂（黄油），探头选用由于该试件样本厚度较小，塞焊尺寸有限，斜探头需要一定的入射角度，故选择2.5P20-D直探头。根据《GB/T 50621-2010钢结构现场检测技术规范》[5]和《GB/T 11345-2013焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定》[6]规范要求规划探测路径：由于塞焊焊口直径较小，故绕焊口一周布置五个测点（图1）沿顺时针方向绕焊缝周围旋转一周，每次探测位置与上一次探测位置重合面积大于等于10%。
（二）测试结果、分析及结论
从超声波回波图中可以观察到塞焊焊缝存在以下缺陷：
（1）焊缝中存在的夹渣杂质或者气孔（图2样本1位置5）。回波特点为多次回波的波峰均出现明显的分叉状，无明显的单峰。是由于夹渣或气泡导致超声波多次反射造成的。夹渣成因主要包括焊条质量的缺陷，焊接时焊缝周围未清理干净，电流过小或速度过快等焊接技术方面的问题。
（2）焊接过程中存在焊瘤及未焊透等情况（图2样本1位置2、样本2位置4）。通过观察锚板非焊接位置的厚度和焊接位置的厚度可以直观看出存在焊瘤及未焊透，这种缺陷对于锚板在承受荷载作用时有可能产生应力集中现象，不利于结构的安全。
（3）塞焊焊接处存在裂缝（图2样本1位置2）。该缺陷所表现的回波特点为波峰衰减速度慢，甚至后次回波比前次回波波峰高，且每次回波的波宽均较大。裂缝是影响焊缝承载能力最为严重的缺陷之一，尤其是焊缝内部细碎的裂纹，从表面难以直接观察，但其一旦加载就会成为整个结构的重大隐患。
通过锚板预埋筋剪切拔出承载力试验、锚板钢材力学性能检测，得到实验结果如下：
1 号试件屈服应力（Stress At Yield）为 281.33574 Mpa；峰值应力（Peak Stress）为 392.77898 Mpa。
2 号试件屈服应力（Stress At Yield）为 265.04943 Mpa；峰值应力（Peak Stress）为 392.31737 Mpa。
3 号试件屈服应力（Stress At Yield）为 273.26722 Mpa；峰值应力（Peak Stress）为 397.45439 Mpa。
本试验表明，锚板所选用的钢材，弹性模量未满足钢材的材料性能要求。锚板制作所选用的钢材力学性能与设计要求的 Q235B 型钢不符，材料本身存在缺陷。
三、结论
本文以某钢筒形粮仓底部漏斗的坍塌事故为背景，通过现场勘测初步分析事故原因，然后将现场取样样品带回实验室进行检测及力学性能分析，确定事故原因。通过对结构关键部位锚板塞焊焊接处焊缝质量的超声波检测、锚板塞焊处预埋钢筋剪切拔出承载力试验和锚板钢材力学性能试验，得到以下结论。
（1）该筒仓在设计承载力方面存在缺陷，通过锚板预埋筋剪切拔出承载力试验和设计计算复算相互对比验证，仓底承力装置大约总共能够实际承受大约 376 吨的荷载，小于 1000 吨的设计仓容值。
（2）该筒仓连接处锚板所选用的钢材，弹性模量未满足钢材的材料性能要求，故材料本身存在缺陷。
（3）通过对锚板与钢筋焊接处塞焊焊缝的超声波无损检测发现焊缝存在较明显的焊瘤和凹陷，有明显缺陷；
锚板焊接处焊缝位置普遍存在夹渣现象；各锚板焊接处焊缝个别位置存在裂缝现象。
（4）焊接质量是影响钢结构整体承载能力的重要因素，对钢结构连接部位的现场无损检测手段和对连接质量是否可以满足设计要求的判定依据的研究至关重要。通过现场超声波无损检测的手段，可以初步判断焊缝中是否存在夹渣、气泡、焊瘤、未焊透和裂缝等缺陷。
参考文献：
[1]林寅.大型水泥钢筒仓结构的有限元分析[J].四川水泥，2017（12）：8+31.
[2]谢军，刘春香，王高升，潘小平.钢筒仓数值计算方法研究[J].建筑机械，2016（08）：65-68+7.
