市政橋梁鋼結(jié)構(gòu)的無損檢測技術(shù)分析

張 艷 慧

(太原市政建設(shè)集團有限公司,山西 太原 030002)

1 概述

在市政橋梁結(jié)構(gòu)中，鋼箱梁憑借自重輕、承載能力高、跨徑大、施工便捷、滿足裝配式施工條件等眾多優(yōu)勢，在城市高架橋施工中是應(yīng)用較為廣泛的橋型之一。鋼結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的連接方式主要有焊接、高強螺栓連接及鉚接三種，其中，焊接連接施工法效率最高，且承載能力僅次于高強螺栓連接，是性價比較高的一類鋼構(gòu)件連接施工方法。但是，焊接施工法在受到荷載作用及外部環(huán)境的耦合作用下，容易出現(xiàn)各種病害，局部焊縫病害在應(yīng)力集中效應(yīng)下將快速斷裂失效，從而引發(fā)嚴重安全事故。因此，在工程實踐中，為了保證鋼箱梁結(jié)構(gòu)中各鋼構(gòu)件焊接質(zhì)量可靠，必須定期對焊縫進行無損檢測，一旦出現(xiàn)焊縫質(zhì)量不滿足規(guī)范要求或者直接失效的情況，必須及時進行補焊和加固，以保證市政鋼結(jié)構(gòu)橋健康、長期運營。

2 焊縫無損檢測技術(shù)具體應(yīng)用

2.1 鋼結(jié)構(gòu)焊縫超聲波無損檢測方法

超聲波無損檢測技術(shù)的原理是借助超聲波與鋼構(gòu)件相互作用后，對反射、散射超聲波特點進行分析，以動態(tài)獲取鋼構(gòu)件缺陷的一種檢測技術(shù)。超聲波無損檢測技術(shù)的有效穿透能力較強，可以快速獲取鋼構(gòu)件內(nèi)部形狀參數(shù)且檢測精度較高，即便是內(nèi)部極其微小的缺陷也可以快速檢測出來；但是，超聲波縱波脈沖在具體檢測過程中存在一定的局限，接近鋼構(gòu)件表面的缺陷恰好處于檢測盲區(qū)中，難以被有效檢出。超聲波焊縫檢測主要應(yīng)用在平板對接焊縫和T型對接焊縫兩種形式中。在平板焊縫無損檢測中，如果焊接母材的厚度值大于45 mm時，應(yīng)選用雙面檢測法，由于焊接母材外形限定，在使用傾斜檢測探頭時，必須保證超聲波探頭與焊縫中心線保持正交關(guān)系，焊縫檢測路徑呈鋸齒形。具體檢測路徑如圖1所示。

焊縫掃略過程中，必須保證探測頭在掃略移動范圍完全覆蓋焊接截面，除了應(yīng)保證探頭與焊縫相互垂直外，還應(yīng)適當轉(zhuǎn)動，且掃略轉(zhuǎn)動角應(yīng)介于10°～15°之間，如果焊接母材的厚度在超過40 mm，且焊縫形式為單側(cè)坡口型時，可以采用串聯(lián)法進行無損檢測。除了鋸齒形掃略探測外，還應(yīng)結(jié)合平行或者傾斜掃略探測法對焊縫及焊接熱影響區(qū)的橫向缺陷進行無損檢測。在具體檢測階段，平行及傾斜焊縫掃略檢查法應(yīng)相互結(jié)合，傾斜掃略應(yīng)保證探頭與焊縫的傾斜角介于10°～20°之間，若焊縫余高被磨平后，可以平行掃略探測為主。兩種基本的掃略探測法如圖2所示。

除了鋼板對接焊縫的無損檢測外，橋梁鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，T型接頭形式也非常普遍，在對T型接頭焊縫進行無損檢測時，若鋼箱梁腹板截面形式為變厚度時，具體的超聲波檢測折射角確定應(yīng)滿足如表1所示，以達到對鋼箱梁腹板無損檢測的最佳要求。