[3]张义昆. 大型落地式钢筒仓结构破坏模式、原因分析及措施[A]. 中国节能协会热电产业联盟.2016年第五届热电联产与煤电深度节能新技术研讨会论文集[C].中国节能协会热电产业联盟：北京中能联创信息咨询有限公司，2016：7.
关键词：钢筒仓；关键部位；塞焊；无损检测鉴定技术
钢材相比于传统的钢筋混凝土具有自重轻、施工方便、环保和可回收利用等诸多优点，近年来土木工程领域中钢结构的应用越来越普遍。在对钢结构进行设计时不仅要考虑结构本身的稳定性、刚度和强度要求，同时构件之间的连接方式也应该特别重视。钢结构构件之间的连接方式主要有螺栓连接和焊接，连接质量[1]成为了影响钢结构稳定性的一大因素，因此，对于焊接从微观角度了解缺陷并运用超声波无损检测进行无损探伤至关重要。
一、工程及事故概况及原因分析
（一）工程及事故概况
该钢筒仓于2015年建成并投入使用，工程结构设计基准期为50年，建筑场地类别为Ⅱ类。建筑结构安全等级为二级，抗震设防类别为丙类，抗震基本设防烈度为7度，框架抗震等级为三级。该工程分三个单体筒，立筒库内径为10.92m，标高5.970m以下为框架梁、框架柱承重，底部钢漏斗周边与标高5.970m处框架梁采用焊接及预埋件连接。2017年8月1日，1#筒仓卸料漏斗在卸料过程中发生脱落，6天后2#筒仓卸料漏斗又发生了同样的事故。3#筒仓未发生问题。受损筒仓为钢板仓，底部漏斗完全脱落，筒仓顶部向内凹陷、破损。
（二）事故疑点和原因初步分析
根据相关单位提供的钢筒仓结构设计图、案情即时报告等资料，以及我方人员前往事发地做现场查勘，对事故原因作出初步分析如下：
（1）地基不均匀沉降。地基不均匀沉降会改变结构原有的受力平衡，将导致部分连接板受力过大。
（2）竣工1年的连接锚板锈迹明显，腐蚀严重。
（3）预埋在混凝土圈梁中的钢筋是通过塞焊的形式与连接锚板相连，从事故照片来看塞焊被完全拔出（图3），疑似因之导致这一重要连接的失效，并引发仓底坍落；应检视该工程设计和施工对于锚板塞焊的处理情况、预埋筋抗剪力的设计情况。
（4）塞焊连接对母材有特殊要求，因此，应通过检测了解塞焊母材的材料力学性能。
（三）试验设计
现场取样的试件包括锚板样本3件和混凝土承重圈梁上的连接钢板3件。其中锚板1号样本四处连接焊缝一处带有残余预埋筋，两处焊缝完全拉脱仅留有孔洞，一处有残余焊缝；锚板2号样本四处连接焊缝，两处焊缝完全拉脱，两处有残余焊缝；锚板3号样本四处焊缝全部完全拉脱。综上，设计以下三种试验：室内检测试验一：连接锚板焊缝处的超声波无损检测。以1#、2#筒仓的受检构件为主要检测对象，对仓卸货底钢底座与混凝土支撑圈梁连接锚板处的焊缝做无损检测。室内检测试验二：对1号样本带有残余预埋钢筋的锚板预埋筋剪切拔出承载力试验。室内检测试验三：连接钢板、预埋筋所用钢材的力学性能检测。
二、塞焊焊缝质量超声波检测
（一）试验方案
从现场取样中选取焊缝保留完整的两块锚板进行超声波无损检测，塞焊孔编号见（图10）所示。现场取样试件表面锈蚀，毛刺较为严重，用粗砂纸进行表面处理打磨。本试验选用仪器为美国通用电气检测科技（上海）有限公司研發生产的超声波金属探伤仪，型号为Krautkramer USM 33。耦合剂选用通用锂基脂（黄油），探头选用由于该试件样本厚度较小，塞焊尺寸有限，斜探头需要一定的入射角度，故选择2.5P20-D直探头。根据《GB/T 50621-2010钢结构现场检测技术规范》[5]和《GB/T 11345-2013焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定》[6]规范要求规划探测路径：由于塞焊焊口直径较小，故绕焊口一周布置五个测点（图1）沿顺时针方向绕焊缝周围旋转一周，每次探测位置与上一次探测位置重合面积大于等于10%。
（二）测试结果、分析及结论
从超声波回波图中可以观察到塞焊焊缝存在以下缺陷：
（1）焊缝中存在的夹渣杂质或者气孔（图2样本1位置5）。回波特点为多次回波的波峰均出现明显的分叉状，无明显的单峰。是由于夹渣或气泡导致超声波多次反射造成的。夹渣成因主要包括焊条质量的缺陷，焊接时焊缝周围未清理干净，电流过小或速度过快等焊接技术方面的问题。
（2）焊接过程中存在焊瘤及未焊透等情况（图2样本1位置2、样本2位置4）。通过观察锚板非焊接位置的厚度和焊接位置的厚度可以直观看出存在焊瘤及未焊透，这种缺陷对于锚板在承受荷载作用时有可能产生应力集中现象，不利于结构的安全。
（3）塞焊焊接处存在裂缝（图2样本1位置2）。该缺陷所表现的回波特点为波峰衰减速度慢，甚至后次回波比前次回波波峰高，且每次回波的波宽均较大。裂缝是影响焊缝承载能力最为严重的缺陷之一，尤其是焊缝内部细碎的裂纹，从表面难以直接观察，但其一旦加载就会成为整个结构的重大隐患。
通过锚板预埋筋剪切拔出承载力试验、锚板钢材力学性能检测，得到实验结果如下：
1 号试件屈服应力（Stress At Yield）为 281.33574 Mpa；峰值应力（Peak Stress）为 392.77898 Mpa。
2 号试件屈服应力（Stress At Yield）为 265.04943 Mpa；峰值应力（Peak Stress）为 392.31737 Mpa。
3 号试件屈服应力（Stress At Yield）为 273.26722 Mpa；峰值应力（Peak Stress）为 397.45439 Mpa。
本试验表明，锚板所选用的钢材，弹性模量未满足钢材的材料性能要求。锚板制作所选用的钢材力学性能与设计要求的 Q235B 型钢不符，材料本身存在缺陷。
三、结论
本文以某钢筒形粮仓底部漏斗的坍塌事故为背景，通过现场勘测初步分析事故原因，然后将现场取样样品带回实验室进行检测及力学性能分析，确定事故原因。通过对结构关键部位锚板塞焊焊接处焊缝质量的超声波检测、锚板塞焊处预埋钢筋剪切拔出承载力试验和锚板钢材力学性能试验，得到以下结论。
（1）该筒仓在设计承载力方面存在缺陷，通过锚板预埋筋剪切拔出承载力试验和设计计算复算相互对比验证，仓底承力装置大约总共能够实际承受大约 376 吨的荷载，小于 1000 吨的设计仓容值。
（2）该筒仓连接处锚板所选用的钢材，弹性模量未满足钢材的材料性能要求，故材料本身存在缺陷。
（3）通过对锚板与钢筋焊接处塞焊焊缝的超声波无损检测发现焊缝存在较明显的焊瘤和凹陷，有明显缺陷；
锚板焊接处焊缝位置普遍存在夹渣现象；各锚板焊接处焊缝个别位置存在裂缝现象。
（4）焊接质量是影响钢结构整体承载能力的重要因素，对钢结构连接部位的现场无损检测手段和对连接质量是否可以满足设计要求的判定依据的研究至关重要。通过现场超声波无损检测的手段，可以初步判断焊缝中是否存在夹渣、气泡、焊瘤、未焊透和裂缝等缺陷。
参考文献：
[1]林寅.大型水泥钢筒仓结构的有限元分析[J].四川水泥，2017（12）：8+31.
[2]谢军，刘春香，王高升，潘小平.钢筒仓数值计算方法研究[J].建筑机械，2016（08）：65-68+7.
[3]张义昆. 大型落地式钢筒仓结构破坏模式、原因分析及措施[A]. 中国节能协会热电产业联盟.2016年第五届热电联产与煤电深度节能新技术研讨会论文集[C].中国节能协会热电产业联盟：北京中能联创信息咨询有限公司，2016：7.