表1 超聲波檢測折射角

2.2 鋼結(jié)構(gòu)焊縫磁粉檢測方法

鋼結(jié)構(gòu)焊縫磁粉無損檢測技術(shù)(MT)是金屬材料焊接缺陷中常用的檢測技術(shù)之一。鋼結(jié)構(gòu)被磁粉磁化后，在磁路不連續(xù)的截面出現(xiàn)變化時，磁路透過試件表明形成“漏磁效應(yīng)”；借助“漏磁效應(yīng)”以吸附磁粉材料從而形成磁痕，通過磁痕外形以間接反應(yīng)試件的焊接缺陷。在檢測前，應(yīng)先對待檢測焊縫位置進行預(yù)處理，將焊縫表面的污染物、銹蝕物等徹底清理，并采用角磨機打磨，保證原始焊縫的材料涂層厚度值小于50 mm。在具體的檢測過程中，根據(jù)磁粉類型可以將磁粉檢測劃分為濕法檢測和干法檢測兩種；根據(jù)磁粉檢測中待檢測母材上的磁粉施加時間長度，將磁粉檢測分為連續(xù)檢測法和剩余磁法兩種。濕法檢測的靈敏度最高，干法檢測選用的磁粉顆粒粒徑值較大，僅適用于連續(xù)磁粉探測中，所以干法檢測適用于焊縫缺陷較為明顯的結(jié)構(gòu)中，對于細微的焊縫缺陷或者裂紋，使用干法難以精準探測。在市政鋼結(jié)構(gòu)橋梁檢測中，應(yīng)做好干法和濕法兩種探測法的聯(lián)合使用，可以先采用干法進行缺陷定位，再使用濕法進行精準探測。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)焊縫射線無損檢測法

射線無損檢測技術(shù)借助射線發(fā)射儀器或者放射性同位素作為射線發(fā)出源，在射線接觸到待檢測焊縫時，射線將出現(xiàn)不同程度的衰減，由于待檢測焊縫及母材存在厚度差，射線采集膠片上記錄了不同的射線強度值，射線強度以不同數(shù)量的光子表現(xiàn)，將膠片拿到暗室內(nèi)處理后，根據(jù)膠片上不同暗度的影像情況，對焊縫缺陷做出定性判定。同其他焊縫檢測技術(shù)相比，射線檢測結(jié)果識別精度及效率最高，可以及時輸出缺陷圖像信息；可以將不同位置的焊縫射線檢測結(jié)果保留在膠片上，便于檢測數(shù)據(jù)的長期保存。但是，射線檢測在具體的焊縫檢測中也存在一些缺陷，首先，射線檢測技術(shù)的成本較高，必須借助高頻率射線發(fā)射儀，且還必須提供膠片等耗材；此外，射線焊縫檢測在平板對接焊縫的檢測中精度較低，若射線投射放線與焊縫缺陷相互垂直時，將無法檢測；最后，使用射線檢測存在較高的安全隱患，一旦控制不當，將對檢測人員造成損害，檢測長期置身在射線污染環(huán)境中，很容易誘發(fā)癌變。

3 工程實例分析

本工程項目為省內(nèi)某市跨線鋼箱梁橋，結(jié)構(gòu)形式為簡支；選用超聲波無損檢測技術(shù)對鋼箱梁關(guān)鍵位置焊縫進行無損檢測，其中，超聲波無損檢測明細如表2所示。

表2 超聲波無損檢測明細

選用MUT-350型超聲波無損探傷檢測儀，對表2中的焊縫位置進行無損探傷檢測，實現(xiàn)對不同位置焊縫缺陷的及時定位、檢測及分析。圖3為無損探傷檢測現(xiàn)場情況。

通過對該市政跨線鋼結(jié)構(gòu)橋進行超聲波無損探傷檢測后，分析超聲波探傷波形曲線特點，得到的探傷檢測結(jié)果如表3所示。

表3 跨線鋼箱梁橋焊縫缺陷分析

4 結(jié)語

伴隨省內(nèi)交通運輸量的不斷增長，城市既有鋼結(jié)構(gòu)橋梁的承載能力、截面抗彎剛度及結(jié)構(gòu)整體性和荷載穩(wěn)定性均出現(xiàn)不同程度的下降，工程實踐表明，鋼結(jié)構(gòu)橋梁病害的主要對象為焊縫，焊縫在外荷載及各種環(huán)境的耦合作用下，成為鋼結(jié)構(gòu)中最薄弱的位置，直接影響了市政交通系統(tǒng)的通行能力。無損檢測可以滿足橋梁結(jié)構(gòu)的正常通行條件，實踐應(yīng)用表明，無損檢測技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢測中具有較好的實際應(yīng)用意義和價值。